1、前言
    石英主要成分是S102，莫氏硬度為7，具有強耐酸性和極好的電絕緣性。高純度的石英納米粉是高附加值的石英超細產品，應用范圍幾乎涉及到原所有應用Sio2粉體的行業，是極具工業應用前景的納米材料。在電子封裝材料、高分子復合材料、塑料、涂料、橡膠、顏料、陶瓷、膠粘劑及抗菌材料等領域，石英納米粉已經成為傳統產品升級換代的新型材料。
    采用球磨法是高效低耗制各石英納米粉的新方法。但由于石英硬度較大，因此研磨中要采用硬度更大的研磨介質。即使如此，研磨中也難以避免帶來雜質污染。另外，天然石英中常含有氣泡等包裹體。與人工合成的siO：納米粉相比，機械研磨法制備的石英粉難以將這些包裹體除去，對工業應用帶來影響。為了便于研磨，避免雜質污染，去除天然石英中的氣泡等，本文根據高溫煅燒使石英碎裂的原理，結合行星球磨的方法，采用普通硬度的研磨介質制備了石英納米粉，并取得了一定進展。
2、實驗原料與儀器設備
    實驗原料為江西某地產天然塊狀石英，呈無色透明至半透明，玻璃光澤，質地比較純凈。經測定，Sioz含量為99. 51%。
  煅燒設備選用上海康泰電爐廠生產的1600℃硅鉬棒電爐。煅燒后的石英晶體薄片選用偏光顯微鏡觀察鑒定。研磨設備選用行星式球磨機。石英納米粉檢測選用上海愛建納米公司生產的AJ-Ⅲ型原子力顯微鏡，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
3、實  驗
3.1煅  燒
    天然石英礦堅硬難磨。為降低研磨難度，采用高溫煅燒的方法進行石英的預處理。將石英原料放人電爐，從室溫開始以30℃/h速率升溫，持續升溫48h，溫度升至1460C時保溫72h，然后以30C/h速率降溫48h至室溫。
    煅燒后的石英成白色塊狀，體積已膨脹，密度減小，無光澤，條痕無色，塊狀酥松，用手可較容易地掰成碎塊。
    將煅燒后的石英晶體制成薄片在顯微鏡下觀察，視域為0.19mm．單偏光下觀察到極細微的絮狀微裂紋。正交偏光顯微照片可以看到石英一級灰干涉色，旋轉物臺可以觀察到許多極細的微晶隨著旋轉明暗變化的現象，說明石英在持續的高溫下體積膨脹產生微裂紋促使晶體破碎裂開。
    高溫煅燒使石英塊碎裂的原因可以根據熱脹冷縮原理進行解釋。當礦物晶體受熱后，鍵的長度會增加，鍵的方向也會變化。其中鍵角的微小變化會引起體積的顯著變化。由于晶體中的原子的熱振動不是理想的簡諧振動，位能隨原子間距變化面變化，但正負變化的幅度不同。原子間距減小的變幅，比原子間距增加的變幅要小，即圍繞平衡位置的位能變化是不對稱的。原子的能量隨溫度提高而提高，使振動原子偏離了平衡位置，漂移到比原始狀態更大值的地方，從而產生了熱膨脹現象。
    體積膨脹后，當受到突然冷卻，部分可以恢復原形，但更多的只能收縮到一定程度。這樣，必然在材料內出現裂紋和晶格缺陷，直到破壞。因此，高溫煅燒導致礦物破碎的主要原因為熱沖擊、相變、內部的體積變化以及晶粒間的應力等因素所致。熱沖擊破碎是高溫體內部與冷卻表面間因溫度不同引起不均勻膨脹和收縮造成。相變碎裂是在熱處理過程中。礦物由于晶相變化而產生熱應力所致。另外，礦物中的包裹體受熱時體積增加，也會在礦物顆粒內產生應力。對于單個各項異性的晶體，在熱膨脹或收縮過程中晶體間也會產生應力。這些因素都會引起礦物高溫煅燒處理時碎裂。
3.2粉碎研磨制備石英納米粉
    將煅燒后的石英研磨到200目細度，放人行星式球磨機陶瓷研磨罐中，加直徑2mm氧化鋯陶瓷球介質和適量水，設定行星式球磨機轉速為250r/min，研磨2h。
    試制的石英納米粉經上海愛建納米公司原子力顯微鏡照片分析結果得出，顆粒的最大粒徑為126nm，最小粒徑為12nm．平均粒徑為43nm。
    實驗結果表明，采用硬度與石英相近的氧化鋯為研磨介質，經過2h的研磨，即能將石英研磨為平均粒徑為43nm的細粉，說明煅燒對于提高研磨效率起到了很好作用。分析其原因，可能是石英在高溫下內部的包裹體的膨脹應力以及晶體相變應力，可產生微米級、納米級的微裂紋，從而導致石英破碎粉裂。
    氣液雜質是天然石英中客觀存在的雜質，其中水是天然石英中最主要的氣液雜質，高溫水的含量對應用于石英玻璃時的質量影響最大。經過本工藝制作的納米粉，測得Si02含量為99,97%．較原礦純度有所提高。其原因主要是原礦中氣泡及高溫水含量在高溫煅燒后減少所致。
    石英純度提高的事實也說明，采用煅燒后再研磨石英粉，石英研磨難度降低，可以避免傳統研磨中出現的雜質污染問題。
    因此，根據本試驗結果，傳統上采用化學法才能制得的高純度SiO2納米粉，現在采用相對容易的煅燒與球磨相結合的方法也可以制備。
4、結  論
    通過煅燒與球磨相結合，可以降低石英研磨難度，提高磨礦效率，減少磨礦中研磨介質對原料的污染及機械磨損，提高原料純度，是一種可行的高純石英納米粉制備方法，