中國(guó)粉體網(wǎng)訊 硅微粉是由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)破碎、球磨（或振動(dòng)、氣流磨）、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。

1、硅微粉的性能

硅微粉除了具備熱膨脹系數(shù)低、介電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱系數(shù)高、懸浮性能好等優(yōu)良性能以外，同時(shí)還具備以下性能：

（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(shù)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(kāi)裂。

（3）抗腐蝕性：硅微粉不易與其它物質(zhì)反應(yīng)，與大部分酸、堿不起化學(xué)反應(yīng)，其顆粒均勻覆蓋在物件表面，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。

（4）顆粒級(jí)配合理，使用時(shí)能減少和消除沉淀、分層現(xiàn)象；可使固化物的抗拉、抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)，耐磨性能提高，并能增大固化物的導(dǎo)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(duì)各類樹(shù)脂有良好的浸潤(rùn)性，吸附性能好，易混合，無(wú)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

（6）硅微粉作為填充料，加進(jìn)有機(jī)樹(shù)脂中，不但提高了固化物的各項(xiàng)性能，同時(shí)也降低了產(chǎn)品成本。

2、硅微粉的分類

（1）根據(jù)國(guó)標(biāo)SJ/T10675-2002，硅微粉可作以下分類：

（2）根據(jù)不同制作工藝而生產(chǎn)的硅微粉其品質(zhì)也不相同，按生產(chǎn)工藝的不同可以劃分為：熔融硅微粉、結(jié)晶硅微粉、活性硅微粉、方石英硅微粉共四種。

熔融硅微粉：是選取優(yōu)質(zhì)天然石英為原料，經(jīng)過(guò)獨(dú)特的處理工藝加工形成的粉體。天然石英在經(jīng)過(guò)高溫處理后，它的分子結(jié)構(gòu)排列從有序排列轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序排列。其顏色白、純度也較高。與此同時(shí)還具備以下特性：具有極低的線性膨脹系數(shù)；具有良好的電磁輻射性能以及耐化學(xué)腐蝕和穩(wěn)定的化學(xué)特性；具有合理有序可控的粒度分布。

結(jié)晶硅微粉：是選用高品位天然石英為原料，經(jīng)過(guò)獨(dú)特的無(wú)鐵研磨工藝來(lái)生產(chǎn)加工制成的，其顏色白、質(zhì)純。由于此項(xiàng)工藝成熟，所以具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)特性以及合理、可控的粒度分布。結(jié)晶硅微粉又可以劃分為高純度的結(jié)晶硅微粉、電子級(jí)的結(jié)晶硅微粉和一般填料級(jí)的結(jié)晶硅微粉。

活性硅微粉：是經(jīng)過(guò)其獨(dú)特的工藝流程，選用硅烷等材料來(lái)對(duì)硅微粉顆粒進(jìn)行表面改性處理，從而增強(qiáng)了硅微粉的憎水性能、提高了混合料以及填充系統(tǒng)的機(jī)械和化學(xué)特性。由于它所具有的這些性能，所以被廣泛應(yīng)用到國(guó)防科技和電子等領(lǐng)域。

方石英硅微粉：是選取優(yōu)質(zhì)的天然石英為原料，通過(guò)高溫煅燒之后而獲得的高純度硅石，通過(guò)急冷從而改變它的晶體結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行粉碎制成的硅微粉，它的主晶相是方石英。由于它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有合理有序、可控的粒度分布，因此被廣泛應(yīng)用到陶瓷釉料、橡膠填料等領(lǐng)域。

（3）從形貌上可分為：角形硅微粉和球形硅微粉。

（4）高技術(shù)硅微粉可分為：超細(xì)硅微粉、球形硅微粉、高純硅微粉。

超細(xì)硅微粉：是以天然石英為原料，經(jīng)人工精選、清洗提純，再經(jīng)超細(xì)研磨和分級(jí)技術(shù)，制造出SiO2粉體系列產(chǎn)品。采用了先進(jìn)的分級(jí)技術(shù)達(dá)到了超細(xì)的顆粒直徑和均勻的分布特點(diǎn)，細(xì)度可達(dá)8000目，使其更具有補(bǔ)強(qiáng)性和加工流動(dòng)性。

球形硅微粉：由于其流動(dòng)性好，表面積小，堆積密度高，填充量可達(dá)到較高的填充量，與樹(shù)脂攪拌成膜均勻。球形硅微粉主要用于大規(guī)模集成電路封裝。球形硅微粉塑封料封裝集成電路芯片時(shí)，成品率較高，且運(yùn)輸和使用過(guò)程中不容易產(chǎn)生機(jī)械損傷。

高純硅微粉：一般是指SiO2含量高于99.9%的石英微粉，主要應(yīng)用在IC的集成電路和石英玻璃等行業(yè)，其高檔產(chǎn)品更被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事中，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要材料。

（5）應(yīng)用于集成電路覆銅板的硅微粉可分為：結(jié)晶型硅微粉、熔融型（無(wú)定型）硅微粉、球形硅微粉、復(fù)合硅微粉、活性硅微粉等五個(gè)品種。

3、硅微粉的應(yīng)用

（1）涂料

在涂料行業(yè)中，硅微粉的粒度、白度、硬度、懸浮性、分散性、吸油率低、電阻率高等特性均能提高涂料的抗腐蝕性、耐磨性、絕緣性、耐高溫性能。用于涂料中的硅微粉，由于具有良好的穩(wěn)定性，一直在涂料填料中扮演重要的角色。特別對(duì)外墻涂料來(lái)說(shuō)，SiO2原料對(duì)耐候性起著舉足輕重的作用。

（2）塑料

硅微粉在塑料中可用于聚氯乙烯(PVC)地板、聚乙烯和聚丙烯薄膜、電絕緣材料等產(chǎn)品中。

填充硅微粉的聚氯乙烯地板磚可增強(qiáng)制品的耐磨性，在PVC地板中，細(xì)度320目的石英粉，填充量為160～180份時(shí)制得的地板完全符合GB4085-83標(biāo)準(zhǔn)的要求，地板表面光滑度好，耐刻劃度好。

在PVC耐酸板管中，400目石英粉的填充量為10%～15%時(shí)，與其它填充料比，粘度低，流動(dòng)性好，改善了加工性能，有利于制品的擠出和成型，制得的耐酸板管的耐酸性有顯著提高。

比表面積大(600目以上)和活性高的硅微粉填充聚乙烯(PE)農(nóng)用薄膜能改善制品的物理化學(xué)性能和光學(xué)性能，填充聚丙烯可改善制品的力學(xué)性能。

（3）電工、電子

電工級(jí)硅微粉主要用于普通電器件的絕緣澆注，高壓電器的絕緣澆注，APG工藝注射料，環(huán)氧灌封料，高檔陶瓷釉料等。

電子級(jí)硅微粉主要用途主要用于集成電路、電子元件的塑封料和包裝料。

（4）理化指標(biāo)

電工級(jí)硅微粉、電子級(jí)結(jié)晶型硅微粉、電子熔融級(jí)硅微粉的性能指標(biāo)分別為：

電子電器工業(yè)用硅微粉的粒度分布

電工級(jí)硅微粉

電子級(jí)結(jié)晶型硅微粉

電子電器工業(yè)用硅微粉理化指標(biāo)

4、硅微粉的原料及加工

原料包括：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、熔煉石英。

（1）硅微粉原料的選礦提純

選礦提純一般是將雜質(zhì)含量較高的硅質(zhì)原料經(jīng)過(guò)破碎、篩分、磨礦，使二氧化硅與雜質(zhì)充分解離，經(jīng)過(guò)磁選、浮選除去雜質(zhì)；再用酸洗方法，使雜質(zhì)進(jìn)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(dá)到或高于硅微粉的化學(xué)指標(biāo)；干燥后成為加工硅微粉的原材料。

（2）熔煉石英生產(chǎn)工藝

先將硅質(zhì)原料破碎到10～20nm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(guò)高溫（1800～2000℃）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(wú)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的液體或氣體包裹體，則不宜用來(lái)作為熔煉石英的原料。

5、硅微粉的深加工

（1）硅微粉的制備及提純工藝流程

超細(xì)磨(干磨或濕磨)：即在無(wú)水或者有水的條件下，把石英砂研磨至325-4000目的超細(xì)硅微粉；

分級(jí)：在水力旋流機(jī)的作用下，325-4000目的超細(xì)硅微粉被按照標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間分級(jí)，比如325-400目、400-500目等；

合工藝洗：等級(jí)不同的超細(xì)硅微粉被各自放在溫控反應(yīng)釜內(nèi)不同層上，并加一定量的草酸或者是檸檬酸和少量其它輔助藥劑，于70℃~100℃溫度條件下恒定2-8小時(shí)，待反應(yīng)完畢后，將超細(xì)硅微粉中含有的有害微量金屬與非金屬雜質(zhì)去除掉；

高梯磁磁選：即是指用50-15000高斯磁強(qiáng)的磁選設(shè)備，除掉超細(xì)硅微粉中含有的微量鐵雜質(zhì)；

靜電選：其目的是把超細(xì)硅微粉中存在的微量有害雜質(zhì)除掉；

去離子水洗：把經(jīng)過(guò)合工藝洗后殘留的化學(xué)藥劑與硅微粉表面上留下的有害微量雜質(zhì)于靜化車間里除掉；

特種干燥：把經(jīng)過(guò)去離子水洗之后的超細(xì)硅微粉于靜化車間里放進(jìn)特制干燥機(jī)中，使其干燥，并制作成325-4000目等級(jí)不同的高純超細(xì)硅微粉，其含水量可以達(dá)到0.003-0.01%；

真空包裝：把制成的各種等級(jí)的超細(xì)硅微粉分別利用真空進(jìn)行包裝，以避免被空氣污染。

（2）硅微粉的表面改性

由于非金屬礦物填料與高分子聚合物基質(zhì)的界面不同，相容性差，在基料中難以均勻分散，直接填充往往容易造成材料的某些力學(xué)性能下降，對(duì)于功能性無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，除了粒度及粒度分布的要求外，還要與高分子聚合物的基料相容性好，填充后除降低成本外，還能增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，提高材料的綜合性能和可加工性，因此必須對(duì)非金屬礦物填料進(jìn)行表面改性。

硅微粉表面改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑，其通式為R—SiX3，R為有機(jī)疏水基，如乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基，X為能水解的烷氧基，如甲氧基、乙氧基及氯等。影響改性效果的主要因素有：硅烷品種、用量及用法、處理時(shí)間、溫度、pH值等。

（3）硅微粉的加工設(shè)備及工藝

A.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(wú)規(guī)則多呈棱角狀的硅微粉。

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(jī)、振動(dòng)磨、微粉分級(jí)機(jī)和烘干機(jī)。

球磨機(jī)：可以是干法也可以是濕法研磨物料。當(dāng)球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jìn)行，處于磨礦介質(zhì)之間及磨礦介質(zhì)與磨機(jī)桶壁之間的物料受到?jīng)_擊和物料在磨礦介質(zhì)的滾動(dòng)、滑動(dòng)過(guò)程中被研磨成細(xì)粉。

振動(dòng)磨：利用磨礦介質(zhì)受磨機(jī)的振動(dòng)作用，在磨機(jī)腔體內(nèi)滑動(dòng)、滾動(dòng)而對(duì)物料進(jìn)行研磨。

微粉分級(jí)機(jī)：物料被風(fēng)機(jī)抽吸到分級(jí)室內(nèi)，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的分級(jí)轉(zhuǎn)子和分級(jí)葉片之間被分級(jí)；粗物料沿分級(jí)筒壁而下，從底部粗粉出口排出；細(xì)粉則隨氣流穿過(guò)轉(zhuǎn)子葉片的間隙由上部細(xì)粉出口排出，從而達(dá)到分級(jí)的目的。

烘干機(jī)：為了保證硅微粉極低的含水率和在干燥時(shí)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(jī)，其工作原理是：物料從進(jìn)料口進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)，由空心槳葉輸送至出料口出料；物料在被輸送過(guò)程中，受空心槳葉攪拌并由空心槳葉和機(jī)體夾套同時(shí)加熱，水分被蒸發(fā)而烘干。

角形硅微粉生產(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(jìn)球磨機(jī)或振動(dòng)磨中研磨，該研磨工藝可以連續(xù)進(jìn)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(shí)間后出料；出料時(shí)要經(jīng)過(guò)微粉分級(jí)機(jī)控制粒度，粗的產(chǎn)物返回磨機(jī)再磨或作為產(chǎn)品，細(xì)的則是產(chǎn)品。干法研磨要嚴(yán)格控制入磨物料水分，產(chǎn)品不再干燥。

干法研磨生產(chǎn)工藝流程

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(jī)中，加入適量的水，作業(yè)濃度在65%～80%；連續(xù)研磨十幾個(gè)小時(shí)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(jī)打碎分散后均勻連續(xù)地投到空心軸攪拌烘干機(jī)中，干燥后得到產(chǎn)品。

濕法研磨生產(chǎn)工藝流程

無(wú)論是干法研磨還是濕法研磨，磨機(jī)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(jìn)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(shí)間也是不同的。為了避免物料在研磨時(shí)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(jī)的桶體內(nèi)也必須襯高強(qiáng)度耐磨材料如氧化鋁陶瓷、硅石或聚氨脂橡膠。

B.球形硅微粉的生產(chǎn)

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)球形硅微粉方法主要分為：物理法和化學(xué)法。物理法包含高溫熔融噴射法、火焰成球法、等離子體法、高溫煅燒球形化等；化學(xué)法包含：水熱合成法、氣相法、沉淀法、溶膠-凝膠法等。

已產(chǎn)業(yè)化的氣體燃燒火焰成球法，其主要生產(chǎn)設(shè)備有：粉料定量輸送系統(tǒng)、燃?xì)饬靠刂坪突旌涎b置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置，下面分別簡(jiǎn)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?xì)饬靠刂坪突旌涎b置：可根據(jù)火焰溫度、火焰長(zhǎng)度和剛度調(diào)節(jié)、控制燃?xì)饬亢椭細(xì)怏w量，并將燃?xì)馀c助燃?xì)怏w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?xì)怏w)和非球形硅微粉物料同時(shí)噴出，點(diǎn)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。

球形硅微粉生產(chǎn)工藝流程

成球機(jī)理：高溫火焰噴槍噴出1600～2000℃的高溫火焰，當(dāng)粉體進(jìn)入高溫火焰區(qū)時(shí)其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態(tài)，熱量進(jìn)一步被傳遞到粉體內(nèi)部，粉體顆粒完全成熔融狀態(tài)。在表面張力的作用下，物體總是要趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而球形則是穩(wěn)定狀態(tài)，從而達(dá)到產(chǎn)品的球目的。

參考來(lái)源：

薛曉鵬：礦物原料制備集成電路覆銅板用復(fù)合硅微粉的試驗(yàn)研究

雷燕：石英硅微粉制備絕緣灌注膠的基礎(chǔ)研究

王艷：四川普格脈石英加工石英硅微粉試驗(yàn)研究

盧英常等：硅微粉的用途及生產(chǎn)技術(shù)

蘇憲君：超細(xì)硅微粉在塑料、橡膠及涂料中的應(yīng)用

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