硅微粉簡介及用途

1、硅微粉簡介及用途摘要：按照體顆粒形狀分類的方法將硅微粉分為角形硅微粉和球形硅微粉，通過機械破碎等得到硅微粉產(chǎn)品。本文論述了硅微粉產(chǎn)品的寬廣應(yīng)用領(lǐng)域，以及國內(nèi)硅微粉產(chǎn)品生產(chǎn)與需求概況及其生產(chǎn)技術(shù)。關(guān)鍵詞：硅微粉;制備工藝；加工技術(shù)；用途1 緒論安米微納-H系列硅微粉二氧化硅微粉主要成份為SiO2，是冶煉硅鐵合金和金屬硅時被煙氣帶出爐外的無晶形細顆粒，具有優(yōu)越的火山灰性能。近年來隨著歸家環(huán)保法規(guī)的逐步落實和人們環(huán)保意識的提高以及硅微粉應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，硅系鐵合金生產(chǎn)廠相繼新建或配套改造了煙氣凈化系統(tǒng)，即硅微粉生產(chǎn)系統(tǒng)?；厥展栉⒎郏M可能的使廢物資源化和無害化，減少工業(yè)生產(chǎn)對人類和環(huán)境的影響，既有

2、經(jīng)濟效益，又有社會和環(huán)境效益。 邱富仁.硅微粉的加工技術(shù)與市場開發(fā)2 硅微粉性能及用途安米微納-H系列硅微粉是用二氧化硅(SiO2)又稱石英的材料經(jīng)過破碎、提純、研磨、分級等工藝精細加工而成，其純度高、色澤白、顆粒級配合理，有著獨特的性能和廣泛的用途。2. 1 H系列硅微粉性能(1)具有良好的絕緣性：由于硅微粉純度高，雜質(zhì)含量低，性能穩(wěn)定，電絕緣性能優(yōu)異，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。(2)能降低環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和收縮率，從而消除固化物的內(nèi)應(yīng)力，防止開裂。(3)抗腐蝕性：硅微粉不易與其他物質(zhì)反應(yīng)，與大部分酸、堿不起化學反應(yīng)，其顆粒均勻覆蓋在物件表

3、面，具有較強的抗腐蝕能力。 蔣學鑫.非金屬礦精品硅微粉(4)顆粒級配合理，使用時能減少和消除沉淀、分層現(xiàn)象；可使固化物的抗拉、抗壓強度增強，耐磨性能提高，并能增大固化物的導熱系數(shù)，增加阻燃性能。(5)經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，無結(jié)團現(xiàn)象。(6)硅微粉作為填充料，加進有機樹脂中，不但提高了固化物的各項性能，同時也降低了產(chǎn)品成本。 張啟萬.硅微粉產(chǎn)品的生產(chǎn)與應(yīng)用2.2 幾種主要用途硅微粉的理化指標2.2.1 電子及電器工業(yè)用硅微粉電子及電器工業(yè)用硅微粉(SJ/T106752002)產(chǎn)品分類及代號：用于電工行業(yè)有普通硅微粉(PG)、普通活性硅微粉(PGH

4、)、電工級硅微粉(DG)、電工級活性硅微粉(DGH)。用于電子行業(yè)有電子級結(jié)晶型硅微粉(JG)、電子級結(jié)晶型活性硅微粉(JGH)、電子級熔融型硅微粉(RG)、電子級熔融型活性硅微粉(RGH)。產(chǎn)品規(guī)格為產(chǎn)品網(wǎng)目數(shù)，分為300、400、600、1000目。產(chǎn)品的粒度分布見表1，產(chǎn)品的理化指標見表2。2.2.2 普通無堿玻璃纖維和電子工業(yè)用玻璃纖維原料普通無堿玻璃纖維和電子工業(yè)用玻璃纖維原料化學成分(%)為：SiO299.0，Al2O30.3，F(xiàn)e2O30.05，Na2O+K2O98. 0%。 張宇平.粉石英制取電子級結(jié)晶型硅微粉的研究2.3 H系列硅微粉的用途由于安米微納-H系列硅微粉具有良好的

5、特性，因此它有著廣泛的用途。(1)電子行業(yè)：作為電子產(chǎn)品如集成電路塊、半導體器件的塑封料填料。(2)電工行業(yè)：作為電工產(chǎn)品如電流互感器、電壓互感器、干式變壓器等高壓電氣部件的澆注料填料。(3)作為玻璃纖維的主料，用于生產(chǎn)普通無堿玻璃纖維和電子工業(yè)用玻璃纖維。(4) 硅橡膠和塑料的填充料。(5) 涂料的添加料、填料。(6) 建筑業(yè)建材公司：可做水泥摻合料，以降低水灰比，提高和易性（微硅粉，即石灰）；用于鋼筋混凝土，可以大大提高混凝土的密實性，增強抗?jié)B漏性，如用于水電大壩、大小型水池等。作各種建筑砂漿的填充料。環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠(7) 耐火材料工業(yè)： 作添加機制取高級耐火材料。(8) 石油領(lǐng)域：石油鉆

6、井固井。(9) 化學工業(yè)：高質(zhì)量的硅微粉可作為惰性填充材料應(yīng)用于各種化合物中，以代替滑石和高嶺土等硅酸鹽材料。(10) 科研、冶金等領(lǐng)域。(11) 其他：如牙膏材料，陶瓷、日用化工用材料等。 （12）飼用添加劑：如在供客戶某（深圳）生物科技有限公司產(chǎn)品：仔豬飼料添加劑.2.4 一般硅微粉產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域作為填料或輔料可用于以下方面：陶瓷、冶金熔劑、鑄造及金屬表面處理；電子元器件封裝；橡膠；T程塑料；高檔油漆、防腐涂料；電焊條涂層；建筑砂漿及高強混凝土骨料；高級耐火材料；太陽能光電池、軍用天線反射罩；牙用材料；環(huán)保及油井加壓等。2.5 球形硅微粉產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域超大規(guī)模和甚大規(guī)模集成電路塑封料；超大

7、規(guī)模電子顯像；精細化工；可擦寫光盤及大面積電子基板；特種陶瓷及特種橡膠；航空、航天工程等。球形硅粉目前我國生產(chǎn)技術(shù)不成熟，全球球形硅微粉供應(yīng)都被日本壟斷。2.6 納米Si02產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域橡膠、油漆涂料、電子封裝材料、硅基基板、功能化學纖維、功能塑料、高級陶瓷、特種耐火材料、密封膠、粘結(jié)劑、化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、高分子復(fù)合材料、玻璃鋼、化妝品、油墨、農(nóng)業(yè)種子處理劑及消防的干粉滅火劑等。3 硅微粉原料的加工和提純3.1 硅微粉原料的選礦提純我國的硅質(zhì)原料資源豐富，有水晶、半透明及乳白色脈石英、變質(zhì)石英巖、沉積石英砂巖、海相沉積石英砂、河湖相沉積石英砂、粉石英等類型。隨著硅質(zhì)原料被大量開發(fā)利用，高品質(zhì)

8、的硅質(zhì)原料逐漸減少；為了滿足產(chǎn)量逐年提高的硅微粉用原材料的要求，部分硅質(zhì)原料必須經(jīng)過選礦提純達到質(zhì)量標準后，才用來加工硅微粉。選礦提純一般是將雜質(zhì)含量較高的硅質(zhì)原料經(jīng)過破碎、篩分、磨礦，使二氧化硅與雜質(zhì)充分解離，經(jīng)過磁選、浮選除去雜質(zhì)；再用酸洗方法，使雜質(zhì)進一步降低，然后用清水洗去酸液，再用去離子水洗去顆粒表面吸附的殘余雜質(zhì)離子，使原料達到或高于硅微粉的化學指標；干燥后成為加工硅微粉的原材料。我國加工玻璃用硅砂而產(chǎn)生的質(zhì)量較高的細粉和南方的粉石英，均可作為硅微粉的原材料。在實際生產(chǎn)中，根據(jù)要求的質(zhì)量進行提純?；蚴墙?jīng)過浮選、磁選除雜質(zhì)，或是經(jīng)過水洗分級除雜質(zhì)，或是經(jīng)過酸洗除雜質(zhì)，干燥后，作為硅微

9、粉的原材料。如質(zhì)量較好的粉石英，開采出來后，經(jīng)水洗分級除去粗顆粒和雜質(zhì)，細粒級干燥后可作為生產(chǎn)無堿玻璃纖維原料。 何 斌.淺議硅微粉的深加工3.2 熔融硅微粉原料的加工熔融硅微粉又稱無定形硅微粉或非晶態(tài)硅微粉。用破碎、研磨和分級方法生產(chǎn)的熔融硅微粉其原材料是熔煉石英。熔煉石英生產(chǎn)工藝：先將硅質(zhì)原料破碎到1020mm的小塊料，采用堆積酸浸法，除去表面雜質(zhì)，再用清水洗凈后干燥。將清潔、干燥的小塊料投入熔煉石英爐中，接通硅碳棒電源；經(jīng)過高溫(1 8002 000)熔煉約10h后，出爐急冷破碎，經(jīng)手選，再經(jīng)純化酸洗、脫酸、去離子水清洗，干燥后成為無定形硅微粉的原材料。值得注意的是硅質(zhì)原料中如果含有較高

10、的液體或氣體包裹體，則不宜用來作為熔煉石英的原料。4 硅微粉的生產(chǎn)4.1 角形硅微粉的生產(chǎn)角形硅微粉是用硅微粉原材料經(jīng)研磨而得到的外形無規(guī)則多呈棱角狀的硅微粉。角形硅微粉根據(jù)其原材料的不同又分為角形結(jié)晶硅微粉和角形熔融硅微粉。4.1.1 主要生產(chǎn)設(shè)備角形硅微粉的主要生產(chǎn)設(shè)備有球磨機、振動磨、微粉分級機和烘干機。下面分別簡要介紹其工作原理。球磨機：可以是干法也可以是濕法研磨物料。當球磨機運轉(zhuǎn)時，磨礦介質(zhì)與物料一起被提升到一定高度后下落，如此反復(fù)進行，處于磨礦介質(zhì)之間及磨礦介質(zhì)與磨機桶壁之間的物料受到?jīng)_擊和物料在磨礦介質(zhì)的滾動、滑動過程中被研磨成細粉。振動磨：利用磨礦介質(zhì)受磨機的振動作用，在磨機腔

11、體內(nèi)滑動、滾動而對物料進行研磨。微粉分級機的分級原理是：物料被風機抽吸到分級室內(nèi)，在高速運轉(zhuǎn)的分級轉(zhuǎn)子和分級葉片之間被分級；粗物料沿分級筒壁而下，從底部粗粉出口排出；細粉則隨氣流穿過轉(zhuǎn)子葉片的間隙由上部細粉出口排出，從而達到分級的目的。烘干機：為了保證硅微粉極低的含水率和在干燥時不受污染以及提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源而采用空心軸攪拌烘干機，其工作原理是：物料從進料口進入烘干機內(nèi)，由空心槳葉輸送至出料口出料；物料在被輸送過程中，受空心槳葉攪拌并由空心槳葉和機體夾套同時加熱，水分被蒸發(fā)而烘干。含水量在15%20%的物料，干燥后水分可控制在0.05%以下。 李化建.用優(yōu)質(zhì)石英礦制備高純超細硅微粉工藝4.

12、1.2 生產(chǎn)工藝角形硅微粉生產(chǎn)工藝有干法研磨和濕法研磨兩種。干法研磨生產(chǎn)工藝：是將硅微粉原料放進球磨機或振動磨中研磨，該研磨工藝可以連續(xù)進料和出料，也可以一次投入若干重量原料，連續(xù)研磨若干時間后出料；出料時要經(jīng)過微粉分級機控制粒度，粗的產(chǎn)物返回磨機再磨或作為產(chǎn)品，細的則是產(chǎn)品。干法研磨要嚴格控制入磨物料水分，產(chǎn)品不再干燥。工藝流程見圖1。濕法研磨生產(chǎn)工藝：是將若干重量硅微粉原料一次投入球磨機中，加入適量的水，作業(yè)濃度在65%80%；連續(xù)研磨十幾個小時后，倒出料漿，用壓濾方法或放在料桶內(nèi)自然沉淀脫水，得到含水料餅；用打碎機打碎分散后均勻連續(xù)地投到空心軸攪拌烘干機中，干燥后得到產(chǎn)品。工藝流程見圖2

13、。無論是干法研磨還是濕法研磨，磨機中還應(yīng)加入幾種直徑按要求配比的磨球，又稱磨礦介質(zhì)。根據(jù)進料粒度大小和產(chǎn)品粒度要求，磨礦介質(zhì)的直徑和配比是不同的，研磨時間也是不同的。為了避免物料在研磨時被污染，使用的磨礦介質(zhì)應(yīng)是非金屬材料如氧化鋁陶瓷球或硅石；磨機的桶體內(nèi)也必須襯高強度耐磨材料如氧化鋁陶瓷、硅石或聚氨脂橡膠。 陳志強.中國的二氧化硅微粉及標準4.2 球形硅微粉的生產(chǎn)球形硅微粉主要用于大規(guī)模、超大規(guī)模和特大規(guī)模集成電路的封裝上。微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對硅微粉提出了越來越高的要求。硅微粉不僅要超細、高純度、低放射性元素含量，而且對顆粒形狀提出了球形化要求。高純?nèi)廴谇蛐喂栉⒎?球形硅微粉)由于其流動

14、性好，表面積小，堆積密度高，填充量可達到較高的填充量，與樹脂攪拌成膜均勻。硅微粉的填充率越高，塑封料的膨脹系數(shù)就越小，也就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù)，由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。用球形硅微粉制成的塑封料應(yīng)力集中小，強度高，球形硅微粉的應(yīng)力集中僅為角形硅微粉應(yīng)力集中的60%，因此，球形硅微粉塑封料封裝集成電路芯片時，成品率較高，且運輸和使用過程中不容易產(chǎn)生機械損傷。球形硅微粉無棱角，因而對模具的磨損小，模具的使用壽命長，塑封料的封裝模具十分精密而且價格很高，使用球形硅微粉塑封料可降低模具成本，提高經(jīng)濟效益。目前國外球形硅微粉的生產(chǎn)有：高溫熔融噴射法、氣體火焰法、液相中控制正硅酸乙脂、四氯

15、化硅的水解法等工藝。近年來，國內(nèi)多家科研單位和企業(yè)都在進行球形硅微粉的研究工作，但大都處于試驗室研究階段，尚未真正進入產(chǎn)業(yè)化階段。中國建材國際工程有限公司自20世紀70年代起就致力于我國硅質(zhì)原料提純技術(shù)和資源開發(fā)利用的研究工作。為促進我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，公司也正在進行球形硅微粉的研制工作，并建立了中試試驗室，采用的是氣體燃燒火焰成球法，簡介如下。4.2.1 主要生產(chǎn)設(shè)備粉料定量輸送系統(tǒng)、燃氣量控制和混合裝置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置，下面分別簡要介紹其工作原理。粉料定量輸送系統(tǒng)：是用氣力輸送的方法將要加工成球形硅微粉的粉料按照規(guī)定的給料量連續(xù)、均勻地輸送到高溫火焰中。燃氣量控制和混合

16、裝置：可根據(jù)火焰溫度、火焰長度和剛度調(diào)節(jié)、控制燃氣量和助燃氣體量，并將燃氣與助燃氣體充分混合后送到高溫火焰噴槍。氣體燃料高溫火焰噴槍：是將混合燃料氣體(混合入助燃氣體)和非球形硅微粉物料同時噴出，點火后產(chǎn)生高溫火焰，熔融分散的硅微粉，使之成為球形硅微粉。冷卻回收裝置：將已被熔融且分散的高溫球形硅微粉，迅速冷卻避免出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，并將冷卻后的球形硅微粉在收集器中回收。4.2.2 生產(chǎn)工藝流程(見圖3) 李 舟.準球形硅微粉用于環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的研究4.2.3 成球機理高溫火焰噴槍噴出16002000的高溫火焰，當粉體進入高溫火焰區(qū)時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態(tài)，熱量進一步被傳遞到粉體內(nèi)部，粉體顆粒

17、完全呈熔融狀態(tài)。在表面張力的作用下，物體總是要趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而球形則是最穩(wěn)定狀態(tài)，從而達到產(chǎn)品成球目的。粉體顆粒能否被熔融取決于兩方面：一是火焰溫度要高于粉體材料的熔融溫度，這就要選擇合適的氣體燃料；二是保證粉體顆粒熔融所需要的熱量。在火焰溫度一定的情況下，不同粒徑的粉體顆粒達到熔融所需要的熱量是不同的，而吸收熱量的多少與粉體顆粒在火焰中的時間成正比，因此可得到粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間與其粒徑的關(guān)系：t =d2 式中：t 為粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間；為材料的相關(guān)系數(shù)，如比熱、導熱系數(shù)、密度等；為火焰的相關(guān)系數(shù)；d為粉體顆粒粒徑。根據(jù)粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間和

18、粉體顆粒在火焰中的速度，得到所需火焰的長度尺寸，通過調(diào)節(jié)燃氣量控制裝置達到要求。4.2.4 球形硅微粉的原料氣體燃燒火焰成球法生產(chǎn)球形硅微粉的原料是角形結(jié)晶硅微粉或角形熔融硅微粉，但應(yīng)注意，原料中不能有水分，也不能用經(jīng)偶聯(lián)劑處理的硅微粉作原料，以免影響粉料的輸送和在熔融時產(chǎn)生水汽，影響熔融效果。5 結(jié)論硅微粉目前已經(jīng)在電子工業(yè)塑封料、電器工業(yè)澆注料、玻璃纖維工業(yè)、硅橡膠、化工、高級陶瓷、特種耐火材料等領(lǐng)域應(yīng)用，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅微粉用途越來越廣，用量越來越大。國內(nèi)目前生產(chǎn)的主要是角形結(jié)晶硅微粉和角形熔融硅微粉，雖然能滿足國內(nèi)市場的需求，也有部分出口，但大部分產(chǎn)品檔次較低。國內(nèi)市場需求的高檔硅微粉如球形硅微粉、超細硅微粉仍依賴國外進口。在玻璃纖維工業(yè)，硅微粉基本上可滿足生產(chǎn)要求，隨著新建玻璃纖維工廠的投產(chǎn)，需求量將進一步擴大。隨著我國半導體集成電路與電子器件以及電工器件的發(fā)展，對硅微粉的需求量將