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【投稿】高品质硅微粉的应用现状与发展趋势

粉体圈2018-06-19 02:30:38



高品质硅微粉(SiO2)是应用极为广泛的无机非金属材料,它具有优良的介电性能、低的热膨胀系数、导热系数小及耐腐蚀等特点。同时,高品质硅微粉以其优异的物理性能、极高的化学稳定性与独特的光学性质,成为高新技术领域最重要和最关键的原料之一。


1. 高品质硅微粉的应用现状


高品质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。


(1)电子及电器工业中的应用


目前,现代微电子技术正以惊人的速度向高集成度、高密度和小型化方向发展。球形硅微粉先进封装技术的快速发展对封装材料提出了越来越高的要求。用于集成电路封装的环氧塑封料中,70%~90%为硅微粉。当集成度达到 1M~4M 时,即要求加入部分球形化硅微粉,而集成度达到 8M~16M 时,则必须全部使用球形硅微粉。用于电子行业有电子级结晶型硅微粉、电子级结晶型活性硅微粉(JGH)、电子级熔融型硅微粉、电子级熔融型活性硅微粉。产品规格为产品网目数,分为300、400、600、1000目。


(2)耐磨橡胶制品中的应用


耐磨橡胶制品包括橡胶板、管、带、辊,它要求混炼胶具有很好的渗透性和较强的粘结性,试验结果证明,填充硅微粉的混炼胶充分体现了胶料稀、渗透性好、分散性好、粘结性强等独特性能,有利于混炼胶在帆布上的擦涂和增强了胶片与帆布之间的粘着强度,制品的扯断强度、永久变形等机械性能均有明显改善,尤其增强了橡胶制品的耐磨性。


(3)硅橡胶制品中的应用


高品质超微SiO2由于白度高、硬度高、耐高温、阻燃,其分子结构与硅橡胶类似,可用于硅橡胶的补强剂、树脂基复合材料的改性,还可用于新型塑料、有机玻璃、涂料、纸张等产品的添加剂,又用于特大规模电子塑封。它在功能材料中可起到红外屏蔽、抗紫外辐照、高介电绝缘和静电屏蔽,在仿生材料等领域也有着重要的用途。


(4)其他应用领域


高品质硅微粉在耐火材料工业中,作为添加剂制备高性能耐火材料。化学工业中,可作为惰性填充材料应用于各种化合物中,以代替滑石和高岭土等硅酸盐材料。建筑行业中,可做水泥掺合料,以降低水灰比,提高和易性;用于钢筋混凝土,可以大大提高混凝土的密实性,增强抗渗漏性,如用于水电大坝、大小型水池等。


当前我国硅微粉生产企业几乎全部套用非矿工业的常规加工设备,包括粉碎、分级、干燥等,在工艺过程中,缺乏系统的控制手段,也有个别企业采取简单的在线监视与离线控制措施,但仍然解决不了根本问题。 至于生产环境的洁净度更令人忧心。 所以致使我国硅微粉产品的纯度、粒度以及产品质量的稳定性差,始终无法与国外的进口产品抗衡。受国内微电子工业飞速发展的拉动,球形硅微粉的用量与日俱增,由于国外生产厂商对我国球形硅微粉的生产技术与专用设备的引进实行严密封锁与垄断,自“十五”计划开始,国内的一些研究单位如清华大学、武汉大学、南京大学等即着手攻关,但目前仍处于实验室阶段,尚未实现产业化运作。


江苏联瑞生产的球形硅微粉


2. 硅微粉技术发展趋势


随着国家“一带一路”和中国制造2025等战略的实施,作为现代电子信息产业基础产业的高技术硅微粉材料已进入快速发展的轨道。


目前,硅粉行业的发展创新应关注以下趋势:


(1)生产高度现代化。


由于微电子工业对硅微粉的纯度、粒度和形状的要求不断提高,因此,对生产过程的无尘化及专用设备的开发尤其重要,同时必须通过在线监测与控制,以确保最终产品的高质量和高稳定性。


(2)技术创新力度加快。


由于高技术硅微粉材料的特殊性和品种的多样性,所以仅仅对传统工艺与装备的改良是远远不够的。随着现代加工技术发展的日新月异,如处于科学前沿的等离子技术、射频技术、超声技术、真空技术以及光电技术等应尽快加以融纳采用。


(3)世界工业发达国家不断加强对知识产权的保护。


国外高技术硅微粉生产厂的核心部位几乎全部采用封闭式操作,外人不得接近。在洽谈技术贸易项目中,核心技术绝对不对外转让。日本对我国出口的高技术硅微粉参数一向保密,德国甚至将高技术硅微粉视作战略物资而限制出口。


(4)技术的自主创新必须寻求新的发展空间。


随着技术创新速度的加快,有部分产品的技术指标已达到其极限。规模化、低成本、高纯度、多品种及功能化仍然是高技术硅微粉的发展趋势。除此之外,高技术硅微粉的合成技术、智能化技术和微纳米技术必将达到一个新的水平。所以,跨学科的创新力度必须不断加大。


作者:李波涛

作者简介:李波涛,男,1985年6月生,中共党员,硕士研究生,工程师,国家注册二级建造师(市政专业)。2009年河南工业大学本科毕业,材料科学与工程专业,无机非金属材料方向;2012年6月西安建筑科技大学硕士研究生毕业,材料物理与化学专业,特种陶瓷方向,2012年8月河南同人铝业有限责任公司工作,主要从事铝合金铸造及深加工方向研究工作。

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