中國(guó)粉體網(wǎng)訊 硅產(chǎn)業(yè)是硅時(shí)代最重要的產(chǎn)業(yè)之一，石英是硅時(shí)代最重要的礦物資源之一。石英的應(yīng)用十分廣泛，潛力無限。石英砂作為新能源、新材料、新一代信息技術(shù)等多個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的主要基礎(chǔ)原料，發(fā)揮著不可替代的作用。
工業(yè)硅
工業(yè)硅是以石英砂為原料，以碳質(zhì)材料為還原劑，通過在電弧爐中熔煉獲得。常用的還原劑主要有木炭、石油焦、煤等，它們可以將金屬硅從硅石中還原出來。
在光伏行業(yè)中，工業(yè)硅是制造多晶硅等材料的主要原料；工業(yè)硅還是有機(jī)硅的最主要原料，用于生產(chǎn)硅烷、硅酮、硅油等產(chǎn)品；在合金行業(yè)中，工業(yè)硅主要是作為非鐵基合金的添加劑，將硅加入到某些有色金屬中時(shí)，能提高基體金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，有時(shí)還能增強(qiáng)基體的鑄造性能和焊接性能。工業(yè)硅已然成為硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈的主要上游產(chǎn)品，是很多國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要部門的核心原料。
碳化硅
碳化硅是近年來發(fā)展十分迅速的一種無機(jī)非金屬材料，碳化硅陶瓷因具有硬度高、高溫承載能力強(qiáng)、抗氧化、耐磨損、熱導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)小以及耐酸堿化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性，在半導(dǎo)體、電子、汽車、原子能、環(huán)保節(jié)能等高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
碳化硅粉體的制備方法之一碳熱還原法，是在高溫電爐中利用焦炭或煤油將石英砂中的二氧化硅還原制得碳化硅陶瓷塊體材料，再經(jīng)過機(jī)械破碎、分級(jí)等過程得到不同粒度的碳化硅粉體。
石英坩堝
石英坩堝屬于石英玻璃制品中的細(xì)分產(chǎn)品，具有潔凈、同質(zhì)、耐高溫等性能。目前廣泛應(yīng)用于太陽能和半導(dǎo)體領(lǐng)域提煉晶體硅的生產(chǎn)工藝中，是晶體硅生產(chǎn)過程中的消耗品。受益于硅片產(chǎn)能加速擴(kuò)張、N型硅片滲透率提高，高純石英砂和石英砂坩堝需求有望快速增長(zhǎng)。
石英坩堝（圖源：歐晶科技）
石英坩堝的生產(chǎn)是將高純石英砂裝入可任意傾動(dòng)角度的旋轉(zhuǎn)成型模內(nèi)，利用離心力作用和成型棒手工成型，將已成坩堝形的旋轉(zhuǎn)裝置移動(dòng)至電極棒處，然后將電極送電啟弧并插入已成型的粉料腔內(nèi)，同時(shí)啟動(dòng)真空系統(tǒng)，使其快速熔化成坩堝形狀的熔融石英，經(jīng)冷卻后取出，即完成一個(gè)石英坩堝的毛坯生產(chǎn)。
單晶硅生產(chǎn)過程（圖源：汪靈教授）
光伏超白玻璃
超白玻璃作為一種新材料，以其高透光率、晶瑩剔透的特性，在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、高檔轎車、高級(jí)建筑、高檔園藝建筑和高檔家具等方面應(yīng)用前景廣闊。“十四五”期間，根據(jù)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略規(guī)劃，光伏行業(yè)或?qū)⒂瓉肀l(fā)式的發(fā)展，其基礎(chǔ)材料光伏超白玻璃所用的低鐵石英砂需求量樂觀預(yù)計(jì)將以每年30%以上的速度飛速增長(zhǎng)。
超白光伏玻璃（圖源：福萊特）
光伏玻璃生產(chǎn)流程：石英砂、純堿等原料熔化成玻璃液，通過壓延、退火、裁切等過程得到超白壓延玻璃原片。原片再經(jīng)過鍍膜、鋼化處理，透光率和強(qiáng)度進(jìn)一步提高，成為光伏玻璃成品。
玻璃纖維
玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高。玻璃纖維是以石英砂、葉臘石、高嶺土、石灰石等礦石為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、烘干、絡(luò)紗等工藝制造而成，其單絲直徑為幾微米到二十幾微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20-1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。
玻璃纖維（圖源：中國(guó)巨石）
玻璃纖維通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的新材料產(chǎn)業(yè)。
石英纖維
石英纖維是一種高性能無機(jī)纖維，制備原料為高純度二氧化硅或天然的石英晶體。它保持了固體石英的部分性能和特點(diǎn)，是一種良好的耐高溫材料，并可作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)體。石英纖維的純度很高(≥99.9%)，這使得其具備一些良好的特性，如抗燒蝕性強(qiáng)、耐溫性好、導(dǎo)熱率低，且其化學(xué)穩(wěn)定性高，介電性能也較為優(yōu)良。
石英纖維及制品（圖源：菲利華）
石英纖維制備方法具有特殊性，目前主要包括直接熔融拉絲法和棒拉絲法兩種方法，這里以棒拉絲法為例簡(jiǎn)介如下：首先將原料水晶或純凈的二氧化硅粉料放入真空加壓電阻爐內(nèi)，熔融后拉制成細(xì)棒（直徑2mm左右），拉絲時(shí)，首先在石英纖維上涂上一層浸潤(rùn)劑，而后放置于電熱或氫氧火焰環(huán)境中進(jìn)行拉絲操作，由此可以獲得單絲直徑約8μm的原絲，最后，將纖維原絲進(jìn)行合股加捻，從而獲得纖維紗或纖維織物。
電子玻璃
TFT-LCD玻璃基板作為液晶顯示面板的核心部件，是電子信息顯示產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料，其生產(chǎn)控制精度與半導(dǎo)體行業(yè)相當(dāng)，代表著目前全球現(xiàn)代玻璃規(guī)�；圃祛I(lǐng)域的最高水平。SiO2是TFT-LCD玻璃基板重要的結(jié)構(gòu)元素，SiO2以硅氧四面體［SiO4］的結(jié)構(gòu)形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)而成為玻璃的骨架，占玻璃組成58%～63%，它能降低玻璃的熱膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、軟化溫度、應(yīng)變點(diǎn)、耐熱性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度、黏度和透紫外光性。
TFT-LCD玻璃基板（圖源：凱盛）
引入二氧化硅的原料是石英砂，由于石英砂原料在玻璃配合料中所占的質(zhì)量百分比是最大的，而且在玻璃的熔制過程中，不同的石英砂顆粒的溶解和擴(kuò)散會(huì)直接影響到玻璃的形成速度，這就直接影響了玻璃的熔制質(zhì)量和玻璃的生產(chǎn)成本，所以石英砂的選擇對(duì)無堿鋁硼硅酸鹽玻璃的熔化和玻璃的性能都具有很大的影響。隨著信息顯示產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，其對(duì)石英原料需求量與日俱增。
光纖預(yù)制棒
光纖，光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，是用于長(zhǎng)距離傳輸光能或光信號(hào)的圓柱形光波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)是由各種導(dǎo)光材料制成的纖維絲。目前通信光纖的主流是石英光纖。作為光纖光纜生產(chǎn)的“源頭”，光纖預(yù)制棒一直被認(rèn)為是光纖光纜產(chǎn)業(yè)鏈的核心競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。其中芯棒作為光纖導(dǎo)光部分是預(yù)制棒的核心，而石英套管占光纖的石英材料90％以上的比例，其作為外包層材料與大尺寸摻雜芯棒匹配成光纖預(yù)制棒以降低光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)成本。
適用于光纖生產(chǎn)的熔融石英管（圖源：Heraeus公司）
研究人員以天然的石英砂為原料，利用等離子固相外沉積方法（PSOD），制備單模光纖預(yù)制棒用大尺寸石英套管，產(chǎn)品具有一次成型、羥基含量低、雜質(zhì)含量少、規(guī)格尺寸大(相對(duì)于多模套管)及玻璃化程序好等特點(diǎn)，能夠滿足單模光纖預(yù)制棒制備所需。其在下一代超低衰減通信光纖制備中有廣闊的應(yīng)用前景。
人造石英石
石英石是由93%～95%石英和7%左右的不飽和聚酯樹脂粘合劑、色料、固化引發(fā)劑及其他輔助試劑，經(jīng)固化成型所制得的一種復(fù)合材料，它質(zhì)地堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)致密、色澤豐富、耐磨、耐壓、耐高溫、抗腐蝕、防滲透，在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用，是人造石材中發(fā)展最快的品種。
石英石應(yīng)用展示（圖源：中旗）
人造石英石的生產(chǎn)工藝一般是：原料由自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)入混料系統(tǒng)，把石英砂、石英粉、樹脂等助劑混合后進(jìn)入模具框內(nèi)布料，然后在真空條件下進(jìn)行震動(dòng)壓實(shí)，再把壓制好的混合料送入固化爐加熱固化，固化好的料成為毛坯板，再經(jīng)過拋光。對(duì)拋光后板材進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)，去除瑕疵的次品。
硅酸鈣板
硅酸鈣板是以硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料及增強(qiáng)纖維為主要原材料，經(jīng)流漿成型、板坯壓實(shí)、蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的無機(jī)建筑板材。具有防火（達(dá)到A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）、保溫隔熱、防腐防蛀、防水防潮、隔音吸音、輕質(zhì)高強(qiáng)、綠色無害等優(yōu)越特性，比傳統(tǒng)板材更加節(jié)能環(huán)保、抗震、抗沖擊，可廣泛用于房屋建筑內(nèi)外墻保溫裝飾、吊頂及船艙隔板、廣告牌等領(lǐng)域，且設(shè)計(jì)安裝可塑性強(qiáng)、省時(shí)省工。
硅酸鈣板（圖源：中材）
生產(chǎn)硅酸鈣板的主要原料有石英砂、生石灰、硅灰石、水泥、木質(zhì)纖維、外加劑、水等。石英砂是硅酸鈣制品中最重要的原材料之一，占硅酸鈣板原材料質(zhì)量的40%。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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