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球形石英砂制備的關鍵技術

發布日期:2018-08-09 作者:粉體技術網

南海福利彩票分布图 www.epbhw.icu 高純石英砂一般指SiO2含量高于99.9%的石英微粉,主要應用在IC的集成電路和石英玻璃行業。由于IC技術的迅猛發展,對高純石英砂提出了更高的要求,其中包括將高純石英砂球形化,球形化的石英砂主要應用于電子塑封。而球形化的最大的好處是提高塑封材料的使用性能,降低原材料的成本。

國內球形石英砂的主要采用的制備方法主要有火焰熔融法、等離子加熱爐法、化學合成法、水解法等,目前常用的方法有火焰熔融法、等離子加熱爐法。

1、火焰熔融法

目前,國內各生產廠家主要利用火焰熔融的方法來實現石英粉球形化的量產。該技術的關鍵是加熱裝置要求有穩定的溫度場、易于調節溫度范圍以及不要對石英粉造成二次污染。


火焰熔融法制備球形石英砂的流程

主要生產設備包括:粉料定量輸送系統、燃氣量控制和混合裝置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置等。


其成球原理為:高溫火焰噴槍噴出1600-2000℃的高溫火焰,當粉體進入高溫火焰區時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態,熱量進一步被傳遞到粉體內部,粉體顆粒完全呈熔融狀態。

在表面張力的作用下,物體總是要趨于穩定狀態,而球形則是最穩定狀態,從而達到產品成球目的。

粉體顆粒能否被熔融取決于兩方面:

一是火焰溫度要高于粉體材料的熔融溫度,這就要選擇合適的氣體燃料;二是保證粉體顆粒熔融所需要的熱量。

t=βωd

式中t為粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間;β為材料的相關系數,如比熱、導熱系數、密度等;ω為火焰的相關系數;d為粉體顆粒粒徑。

根據粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間和粉體顆粒在火焰中的速度,得到所需火焰的長度尺寸,通過調節燃氣量控制裝置達到要求。

2、等離子加熱爐法

熱等離子體也叫局部熱力學平衡等離子體,其主要特征是等離子體中局部的電子溫度、離子溫度以及氣體溫度幾乎一致。電弧等離子體、高頻等離子體以及感應等離子體都屬于熱等離子體。

采用高頻等離子體熔融法制備球形石英粉,溫度范圍適中、控制平穩、產量高,可達到較高球化率,因而是一種較合適的生產方法。

其原理與工藝與火焰熔融法類似,主要是將高溫熱源變為等離子體發生器。

高頻等離子體熔融法制備球形石英粉

工作氣為壓縮空氣,工作氣量為10m3/h。高頻等離子體發生器輸入功率為100kW,產生4000-7000℃的高溫氣體作為熱源,將二氧化硅粉體通過給料器從頂部輸送到等離子反應爐弧區內,粉體受熱熔化和氣化,經特制的驟冷器進行淬冷,再經重力收集,旋風收集(微米級)和布袋集塵(納米級),在1s-2s內,就可得到球狀微米級和納米級SiO2粉體。

球形熔融硅微粉SEM

主要設備有:等離子體發生器、粉體輸送器、等離子反應爐、冷卻回收裝置、旋風收集器、布袋收集器。

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