高温下石英热容和熔解热的测量研究(2)
加热温度在1000℃～ 1200 ℃时 ，这时候不可能形成促进石英烧结的液相 ， 同时二氧化硅在此温度下的蒸气压也很低 ，无定形二氧化硅是一种热力学上的亚稳定 状态 ，扩散活化能很低 ，通过扩散传质使坯体致密化和颗粒问形成牢固结合[22]。1300℃可视作其结构和相组成变化中的一个转折点，强度会随着晶相的增加而有所提高[23]。
对于1300℃烧结后的熔融石英试样，可以添加剂氧化铝、氮化硅等，这对熔融石英的晶化具有明显的抑制作用[24]。而引入氧化钛、氮化硅后的熔融石英试样的抗折强度较高，具有较好的烧结性能。引入五氧化二磷的石英试样烧结程度差，也就说明该添加剂具有促进熔融石英晶化的作用[25]。
熔融炉分燃气型和电熔融炉两种。燃气型优点为可以随时观测样品熔融状态，简单易操作，价格也低。缺点是控温不如电熔融炉精确，同时还需要实验室燃气改装[26]。电熔融炉优点是自动化程度高，控温很精确，一次熔样数多。但缺点是无法观测到样品的熔融状态[27]。
1.4 熔融石英相关设备及工艺
几种常见石英熔炉：
多电极石英熔融炉：多电极石英熔融炉的水套铰链式电极夹是一对空心的半圆形的夹子，上面装有进水出水管[28]。熔融炉采用35KV或10KV的高压电源，经降压变压后获得26V-50V低压电流，与石墨电极、钢制炉体连接成三相低压绕组。采用多极石英熔融炉，炉体在熔融中呈水平状态，不再作前后转动；其单位生产耗电量会比单极炉下降10％，一等品率提高至65％以上[29]。
封闭式安全减压电熔石英炉是一种封闭式安全减压电熔石英炉，使用时，当炉体内压力高于设定压力时，可以通过自动或手动的方式将炉内多余气体排出，从而实现安全生产[30]。
大尺寸石英玻璃退火炉,填补了大尺寸石英玻璃退火炉没有的空白，其可以对直径100～500mm厚度10～100mm的大尺寸石英玻璃进行退火，退火后可以保证石英玻璃应力达到I～II类，光学均匀性达到10-5～10-6[31]。
常见的石英熔融技术工艺：
石英熔融拉管生产工艺，石英矿石生料首先经熔融电阻炉烧熔成糊状， 然后由拉管设备将其连续拉出[32]。其最终拉制的石英管的品质可由两个指标描述 ：管径误差、管壁气泡量[33] 。电熔离心法工艺，电熔离心法是当今国际上先进的石英制造技术，它的基本原理是，将水晶或石英砂置于一个特殊置内，依靠电弧或电阻加热，按预定程序熔制成各类石英产品[34]。采用该技术能够制造出大口径石英玻璃制品：如石英坩埚、石英钟罩以及透明石英玻璃预制坨等[35]。
1.5 本设计的主要工作内容
石英熔融是熔融石英生产过程中的核心流程，其熔融质量的好坏直接关系到后续产品的质量。但由于种种历史原因，高温下石英热容和熔解热的数据一直没有公开报道，企业一直凭着经验进行生产。本课题以高温下石英热容和熔解热的测量为研究对象，探索其测量方案，为企业生产和石英熔融过程的节能优化提供数据。对于高温下石英熔解热的测量，目前还处于未成熟阶段，国内外尚无实用高效的解决方案，现阶段已有的测量手段不仅耗时过长，而且成本高昂，例如法国塞塔拉姆公司生产的Setaram SETSYS Evolution热重分析仪可以测量高温下石英的熔解热及热容，但是依然改变不了耗时长成本高的缺点。本课题尝试利用石英熔融时所消耗的热量，时间等外部原因，间接测量石英在高温下的熔解热及热容，解决现有的技术难关。
2 测量方案设计
2.1 测量难点分析
热容的定义为，单位质量的物质的温度每升高一度或降低一度后所吸收或释放的热量。常温状态下，石英的物理化学性质较为稳定，比较容易利用测量仪器测得。而在超过1500摄氏度的高温情况下，石英内部的分子结构产生变化，物性处于热力学不稳定状态，难以直接量取其热容具体数值，主要的原因在于无法测得石英吸收的热量数值，同样的原因，熔解热的测量在高温下也存在困难。也就是说，高温下石英热容和熔解热的测量方案必须首先解决测量石英吸收热量的问题。
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