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硅微粉的应用、加工工艺及发展趋势

2021-11-19
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作者:埃尔派
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硅微粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉是一种无味、无毒、无污染的非金属材料,具有硬度大、导热系数低、耐高温、绝缘和化学性能稳定等优点。...

硅微粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉是一种无味、无毒、无污染的非金属材料,具有硬度大、导热系数低、耐高温、绝缘和化学性能稳定等优点。

硅微粉按照级别可分为:普通硅微粉、电工级硅微粉、熔融硅微粉、超细硅微粉、球形硅微粉。按照用途可分为:油漆涂料用硅微粉、环氧地坪用硅微粉、橡胶用硅微粉、密封胶用硅微粉、电子级和电工级塑料用硅微粉、精密陶瓷用硅微粉。按照生产工艺可分为:结晶粉、方石英粉、熔融粉、各类活性粉。

硅微粉的应用

硅微粉根据其不同的质量品级,可将其用于橡胶、塑料、高级油漆、涂料、耐火材料、电器绝缘、电子封装、高档陶瓷、精密铸造等生产领域。

普通级硅微粉主要用于环氧树脂浇涂料、灌封料、电焊条保护层、金属铸造、陶瓷、硅橡胶、普通油漆、涂料及其他化工行业填料。电工级硅微粉主要用于普通电器、元器件的绝缘浇注,高压电器的绝缘浇注,APG(环氧树脂自动压凝胶成型技术)工艺注射料,环氧灌封和高档陶瓷釉料等行业。

电工及电子级硅微粉的粒度分布要求

规格/目

中位粒径D50/μm

比表面积/(cm2/g)

累积粒度

300

21.00~25.00

1700~2100

≤50μm≥75%

400

16.00~20.00

2100~2400

≤39μm≥75%

600

11.00~15.00

2400~3000

≤25μm≥75%

1000

8.00~10.00

3000~4000

≤10μm≥65%

电子级硅微粉主要用于集成电路、电子元器件的塑封料和包装材料,环氧树脂浇注料、灌封料和高档油漆、涂料、工程塑料的填充料,粘合剂、硅橡胶、精密铸造、高档陶瓷釉填料和其他化工领域。环氧塑封料年用量上万吨,其填充料二氧化硅粉的含量占70%~90%。

高纯超细硅微粉的SiO2含量高于99.9%,具有粒度小、比表面积大、化学纯度高、填充性好等特点。主要用于大规模及超大规模集成电路用塑封料、电子元器件塑封料、环氧浇注料灌封料、高档涂料、油漆、工程塑料、粘合剂、硅橡胶、精密铸造、高级陶瓷和化工领域。

球形硅微粉填充率高,膨胀系数越小,导热系数也越低;塑封料应力集中最小,强度最高;摩擦系数小,对模具的磨损小。主要用于电子塑封料、涂料、环氧地坪、硅橡胶等领域。

为了更好地使非金属矿物填料与高分子聚合物融合,必须对非金属矿物进行粉碎、提纯与改性。一般来说,填料的粒径越小,分散越均匀,则制品的力学性能越好。

硅微粉的超细粉碎

利用天然石英矿物作为原材料制备超细粉体既是为了满足市场需求,同时为更好的降低粉体中有害杂质含量。天然石英矿物中含有大量的包裹体和裂纹,利用超细粉碎技术可以大大的降低裂纹和缺陷的数量,再结合提纯工艺可以更好的降低有害杂质的含量。结晶粉、方石英粉、熔融粉及各类活性粉的制备都需要经过粉磨分级工艺。

超细研磨和超细分级设备选择的好坏将直接影响到最终产品的产量、质量和粉体颗粒的形状。目前,超细研磨和超细分级设备的机组组合有:球磨加分级、偏心振动磨加分级、振动磨加分级。

球磨—分级硅微粉闭路生产工艺流程

Ballmilling-classification

球磨分级生产线特点:产量较大,设备操作简单,维修费用低,研磨介质及衬板选择灵活,对物料的高纯度加工污染小,设备整体运行可靠,产品质量稳定。在硅微粉中应用可使产品白度高、光泽好、品质指标稳定。高纯超细硅微粉的生产,则在高纯砂制备的基础上进行进一步的超细粉碎或研磨分级而获得。

非金属矿-FLITC-山东某矿物工厂

硅微粉的表面改性

硅烷偶联剂应用于硅微粉表面改性的效果是十分理想的。即可将硅微粉亲水性转变为亲有机性表面,还可提高有机高分子材料对其粉体的润湿性,并通过官能团使硅微粉与有机高分子材料实现牢固的共价键界面结合。

硅烷偶联剂在应用效果与选用的种类、用量、水解情况、基材特性、有机高分子材料的应用场合、方法及条件等有关。

硅微粉的球形化

目前集成电路(IC)封装材料的97%采用环氧塑封料(EMC),而在EMC的组成中,用量最多的是硅微粉,占环氧模塑料质量比达70%~90%。与角形硅微粉相比,环形硅微粉的填充率高,环氧塑封料热膨胀系数更小、热导率也更低,应力集中小、强度高,生产的微电子器件使用性能更好,因此,除了高纯超细,颗粒球形化也成为硅微粉的发展趋势之一。

目前制备球形硅微粉的方法可分为物理法和化学法。物理法有:火焰成球法、高温熔融喷射法、自蔓延低温燃烧法、等离子体法和高温煅烧球形化等。化学法有:气相法、水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法等。化学方法由于颗粒团聚较严重,产品比表面积较大,吸油值大,大量填充时与环氧树脂均混困难,因此,目前工业上主要采用物理法。

硅微粉产业发展概况

硅微粉行业属于资本、技术、资源密集型行业。随着高新技术产业的发展,硅微粉用途越来越广,用量越来越大。世界上对高纯超纯硅微粉的需求量将随着IC行业的发展而快速发展,估计未来10年世界对其的需求将以20%的速度增长。超细、高纯硅微粉成为行业发展热点,球形硅微粉成为行业发展方向,表面改性技术深化发展。

 

文章来源:中国粉体网

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