1  绪论1．1  应用背景与研究意义石英，主要成分是SiO2，是一种常见的无机矿物，里面会含有少许杂质如氧化镁、氧化钙等等，石英表像为半透明的或不透明的晶体，通常看起来是乳白色，石英的硬度比较高，很坚硬[1]。石英的物性特性和化学特性都比较稳定，石英也是晶体的一种，归类为第三方晶体，就是低温石英，低温石英是其中分布最是广泛的一个种矿物2]。在广义上来说，石英的定义应该还包括高温下的石英，就是高温石英。石英块通常也被称为硅石， 在生产石英砂的过程中，硅石是主要组成部分，石英块也被用来制作耐火砖等耐火材料[3]。石英经高温熔融后转化为氧化硅的玻璃态，也就是常见的玻璃的一种，经高温反应后的石英结构稳定，透明度良好[4]。使用纯度99.9%以上的石英进行熔融，环境温度设置为1695-1720℃。1900℃时石英的粘度为107pa.s，表现出很高的粘性，已经很难使用常规方法使其成型[5]。熔融后的石英经过冷却后，基本可以转化成玻璃，可以用作烧制的原料。烧制好的石英玻璃性能良好，其组成成分基本为SiO2，具备良好而稳定的光学化学性能，在许多方面都有着广泛的应用[6]。23021
1.2  熔融石英与熔解热
熔融石英一般情况作为耐火材料、陶瓷原料和玻璃原料、环氧树脂浇注、电子密封料、电光源、医疗、铸造、等行业的主要原料，同时也是油漆、涂料等化工行业的理想填充料。在工业上对熔融石英纯度要求为:SiO2的占比，特一级中需要大于99.99% 、一级中需大于99.96% 、二级中需大于99.95% 、三级中需大于99.7% 、四级中需大于99.6%[7]。论文网
熔解热指单位质量晶体物质，在熔点时由固相转变为液相所吸收的相变潜热。晶体的熔解是粒子由规则排列转向不规则排列的过程。高温下对晶体的原子结构产生破坏，不仅要提高分子的活化能，还要破坏其内部结构。所以熔点这一个定义并不能完全描述晶体在高温下熔融后呈现的物性特征[8]。熔解热是晶体的一种物性指标，不同的物质，哪怕质量相同，熔解热也未必一样。熔解热的概念的引入，就是为了描述晶体这种特性[9]。熔解热的定义为：单位质量的某种固态物质在熔点时完全熔解成同温度的液态物质所需要的热量；该物质在凝固时，在凝固点，也等于单位质量的同种液态物质，转变为晶体所放出的热量[10]。熔解热的基本单位是j/g也可以用kj/kg来描述。低温下物质的熔解热有专业的仪器来测量，就是量热器，高温下的测量还是具有一定难度[11]。
1.3 高温下石英特性分析
在高温、高压等条件下，石英玻璃会产生一些不好的特性，常见的情况中，在高温下石英的密度会随着温度变化进行无序的变化，也有可能产生极其致密的情形，这些都是石英固有的特性，也是影响石英使用范围的重要制约条件[12]。目前情况下，高温测量的困难促使大家从理论研究对石英加深研究，采用分子动力学的方法研究高温下石英的结构，特性等等。
高温下的石英玻璃会一直处一种于热力不稳定的特殊状态,这种种状态下的石英，其结构类似方石英，所以这种热力不稳定状态下，石英玻璃的析晶大多为方石英[13]。实验结果表明，在高温加热后的石英样品中，加热时间长，温度高的情况下，方石英的量越大。对于石英进行强度测试，结果发现石英试样耐压强度在经过1400℃加热处理之后最高[14]。可惜的是，加热时间的延长和加热温度的提高会使石英样品产生破裂，温度越高越明显[15]。
虽然不同形态下，石英玻璃析晶产物基本都是低温方石英, 但是各种石英的析晶温度，还有转化的量值是不一样的[16]。用Avrami方程可以很好地描述几种形态的石英玻璃的析晶情况，实验室测得其平均n值为1.65 ,1.68和1.92,活化能分别是495,445和430kJ/ mol[17].析晶是表面成核机制，晶体的生长会不仅受扩散的控制，还会被重排影响,随着比表面和杂质含量的增大,控制因素中扩散的比例就会降低,而重排的比例上升,因而n值上升而活化能下降,析晶倾向会骤然增大[18]。方石英的高低温转变时较大的体积效应严重地制约石英材料的制备和使用[19]。煅烧温度的升高会使得传递给晶体内部的能量越多,加速了SiO2的大量破裂,这样更有利于方石英的成核, 从而也就提高了其转化率[20]。保温时间的延长会使得晶体内的相变完成得更彻底, 从而就提高了方石英的转化率, 也就提高了石英的利用率[21]。 高温下石英热容和熔解热的测量研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_15923.html