[發明專利]一種調控高純石英砂原料晶型的工藝及設備

在審

• 申請號: 201410772798.1
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105318739A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 陸春華;唐明亮;劉寶;鄭海;胡增涵;楊學根;李雪
• 申請（專利權）人: 南京工業大學東海先進硅基材料研究院;南京工業大學
• 主分類號: F27D19/00
• 分類號: F27D19/00;F27D1/10;F27D1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種調控石英晶型的生產工藝，特別涉及一種調控高純石英砂原料晶型的工藝及設備。

背景技術

高純石英砂主要應用在高新技術產業如航空航天、生物工程、電子封裝、光纖通信和軍工等領域。自然界中只有優質水晶可以滿足高純石英砂的制備。然而水晶儲量有限，為此世界各國在用石英礦提純制備高純石英砂替代水晶方面做了大量工作。

高純石英砂制備的一個重要的工藝是煅燒。煅燒的目的是轉變石英的晶型，石英因晶型的轉變發生較大的體積膨脹，由于雜質和石英膨脹系數不同就會產生大裂紋，從而可以除去石英原料中的固體雜質和氣液包裹體，改變石英的加工性能等。目前國內生產廠家大多使用的煅燒爐為箱式電阻爐、隧道窯爐等。這些煅燒爐為臥式結構，加熱元件位于爐膛兩邊，其加熱區間溫度梯度較大，導致石英原料的煅燒不均勻，雜質成分去除不完全，并且箱式爐的爐膛材料為氧化鋁質耐火材料，大部分石英原料是盛放在金屬容器中，高溫下會引入金屬雜質。還有此煅燒工藝中的取料步驟多為人工在高溫下作業，增加了危險性。

目前國內生產廠家采用的煅燒工藝大多是直接將爐內溫度升高到900℃左右，然后保溫數小時。這種工藝沒有考慮石英晶型的轉化，雜質和氣液包裹體不能完全暴露，導致石英除雜不充分，給后續除雜工藝增加難度。間斷加料不僅增加了能源消耗，而且降低了生產效率。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明的目的是提供一種設計合理、節約能源、提高生產效率的調控高純石英砂原料晶型的工藝及設備。

本發明采取的技術方案為。

一種調控高純石英砂原料晶型的工藝，其特點是高純石英砂原料從煅燒爐頂部沿爐膛內襯斜面加入，加入時爐內溫度控制在600℃-800℃，加熱到900℃，升溫速率為4-6℃/分，保溫1-2小時，保溫結束后繼續加熱到1200℃-1300℃，升溫速率8-10℃/分，保溫2-4小時，保溫結束后氣缸控制單元自動將出料口爐門打開，煅燒好的高純石英砂原料從出料口快速落下，進入下一個工藝。

一種調控高純石英砂原料晶型的設備，包括爐體、保溫層、耐火層、硅鉬棒加熱體、爐膛內襯、控制面板、出料口爐門、出料口、氣缸導桿、氣缸。爐膛內襯四個面均為斜面且與垂直平面的夾角相同，斜面與垂直平面的夾角為10°-40°，內襯采用碳化硅澆筑材料，硅鉬棒加熱體在爐膛內襯外部四周均勻分布，縱向排列。在出料口安裝爐門，爐門上安裝氣缸導桿和氣缸，實現爐門開與閉。爐門由兩個完全相同形狀和相同材質的結構組成，形狀為帶有斜面的塊體，材質為硅質材料。爐門的斜面與水平面夾角范圍為20°-60°。控制面板包括電源控制、溫度控制和氣缸控制。

本發明的工藝原理。

石英在高溫下會產生晶型的變化。當溫度升高到570℃、870℃時，石英晶型發生變化，產生較大的體積膨脹，由于雜質和石英的膨脹系數不同就會產生裂紋，從而使雜質和包裹體能夠充分暴露，使得石英顆粒變得松散，有利于雜質的去除和破碎。尤其在870℃時石英會轉變成α-鱗石英，產生的體積變化最大，達到16%，然而在1100℃以上，石英轉變成α-鱗石英才能完全，產生更多的裂紋，更有利于雜質的暴露和破碎，而且石英轉變成高溫相，在使用過程中可以直接轉變成熔融相。本發明調控高純石英砂原料晶型的工藝首先加熱到高于石英晶型轉化溫度的900℃保溫一段時間，有利于石英原料的受熱均勻。由于在此溫度下石英晶型轉化速率較慢，轉化不完全。所以需要繼續升高溫度保溫足夠時間，保證石英晶型轉化完全，使得石英原料中的雜質能夠充分暴露出來。在600℃-800℃加料，減少了能量的散失，保證了石英原料短時間內能進入轉化溫度，減少了煅燒時間，提高了生產效率。

本發明具有以下優點。

（1）采用兩段加溫和保溫的方式煅燒高純石英砂原料，保證石英晶型轉化完全，使得石英原料中的雜質能夠充分暴露出來，減少了能量的散失，保證了石英原料短時間內能進入轉化溫度，減少了煅燒時間，提高了生產效率。

（2）爐膛內襯采用碳化硅澆筑材料，高溫下，碳化硅爐膛表面氧化會形成一層致密的氧化硅薄膜，減少了石英原料在煅燒過程中的再次污染。

（3）將加熱體安裝在內襯外圍，一方面加料時塊狀石英原料不會損壞加熱體；另一方面碳化硅的導熱系數很高，石英原料煅燒加熱到一定溫度的時間短，節約能源，提高了煅燒效率。