1、硅微粉的用途及生產技術姓名：白志文 班級：材料化學101學號：051002101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品。本文論述了硅微粉產品的寬廣應用領域，以及國內 硅微粉產品生產與需求概況及其生產技術。關鍵詞：硅微粉;制備工藝；加工技術；用途1緒論硅微粉二氧化硅微粉是主要成份為SiO2,是冶煉硅鐵合金和金屬硅時被煙 氣帶出爐外的無品形細顆粒，具有優越的火山灰性能。近年來隨著歸家環保法規 的逐步落實和人們環保意識的提高以及硅微粉應用領域的日益擴大，硅系鐵合金 生產廠相繼新建或配套改造了煙氣凈化系統，即硅微粉生產系統。回收硅微粉， 盡可能

2、的使廢物資源化和無害化，減少工業生產對人類和環境的影響，既有經濟 效益，又有社會和環境效益。12硅微粉性能及用途硅微粉是用二氧化硅(SiO2)又稱石英的材料經過破碎、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硅微粉性能具有良好的絕緣性：由于硅微粉純度高，雜質含量低，性能穩定，電絕 緣性能優異，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。能降低環氧樹脂固化反應的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹系數和 收縮率，從而消除固化物的內應力，防止開裂。抗腐蝕性：硅微粉不易與其他物質反應，與大部分酸、堿不起化學反應， 其顆粒均勻覆蓋在物件表面，具

3、有較強的抗腐蝕能力。2顆粒級配合理，使用時能減少和消除沉淀、分層現象；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，增加阻燃性能。經硅烷偶聯劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好， 易混合，無結團現象。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， 同時也降低了產品成本。32.2幾種主要用途硅微粉的理化指標2.2.1電子及電器工業用硅微粉電子及電器工業用硅微粉(SJ/T10675 - 2002)產品分類及代號：用于電工行 業有普通硅微粉(PG)、普通活性硅微粉(PGH)、電工級硅微粉(DG)、電工級活性 硅微粉(DGH)。用于電子行業有

4、電子級結品型硅微粉(JG)、電子級結品型活性硅 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)。產品規 格為產品網目數，分為300、400、600、1000目。產品的粒度分布見表1，產品的 理化指標見表2。表1硅微粉產品的粒度分布規格(目)中位粒徑心0皿)比表面積(cm2/g)累積粒度(口也一%)30021 .0025.001 7。2 10040016.0020.002 1100 2 400-39 756001 1.00 15.002 4003 000-25 751 0008.0010.003 0004 0001 065表2硅微粉產品理化j厝標指標PGPGHDGD

5、GHJGJGHJGJGHRGRGHRGRGH優等品合格品優等品$品含水量(%).1W0.08密度(t/m3)2.65 0 052.200.05(。)LOIW0.20W0_15W0-10W0 08S1O2N99.40N99.60N99.7099.6599.80N99.75Fe2OsW0 030W0 020W0 010W0 008alo5wo.20W0.15W0.10-憎水性(min)-30云45-玉45-45-45-34 5無定形Si。：-M98395電導率(Us/cm)-W30三510:；10W155W101015Na+(X106)-三23W5W23三5毛8cr(xio6)-W20； 2W3M

6、 5忘SW2W3599.0， Al2O30.3，Fe2O30.05，Na2O+K2O98. 0%。42.3硅微粉的用途由于硅微粉具有良好的特性，因此它有著廣泛的用途。電子行業：作為電子產品如集成電路塊、半導體器件的塑封料填料。電工行業：作為電工產品如電流互感器、電壓互感器、十式變壓器等高 壓電氣部件的澆注料填料。作為玻璃纖維的主料，用于生產普通無堿玻璃纖維和電子工業用玻璃纖 維。硅橡膠和塑料的填充料。41涂料的添加料。建筑業：可做水泥摻合料，以降低水灰比，提高和易性；用于鋼筋 混凝土，可以大大提高混凝土的密實性，增強抗滲漏性，如用于水電大壩、大小 型水池等。作各種建筑砂漿的填充料。5耐火材料工

7、業：作添加機制取高級耐火材料。石油領域：石油鉆井固井。化學工業：高質量的硅微粉可作為惰性填充材料應用于各種化合物中， 以代替滑石和高嶺土等硅酸鹽材料。科研、冶金等領域。其他：如牙用材料，陶瓷、日用化工用材料等。62. 4 一般硅微粉產品的應用領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；環保及油井加壓等。2.5球形硅微粉產品的應用領域超大規模和甚大規模集成電路塑封料；超大規模電子顯像；精細化工；可擦 寫光盤及大面積電子基板；

8、特種陶瓷及特種橡膠；航空、航天工程等。2.6納米Si02產品的應用領域橡膠、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、粘結劑、化工、醫藥、農藥、高分子復合材料、 玻璃鋼、化妝品、油墨、農業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原料資源豐富，有水晶、半透明及乳白色脈石英、變質石英巖、 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 原料被大量開發利用，高品質的硅質原料逐漸減少；為了滿足產量逐年提高的硅 微粉用原材料的要求，部分硅質原料必須經過選礦提純達到質量標準后，才用

9、來 加工硅微粉。選礦提純一般是將雜質含量較高的硅質原料經過破碎、篩分、磨礦，使二氧 化硅與雜質充分解離，經過磁選、浮選除去雜質；再用酸洗方法，使雜質進一步 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生的質量較高的細粉和南方的粉石英，均可作為硅 微粉的原材料。在實際生產中，根據要求的質量進行提純。或是經過浮選、磁選 除雜質，或是經過水洗分級除雜質，或是經過酸洗除雜質，干燥后，作為硅微粉 的原材料。如質量較好的粉石英，開采出來后，經水洗分級除去粗顆粒和雜質， 細粒級干燥后可作為生產無

10、堿玻璃纖維原料。73.2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品態硅微粉。用破碎、研磨和分級方法生 產的熔融硅微粉其原材料是熔煉石英。熔煉石英生產工藝：先將硅質原料破碎到 1020mm的小塊料，采用堆積酸浸法，除去表面雜質，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；經過高溫(1 8002 000C)熔煉約10h后，出爐急冷破碎，經手選，再經純化酸洗、脫酸、去離子水 清洗，干燥后成為無定形硅微粉的原材料。值得注意的是硅質原料中如果含有較 高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4.1角形硅微粉的生產角形硅微粉是用硅微粉原材料

11、經研磨而得到的外形無規則多呈棱角狀的硅 微粉。角形硅微粉根據其原材料的不同又分為角形結晶硅微粉和角形熔融硅微 粉。4.1.1主要生產設備角形硅微粉的主要生產設備有球磨機、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。當球磨機運轉時，磨礦介質與 物料一起被提升到一定高度后下落，如此反復進行，處于磨礦介質之間及磨礦介 質與磨機桶壁之間的物料受到沖擊和物料在磨礦介質的滾動、滑動過程中被研磨 成細粉。振動磨：利用磨礦介質受磨機的振動作用，在磨機腔體內滑動、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，在高速運 轉的分級轉子

12、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 效率、節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，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。84.1.2生產工藝角形硅微粉生產工藝有十法研磨和濕法研磨兩種。干法研磨生產工藝：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

13、連續進料和出料，也可 以一次投入若干重量原料，連續研磨若干時間后出料；出料時要經過微粉分級機 控制粒度，粗的產物返回磨機再磨或作為產品，細的則是產品。十法研磨要嚴格 控制入磨物料水分，產品不再干燥。工藝流程見圖1。硅微箱原料研磨分級細產品t I1粗產物圖1 干法研磨生產工藝流程濕法研磨生產工藝：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，作業濃度在65%80% ；連續研磨十幾個小時后，倒出料漿，用壓濾方法或 放在料桶內自然沉淀脫水，得到含水料餅；用打碎機打碎分散后均勻連續地投到 空心軸攪拌烘干機中，干燥后得到產品。工藝流程見圖2。硅微粉原*:_研磨一脫水一打碎分散 干燥產品圖2濕法

14、研磨生產工藝流程無論是十法研磨還是濕法研磨，磨機中還應加入幾種直徑按要求配比的磨 球，又稱磨礦介質。根據進料粒度大小和產品粒度要求，磨礦介質的直徑和配比 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 質應是非金屬材料如氧化鋁陶瓷球或硅石；磨機的桶體內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。94.2球形硅微粉的生產球形硅微粉主要用于大規模、超大規模和特大規模集成電路的封裝上。微電子工業的迅速發展，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。高純熔融 球形硅微粉（球形硅微粉）由于其流動性好，表

15、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 數就越小，也就越接近單晶硅的熱膨脹系數，由此生產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力集中小，強度高，球形硅微粉的應力集 中僅為角形硅微粉應力集中的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，提高經濟效益。目前國外球形硅微粉的生產有：高溫熔融噴射法、氣體火焰法、液相中控制 正硅酸乙

16、脂、四氯化硅的水解法等工藝。近年來，國內多家科研單位和企業都在 進行球形硅微粉的研究工作，但大都處于試驗室研究階段，尚未真正進入產業化 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原料提純 技術和資源開發利用的研究工作。為促進我國信息產業的發展，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主要生產設備粉料定量輸送系統、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：是用氣力輸送的方法將要加工成球形硅微粉的粉料按照 規定的給料量連續、均勻地輸送到高溫火焰中

17、。燃氣量控制和混合裝置：可根據火焰溫度、火焰長度和剛度調節、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，迅速冷卻避免出現析 品現象，并將冷卻后的球形硅微粉在收集器中回收。4.2.2生產工藝流程（見圖3）角形硅微書孑料定量輸送二5高溫火焰噴槍氣體燃料一氣量控制一昆臺裝置I產品-_女集器_卻一烙融成球圖3 球形硅微粉生產工藝流程104.2.3成球機理高溫火焰噴槍噴出1600200

18、0T的高溫火焰，當粉體進入高溫火焰區時其角 形表面吸收熱量而呈熔融狀態，熱量進一步被傳遞到粉體內部，粉體顆粒完全呈 熔融狀態。在表面張力的作用下，物體總是要趨于穩定狀態，而球形則是最穩定 狀態，從而達到產品成球目的。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系：t書3d2式中：t為粉體顆粒在 火焰中達到熔融所需要的時間；乃為

19、材料的相關系數，如比熱、導熱系數、密度 等；3為火焰的相關系數；d為粉體顆粒粒徑。根據粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間和粉體顆粒在火焰中的速度， 得到所需火焰的長度尺寸，通過調節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球形硅微粉的原料是角形結晶硅微粉或角形熔融 硅微粉，但應注意，原料中不能有水分，也不能用經偶聯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生水汽，影響熔融效果。5結論硅微粉目前已經在電子工業塑封料、電器工業澆注料、玻璃纖維工業、硅橡 膠、化工、高級陶瓷、特種耐火材料等領域應用，隨著高新技術產業的發展，硅 微粉用途越來越廣，用量越來越大。國內目前生產的主要是角形結晶硅微粉和角形熔融硅微粉，