球形硅微粉介绍、市场应用与生产制备

  一、硅微粉介绍
  球形二氧化硅微粉是一种具有网状、絮状准颗粒结构的无机非金属材料。其热膨胀系数小，应力集中小，摩擦系数小，具有良好的耐腐蚀性、化学稳定性、分散性好、导热系数低等性能。近年来，在航空航天，大规模集成电路封装等新兴领域开始崭露头角。球形硅粉由于其良好的特性和广阔的应用前景，成为近年来新材料领域的研究热点。
  二、硅微粉的应用市场
  1.电子和半导体行业：
  硅微粉在集成电路的封装材料中的应用主要是作为填料，它能够显著提升环氧塑封料的性能。由于硅微粉的高纯度和低放射性，它被用于覆铜板和集成电路的封装，提高了电子产品的可靠性。在这个领域中，硅微粉用于芯片封装的环氧模塑料和液体封装料等，提升了封装材料的热膨胀系数匹配、导热性能和机械强度，有助于提高芯片的热稳定性和寿命[3]。
  2.涂料行业：
  在涂料中，硅微粉因其粒度、白度、硬度、悬浮性、分散性、吸油率低、电阻率高等特性，能显著提升涂料的抗腐蚀性、耐磨性、绝缘性和耐高温性能。应用于外墙涂料时，SiO2原料对耐候性起着重要作用，有助于保护建筑物表面免受恶劣气候条件的影响[4]。
  3.橡胶制品：
  在橡胶制品中,硅微粉的加入可以显著改善橡胶的力学性能,如耐磨性、拉伸强度和模量、抗撕裂性等。这是因为硅微粉具有高硬度和高模量,可以作为橡胶的增强填料。硅微粉还可以提高橡胶的耐热性和耐候性。例如,在汽车轮胎中使用硅微粉可以提高轮胎的耐磨性和抗老化性能,延长轮胎的使用寿命。此外,硅微粉还可以降低橡胶的密度,制备出轻质橡胶制品。例如,在橡胶密封件中使用硅微粉可以降低其密度,同时保持良好的密封性能[4]。
  4.建筑行业：
  在建筑行业中,硅微粉主要用于制备超高性能混凝土(UHPC)。UHPC具有极高的强度和耐久性,可以用于桥梁、高层建筑、隧道等重要工程。硅微粉的加入可以降低UHPC的渗透性,提高其抗冻融性和抗化学侵蚀性。例如,在海洋工程中使用UHPC可以抵抗海水的侵蚀,延长结构物的使用寿命。此外,UHPC还具有优异的耐火性能,可以用于防火建筑中。例如,在高层建筑的防火墙中使用UHPC可以提高建筑的防火等级[5][6]。
  5.抛光和洗涤：
  在抛光和洗涤领域,超细硅微粉因其接近圆形的颗粒和良好的分散性,被用作金属零件的洗涤磨料。硅微粉的抛光效果优于传统的磨料,如金刚石和氧化铝。例如,在轴承的抛光过程中使用硅微粉可以提高轴承的表面光洁度,降低其摩擦系数,提高轴承的使用寿命。硅微粉还可以用于半导体器件的抛光,提高器件的表面质量和可靠性[7][8]。
  三、硅微粉制备
  硅微粉制备主要可以分为化学法、物理法和物理化学法[1]。其中化学方法含有气相法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。通过化学法制备出的球形硅微粉纯度高且粒径均匀。但对于工业生产来说，制备过程需消耗大量表面活性剂，成本过高、有机杂质难以消除且粉末易团聚。物理方法则包括火焰成球法、高温熔融喷射法、等离子体法等。物理法相对而言更易于实现工业化、规模化生产，但是这对制粉所需的原材料石英质量和生产设备等要求较高。
  天际公司具有非常成熟的粉末生产技术，其技术原理如图所示。
  球化后的粉末形状规则，表面光洁，流动性好，致密度及堆积密度增大。氧气助燃下，形貌改善可在温度2500℃以上进行。并且粉末球化率高，其中氧化硅、氧化铝球形度可达98%。生产的硅微粉满足国家技术标准。

  四、火焰球化设备
  天际公司同时也生产专业的火焰球化装备，设备实装效果、示意图与设备指标如图。本公司提供的火焰球花设备具有特殊设计的燃烧器，可有效保证球化区能量密度和粉末材料高温停留时间；采用多种送粉方式让反应物料动态分散，可以避免粉体团聚和长大；最高产能500kg/h，能耗低；可智能调控燃氧比例等等。保障产品燃烧充分、无积碳、污染小。

图1天际公司粉末材料燃气火焰球化装备图

  参考文献
  [1]谢强,管登高,杨辉勇.火焰熔融法制备电子封装用球形硅微粉制备与表征[J].化工中间体,2022(011):000.
  [2]中 华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.球形二氧化硅微粉:GB/T 32661-2016[S].
  [3]阮建军.球形硅微粉的研究进展[J].科技视界,2013,(33):417-418+415.
  [4]苏宪君.超细硅微粉在塑料、橡胶及涂料中的应用[J].中国粉体技术,2003,(05):43-46.
  [5]王德辉,史才军,吴林妹.超高性能混凝土在中国的研究和应用[J].硅酸盐通报,2016,35(01):141-149.
  [6]仇志敏,刘睿,熊哲.UHPC超高性能混凝土制备及工程应用研究进展[J].广东土木与建筑,2023,30(02):6-10+48.
  [7]安秋凤,郭晓晓,李晓璐,等.包覆型滑爽硅微粉的制备与表征[J].陕西科技大学学报,2017,35(05):86-91.
  [8]郭晓晓.包覆型滑爽硅微粉的设计合成及其在织物整理/粉底液中的应用[D].陕西科技大学,2018.