铸造涂料中石英粉的性能要求是什么？

SiO₂是兼有离子键和共价键的氧化物,是一种具有复杂同质多晶转化的物质,共有7个基本晶型变体和1个非晶型变体。自然界的硅砂(粉)其晶型为β石英。

石英粉是白色透明粉状物,由硅砂(石英砂)或石英岩破碎、磨碎加工而成。它的主要成分是SiO₂,熔点为1713℃。当含有杂质时,熔点要降低。杂质为K₂ O、Na₂ O、MgO、CaO、Fe₂ O₃等。一些研究者指出纯净的石英不会与液体金属表面的氧化铁起反应生成低熔点的铁橄榄石等。这些低熔点物质是由于石英粉中的杂质(硅酸盐或铝酸盐)在高温下分解出无定形SiO₂或Al₂ O₃,与氧化铁起反应,所以严格限制石英粉中杂质含量对提高铸件表面质量至关重要。对铸钢涂料用石英粉的性能要求见表7-5。

表7-5 石英粉的主要技术指标

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石英粉来源广泛、成本低廉、有较高的耐火度和较好的烧结性,故它在铸钢和铸铁涂料中应用较广。但石英热膨胀系数大,尤其是石英在573℃时相变膨胀产生突然膨胀,容易导致涂层开裂、剥落。此外石英热导率低,容易与铁的氧化物作用生成低熔点物质,引起铸件粘砂,石英粉尘在清砂过程中容易使工人得矽肺病。但对一般中、小铸钢件,石英粉涂料仍可满足要求。

近年在铸造涂料中还使用一种非晶态二氧化硅,被称为熔融石英或石英玻璃的耐火粉料。熔融石英的熔点约1713℃,其线膨胀系数很低,在100～1200℃的温度范围内,仅在(0.51～0.63)×10^-6℃^-1之间变化,几乎在所有的耐火材料中熔融石英线膨胀系数最小,所以它具有非常良好的热震稳定性(耐急冷急热性),可从1100℃高温突然放入20℃冷水中而毫无损伤,加热至1300℃还可在空气中急剧冷却,且由于熔融石英的线膨胀系数很小,故用做涂料耐火粉料有利于提高铸件的表面质量。