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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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