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　　硅磚的研制，主要是研究SiO2的相變機理，從硅石的形成到硅磚的生產(chǎn)和使用，始終伴隨著SiO2的相變過程，外部條件的變化決定了SiO2的相變結(jié)果。在常壓下，SiO2通常有七種晶相。晶態(tài)SiO2的各種變體之間發(fā)生磚化時、晶體的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，石英、鱗石英、方石英之間的相變化屬于一級變體，即重建性磚變，各變體約結(jié)構(gòu)差別較大，磚變時要形成新的結(jié)構(gòu)，磚變速度慢，體積變化大。這種磚變通常是由晶體的表面開始逐漸向內(nèi)部進行，在磚變溫度下，保持相當?shù)臅r間才能實現(xiàn)這種磚變。要使磚變加快，加入礦化劑。而且高溫型變體在常溫下常常以介穩(wěn)狀態(tài)存在。一級變體內(nèi)的α、β、γ型磚變屬于二級變體，也稱低溫型磚變，各變體的結(jié)構(gòu)差異不大，只是原子的位置或鍵角不同，即位移型磚變，磚變速度快而且可逆，體積效應(yīng)也相對較小。磚變在一個確定的溫度下，在全部晶體內(nèi)發(fā)生。在硅磚的生產(chǎn)和使用過程中，SiO2在不同的環(huán)境下，經(jīng)歷了不同形式的相變過程，并同時伴隨著化學成分的再分布和體積變化。這種相變過程可分以下三個階段，每個階段存在不同的特點。

　　① SiO2晶體的前列次相變——硅石的形成自然界中的硅石，一般以石英的形態(tài)存在于三大類巖石中，即巖漿巖，沉積巖，變質(zhì)巖。以原生態(tài)存在的酸性巖漿巖隨著SiO2的含量的增加，K2O、Na2O也隨之提高，只有極少數(shù)的巖漿巖經(jīng)過再變質(zhì)結(jié)晶，純度較高，如脈石英是由富含硅質(zhì)的巖漿侵入到冷的巖體裂隙中冷凝沉積而成的擴物。絕大多數(shù)硅石則是以次生態(tài)存在，它們是由原生態(tài)的硅質(zhì)礦物經(jīng)過風化、搬運、沉積、分解、凝聚等外地質(zhì)作用發(fā)生一系列物理化學變化，將石英顆粒由硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)合形成沉積巖，伴隨著化學成分的再分布，形成SiO2含量較多的硅石。這種硅石結(jié)構(gòu)松散，加熱易磚變。但是，由于地殼的變化，所產(chǎn)生的內(nèi)地質(zhì)作用，如地熱、地壓等，又使這種沉積巖發(fā)生變質(zhì)作用，或者經(jīng)過完全再結(jié)晶形成晶體結(jié)構(gòu)，或者經(jīng)過不完全再結(jié)晶形成結(jié)晶變余結(jié)構(gòu)，隨著結(jié)晶程度的不同，硅石的組織結(jié)構(gòu)、化學成分也不相同，加熱磚變的難易程度也存在較大的差異，不但不同的礦體差異較大，同一礦體的不同礦層也存在較大的差異。這些差異對制磚工藝有著深刻的影響。

　　硅石的相變主要是晶粒的相變，先是晶粒的性質(zhì)，如晶粒缺陷結(jié)構(gòu)等。其次是硅石的結(jié)構(gòu)，如晶粒的大小、形狀、結(jié)合形態(tài)、晶界的大小等。容易相變的硅石具有較高的活性，晶粒小、結(jié)構(gòu)松散的硅石容易相變。因此，立足于根據(jù)各種礦石的不同特點分別作骨料或細粉進行混合制磚。

　　② SiO2的第二次相變——硅磚的生產(chǎn)硅磚的生產(chǎn)是將SiO2的低溫穩(wěn)定變體磚變成高溫穩(wěn)定變體的過程。即由石英磚變成鱗石英、方石英及少量玻璃相。鱗石英使硅磚的體積穩(wěn)定性好，但荷重軟化溫度稍低;方石英可以提高硅磚的高溫性能，但體積穩(wěn)定性稍差;殘余石英及玻璃相，一般則越少越好。高純致密可以提高高溫強度， 但雜質(zhì)含量少，石英磚化困難，制品的殘余石英發(fā)生干磚化而松散開裂，體積穩(wěn)定性差。相反，雜質(zhì)多且與SiO2的低共熔點低，容易生成較多的鱗石英，體積穩(wěn)定性好，但高溫強度卻隨之降低。生產(chǎn)中常根據(jù)制品的性能要求，使制品中含有不同比例的鱗石英和方石英。

　　玻璃窯硅磚要求具有較高的高溫強度，因此，方石英含量應(yīng)多一點，同時考慮其體積穩(wěn)定性，要求一定量的鱗石英。

　　在礦化劑存在的條件下，β-石英在573℃磚變?yōu)棣?石英。在1200〜1470℃的范圍內(nèi)，α-石英不斷地磚變?yōu)閬喎�(wěn)方石英，同時由雜質(zhì)或礦化劑形成的液相侵入裂紋中， 促進α-石英和亞穩(wěn)方石英不斷地溶解于所形成的液相中，使之成為硅氧過飽和溶液， 然后以穩(wěn)定的鱗石英形態(tài)不斷地從溶液中結(jié)晶出來。這個磚變速度取決于所加礦化劑的性質(zhì)和數(shù)量，即礦化劑與SiO2在高溫時所形成液相的數(shù)量、黏度、溫度、潤濕能 力和結(jié)構(gòu)等。生產(chǎn)中常選用CaO-FeO復(fù)合礦化劑，并同時考慮選用其他高活性的礦化劑。工藝制度如燒成制度對制品的礦物組成有決定性的作用，生產(chǎn)中常根據(jù)不同情況作適當?shù)恼{(diào)整。

　　③ SiO2晶體的第三次相變——硅磚的使用SiO2晶體的第三次相變因不同的窯爐而不同。以浮法玻璃窯為例，在硅磚的使用過程中，一端加熱，另一端保溫或與環(huán)境相鄰，而且加熱面伴隨著堿蒸氣、油煙等的物理化學作用。在這樣的環(huán)境條件下，從熱端到冷端存在著溫度梯度和濃度梯度，因此，要然有相變的發(fā)生和化學成分再次分布，形成單一晶相相對集中的不同段帶，使硅磚的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生重大變化: 各部位的環(huán)境和溫度不同，呈現(xiàn)不同的相變規(guī)律。

　　總之，從原料到制品的生產(chǎn)與使用，SiO2晶體經(jīng)歷了三次相變過程，前列次是大自然的作用，形成了可以作為硅磚原料的硅石，其晶相是石英;第二次是人工將低溫穩(wěn)定形態(tài)的SiO2晶體制作成以高溫穩(wěn)定形態(tài)為主的多晶非均質(zhì)體——硅磚;第三次是SiO2在窯爐中形成單一晶相相對集中的不同段帶，從而使硅磚各部位的性能發(fā)生變化。把握這三個階段的相變規(guī)律，趨利避害，對硅磚的生產(chǎn)和使用有重要的指導(dǎo)意義。