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球形石 英砂制备的关键技术

发布日期:2018-08-09 作者:粉体技术网

高纯石英砂一般指SiO2含量高于99.9%的石英微粉,主要应用在IC的集成 电路和石英玻璃行业。由于IC技术的迅猛发展,对高纯 石英砂提出了更高的要求,其中包 括将高纯石英砂球形化,球形化 的石英砂主要应用于电子塑封。而球形 化的最大的好处是提高塑封材料的使用性能,降低原材料的成本。

国内球 形石英砂的主要采用的制备方法主要有火焰熔融法、等离子加热炉法、化学合成法、水解法等,目前常 用的方法有火焰熔融法、等离子加热炉法。

1、火焰熔融法

目前,国内各 生产厂家主要利用火焰熔融的方法来实现石英粉球形化的量产。该技术 的关键是加热装置要求有稳定的温度场、易于调 节温度范围以及不要对石英粉造成二次污染。


火焰熔 融法制备球形石英砂的流程

主要生产设备包括:粉料定量输送系统、燃气量 控制和混合装置、气体燃 料高温火焰喷枪、冷却回收装置等。


其成球原理为:高温火焰喷枪喷出1600-2000℃的高温火焰,当粉体 进入高温火焰区时其角形表面吸收热量而呈熔融状态,热量进 一步被传递到粉体内部,粉体颗 粒完全呈熔融状态。

在表面张力的作用下,物体总 是要趋于稳定状态,而球形 则是最稳定状态,从而达 到产品成球目的。

粉体颗 粒能否被熔融取决于两方面:

一是火 焰温度要高于粉体材料的熔融温度,这就要 选择合适的气体燃料;二是保 证粉体颗粒熔融所需要的热量。

t=βωd

式中t为粉体 颗粒在火焰中达到熔融所需要的时间;β为材料的相关系数,如比热、导热系数、密度等;ω为火焰的相关系数;d为粉体颗粒粒径。

根据粉 体颗粒在火焰中达到熔融所需要的时间和粉体颗粒在火焰中的速度,得到所 需火焰的长度尺寸,通过调 节燃气量控制装置达到要求。

2、等离子加热炉法

热等离 子体也叫局部热力学平衡等离子体,其主要 特征是等离子体中局部的电子温度、离子温 度以及气体温度几乎一致。电弧等离子体、高频等 离子体以及感应等离子体都属于热等离子体。

采用高 频等离子体熔融法制备球形石英粉,温度范围适中、控制平稳、产量高,可达到较高球化率,因而是 一种较合适的生产方法。

其原理 与工艺与火焰熔融法类似,主要是 将高温热源变为等离子体发生器。

高频等 离子体熔融法制备球形石英粉

工作气为压缩空气,工作气量为10m3/h。高频等 离子体发生器输入功率为100kW,产生4000-7000℃的高温气体作为热源,将二氧 化硅粉体通过给料器从顶部输送到等离子反应炉弧区内,粉体受热熔化和气化,经特制 的骤冷器进行淬冷,再经重力收集,旋风收集(微米级)和布袋集尘(纳米级),在1s-2s内,就可得 到球状微米级和纳米级SiO2粉体。

球形熔融硅微粉SEM

主要设备有:等离子体发生器、粉体输送器、等离子反应炉、冷却回收装置、旋风收集器、布袋收集器。

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