不透明石英材料是一种以二氧化硅为主体、通过特定工艺引入大量微气孔或第二相颗粒,从而实现对可见光及红外辐射有效屏蔽的功能性陶瓷材料。与透明石英相比,它既保留了石英固有的高纯度、低热膨胀系数、优良的抗热震性和化学稳定性,又因其不透明特性在热辐射屏蔽、光场调控等场景中展现出独特优势。
主要制备方法
当前不透明石英的制备技术主要围绕气孔率控制和遮光剂引入展开。典型工艺包括:
溶胶-凝胶法:以正硅酸乙酯或硅溶胶为前驱体,通过水解-缩聚反应形成凝胶,再经干燥和高温烧结。通过调控溶胶配方、干燥速率及烧结制度,可在材料内部保留大量纳米级至微米级气孔,产生强烈的光散射效应,从而获得不透明性。该方法适于制备高纯、均匀的块体或薄膜材料。
粉体烧结法:选用高纯石英粉为原料,添加适量造孔剂(如碳粉、聚甲基丙烯酸甲酯微球)或发泡剂,经模压成型后在特定气氛下烧结。造孔剂分解挥发留下可控气孔,烧结温度通常低于透明石英的熔融温度(约1200–1400℃),从而避免气孔闭合。此法工艺简单、成本较低,适合批量生产大尺寸异形件。
遮光剂掺杂法:在石英基体中引入与石英折射率差异显著的细分散第二相颗粒,如氧化铝、氧化锆、氧化钛或碳化硅等。这些颗粒或团聚体通过米氏散射有效衰减透射光。掺杂量(通常为1–10 wt%)和颗粒尺寸(亚微米至数微米)需精确控制,以免过度影响力学性能和热稳定性。
此外,还可通过等离子体喷涂、化学气相沉积等快速凝固技术制备不透明石英涂层或薄壁件。
花宁,教授级高工。从事石英砂、石英材料及制品研发和制备工作10余年,研制出高纯不透明石英玻璃、高纯合成石英砂、高精度石英玻璃制品等产品。主持或参与多项国家和省级科研项目,其中包括:国家项目6项,省级项目5项。获得科技奖5项,发表论文10余篇,授权发明专利20余项,制定国家和行业标准10余项。 不透明石英玻璃的制造技术,性能特点;不透明石英玻璃的应用场景。