硅化 (硅化铁)

硅化

岩石在热液作用下，产生含有石英、玉髓、蛋白石、似碧玉等蚀变矿物的作用。从高温到低温热液条件下，各种岩石都可发生硅化作用。另外，高古玉类的硅化现象被发现，得到非高温下的年久后某些条件影响的硅化表现。比如红山或泛红山玉器中有很多这种现象。

在生活中常採用高温等方式促进表面硅化或作硅化处理，可用来製备抗氧化涂层等。

基本介绍

中文名：硅化外文名：silicification环境：高温热液对象：花岗岩类岩石学科：工程技术又称：石化作用

硅化简介

硅化作用常常被描述为“石化作用”，石化作用是有机组织被矿物取代，逐渐变成化石的过程。古生物的遗骸，只有在冷藏，在冰原中埋藏，或在其他适宜条件下，才能够保存其柔软部分或柔软部分的痕迹。断裂带中硅化岩石的结构构造种类繁杂，就其硅化程度，在弱硅化岩，交代残余硅化岩和强硅化岩中的表现不同。依其断裂构造岩的类型，在碎裂岩、碎斑岩、碎粒岩、粒化岩、糜棱岩、片麻糜棱岩和磨砾岩中的表现也不同。硅化可能经过很长时间，石英颗粒由小到大：结晶程度由他形到自形。按照热力学平衡因素，温度、压力、浓度和化学组分的活动及化学位等所决定的渗滤交代作用和扩散交代作用，从而形成细脉状和浸染状的交代形态。据精细观察,在偏光镜下显示浸染状态，在扫描电镜下却表现明显的细脉状形态。

影响

表面硅化对複合材料的影响金刚砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为套用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25。SiC 以其相对较低的热膨胀係数，高温下氧化形成的二氧化硅玻璃质保护膜有效阻止氧的扩散渗透，有一定的自癒合性质，具有1650摄氏度的较高抗氧化能力，被用来製备C/C複合材料抗氧化涂层。在製备SiC涂层的方法中，扩散法是主要的一种。採用Si 扩散反应生成的SiC涂层，由于在C/C複合材料基体上会出现成分和组织的梯度过渡层，降低了涂层与基体间因热膨胀失配而产生的应力和因组织结构突变引起的组织应力，在一定程度上降低了涂层的开裂趋势，并且提高了与基体的结合强度，使SiC涂层具有良好的抗氧化性能。对于扩散法，SiC 涂层取决于基体中Si的扩散机制和基体与Si的反应过程。C/C複合材料属于多相组织，不同的相结构对Si扩散的影响和与Si的反应能力存在差别，这将影响到SiC 涂层的生成。曾燮榕等对C/C複合材料表面固相扩散渗硅工艺製备的SiC 涂层以及基体组织的影响进行了分析研究。相关结论如下：1 ）扩散工艺对 C/C複合材料组织结构的影响表现为深入基体内部，沿着 C/C複合材料的碳布叠层界面、纤维束与纤维束界面、基体的孔隙等缺陷分布有扩散反应生成的SiC 薄层。2 ）硅的扩散反应对碳纤维影响不大，热解碳易与Si反应生成 SiC ，而分布于此基体上的碳纤维未与Si发生明显反应，碳纤维比基体碳具有更高的结构稳定性。3 ）对于 C/C複合材料採用扩散法製备SiC 涂层时，在涂层达到一定厚度后，硅化反应时间的延长几乎不影响涂层的厚度。硅化处理对石墨化度的影响对炭纤维在真空炉中进行2100℃硅化处理。用SEM分析了炭纤维在硅化处理前后表面形貌的变化，利用能谱测定了其硅化处理后的成分变化并加以分析，用X射线衍射分析了热处理和硅化处理后的炭纤维石墨化度的变化。结果表明：处理后的炭纤维出现富C的SiC表层，内部为含有SiC的C芯，并伴随有类球状Si C颗粒的形成。沿炭纤维径向分布的SiC含量呈现梯度分布，其芯部的SiC含量为2.46%(质量分数，下同)，靠近表层的Si C含量增加到7.53%。表面的SiC含量达到13.25%；纤维表面的类球状颗粒为含C的Si C颗粒，其中Si C的含量为30.55%。在2100℃热处理的炭纤维石墨化度几乎为0，而在2100℃硅化处理的炭纤维石墨化度高达48.5%。

相关产物

花岗岩类岩石，经高温热液的硅化作用，可形成富石英云英岩。高、中温热液生成的硅化岩石，主要由石英组成。这种蚀变，可称为石英化(quartzification)。低温热液所生成的硅化岩石，常由细粒石英或隐晶质的玉髓以及非晶质的蛋白石、似碧玉等组成。因此，分别称为玉髓化、蛋白石化和似碧玉化。在火山岩地区，硅化岩石(含高铝矿物，如刚玉、红柱石等)称为次生石英岩。沿着断裂带，常发育规模巨大的硅化带。有关的矿产，主要有铜、钼、钨、铅、锌、铀、金、锑、汞、萤石、黄铁矿、赤铁矿、压电水晶和重晶石等。