等离子体二氧化硅表面改性工艺研究化学工程与工艺毕业论文Word文档下载推荐.docx

等离子体二氧化硅表面改性工艺研究化学工程与工艺毕业论文Word文档下载推荐.docx

《等离子体二氧化硅表面改性工艺研究化学工程与工艺毕业论文Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子体二氧化硅表面改性工艺研究化学工程与工艺毕业论文Word文档下载推荐.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

指导教师

教务处制表

二Ο一六年六月

等离子体二氧化硅表面改性工艺研究

化学工程与工艺专业

学生：

指导老师：

摘要：

二氧化硅具有独特的化学性质和物理性质，使其广泛应用于人造石、高白玻璃、光学仪器、水处理、高级涂料、电子填充、精密铸造、陶瓷制品、橡胶和塑料填充等五十多个行业。

此次主要研究其在精密铸造行业中的应用，二氧化硅某些固有特性是铸件产生粘砂、砂眼、脉纹、气孔、变形及裂纹等缺陷的根源。

硅砂经过高温焙烧处理，可以改变硅砂固有特性即消除上述铸造缺陷，而后用于砂型铸造各个领域。

在本文的研究中，利用等离子体技术，建立了一套全新的实验装置和工艺流程，从而对石英砂表面进行改性。

全文包括四个部分：

第一章综述了国内外石英砂表面改性的研究状况和发展状况，详细论述了目前石英砂表面处理的其他方法和石英砂的改性机理，并提出了利用等离子体工艺处理石英砂。

第二章介绍了用等离子体技术处理二氧化硅表面的方法、流程和实验原理，并对实验设备进行了详细描述。

我们的方法是直流等离子体熔融法，它是利用等离子体产生的高温和高热焓对石英砂表面进行处理，使石英砂达到铸造砂的要求。

第三章主要通过扫描电镜和XRD得到处理前后砂的晶型和XRD图，还有处理后砂的一些特性和实验现象，对这些实验结果进行了对比分析，并对产生这些结果的原因进行了讨论。

第四章我们的结论是石英砂的耐火性、球形率都有了很大的提高，而且晶型从α型变成了具有β鳞石英特性的α石英砂，砂的膨胀系数和发气量都有了明显的降低，而且原砂表面的有机物、铁、铝等杂质都有了明显的下降。

关键词：

等离子体工艺；

二氧化硅；

铸造砂；

表面改性

ThesurfacemodificationtechnologyResearchofSilicabytheplasma

Major:

Chemicalengineeringandtechnology

Graduate:

ZhangXinSupervisor:

Prof.YinYongxiang

Abstract:

Silicahasauniquechemicalpropertiesandphysicalproperties,itiswidelyusedinartificialstone,highwhiteglass,opticalinstruments,watertreatment,andadvancedcoatings,electronicfilling,precisioncasting,ceramics,rubberandplasticfillingandotherfiftyIndustries.Themainindustryintheapplicationofprecisioncasting,someoftheinherentcharacteristicsofsilicondioxideisproducedadheringsandcasting,sandholes,veins,pores,cracks,deformation,androotcausesofdefects.Afterhightemperaturecalcinationofsilicasand,silicasandcanbechangedtoeliminatetheinherentcharacteristicsofthecastingdefects,andthenusedforsandcastingfields.

Inthisstudy,theuseofplasmatechnology,asetofnewexperimentalequipmentandprocesses,theuseofhightemperatureplasmageneratedbythetransformationofquartzsand.

Full-textconsistsoffourparts:

Thefirstchaptersummarizesthesurfacemodificationofquartzsandathomeandabroadtheresearchstatusanddevelopment,discussedindetailthecurrentsurfacetreatmentofquartzsandandquartzsandothermethodsmodificationmechanism,andproposeduseofquartzsandplasmaProcess.

Thesecondchapterdescribesthesilicasurfacebyplasmatreatmentmethodoftechnology,processesandexperimentalprinciple,theexperimentaldeviceisdescribedindetail.OurapproachistoDCplasmamelting,whichisproducedhightemperatureandhighheatenthalpyofsurfacetreatmentofquartzsandbytheplasma,quartzsandtoachieverequirementsoffoundrysand.Thethirdchaptertheexperimentalresultsareanalyzedanddiscussed.

Thethirdchapter,wecangetthecrystalsandbeforeandaftertreatmentandXRDchartbyscanningelectronmicroscopyandXRD,therearesomecharacteristicsofthetreatedsandandtheexperimentalresults,theresultsoftheseexperimentswerecompared,andthereasonsfortheseresultshavebeendiscussed.

ChapterIV,Ourconclusionisthatthefireresistanceandballrateofquartzsandhasgreatlyimproved,andfromtheα-typecrystalhasbecomeαquartzsandthathasafeatureoftheβtridymitequartzsand,theexpansioncoefficientandgasevolutionofthesandaresignificantlylower,andtheoriginalsandsurfaceorganicmatter,iron,aluminumandotherimpuritieshaveasignificantdecrease.

朗读

显示对应的拉丁字符的拼音

Keywords:

Plasmatechnology;

silica;

foundrysand;

surfacemodification

前言

石英砂是铸造生产中常用的造型材料。

在浇注铁水过程中石英砂由于受铁水的高温烘烤要发生膨胀和相变，而且在高温条件下硅砂中的结晶水易分解气化。

所以石英砂在相变时膨胀量突然增大铸件容易产生粘砂、夹砂、砂眼、脉纹、气孔、变形等缺陷。

因此在铸造工艺中，人们都想尽办法来减少以上缺陷，以降低铸件的次品率。

在以前，人们通常是通过擦洗除去石英砂表面的杂质，通过机械磨擦使石英砂表面光滑成球形，但是这样不能除去石英砂表面的薄膜，不能降低石英砂的膨胀系数和发气量，而且球形化和除杂的效果不佳。

后来，人们通过加热来降低石英砂的发气量和膨胀系数，增加球形化和除杂的效率。

通常的方法是采用燃烧氢气等有机物来提供热量。

但是这样提供的温度不能满足实验的需要，耗费资源，并且对环境造成严重的危害。

为了避免以上情况，我们实验室采用了等离子体工艺。

等离子体对化学与工艺而言是非常重要的，一方面电子具有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离，另一方面由于重粒子温度低，反应体系又得以保持相对较低的温度，甚至接近室温，这两方面的特点，使得非平衡等离子体在薄膜生长、化学合成、等离子体刻蚀、等离子体聚合和等离子体表面处理及改性、生物医药、消毒灭菌、环境保护等领域都具有广泛的应用前景。

在此次研究中，我们采用的是直流等离子体熔融法。

它的主要流程是：

在等离子发生器中通入氩气和氮气，利用两种气体在100～200V的高压下被电流击穿产生的高温等离子体将石英砂熔融，是它的晶型发生改变，这样可以降低石英砂的线膨胀系数和发气量，通入循环水降低处理后的石英砂的温度，并在反应器内通入空气使得石英砂表面的杂质含量大大降低，最后在接收器内用冷却水将石英砂急速冷却。

实验结果表面，用等离子体技术处理的石英砂耐火性、球形化都有了很大的提高，石英砂中的结晶水分解气化，使石英砂的膨胀性大幅度降低，从而降低了在铸造工艺中铸件的次品率。

实验还消除了石英砂表面的薄膜，可以大大提高石英砂的黏合性。

从而说明了等离子体技术对于二氧化硅表面改性效果显著，能够很好的应用于铸造等行业。

第一章文献综述

1.1石英砂

1.1.1石英砂简介

石英砂是指含二氧化硅较多的河砂、海砂、风化砂等。

除主要成分二氧化硅外，还含有氧化铁、粘土、云母和有机杂质。

石英砂的主要成分为二氧化硅，化学式SiO2，式量60.08，是一种坚硬难溶的固体。

它常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。

白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。

密度2.2～2.66，熔点1670℃（鳞石英）；

1710℃（方石英）。

沸点2230℃，相对介电常数为3.9，不溶于水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。

从地面往下16千米几乎65％为二氧化硅的矿石。

天然的二氧化硅分为晶态和无定形两大类，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。

二氧化硅是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体，整个晶体又可以看作是一个巨大分子，SiO2是最简式，并不表示单个分子。

用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。

石英砂有多种晶系与结构，可在一定温度下相变并伴随体积变化。

常温下是三方晶系的仪一石英，密度2．65g/cm3，在573℃可转变为六方晶系的β-鳞石英，密度2．26g/cm3，因此石英是随温度变化而伴有同质异晶转变。

晶系的转变使石英的体积变化，常温下的α-石英温升到870℃转变为β-鳞石英，其体积增长了17．26％，在黑色金属铸造中，接触金属熔液的硅砂很容易升到870℃产生相变膨胀。

天然石英砂是由火成岩长期风化而成。

大块的石英在破碎成砂粒时,使砂粒表面形成不饱和键,即形成过剩氧的带负电荷表面和