Микропорошок кремния с высокой сферичностью (сферичность ≥ 0,95, часто называемый сферическим SiO₂) — незаменимый функциональный порошок в таких передовых областях, как производство подложек 5G, ламинатов с медным покрытием (CCL), эпоксидных формовочных компаундов с ЭМС, силиконовых клеев и термоинтерфейсов. Традиционный кварцевый порошок, получаемый механическим дроблением, имеет неправильную угловатую форму. Его прямое использование приводит к высокой вязкости системы, низкой заполняющей способности и плохой текучести, что делает сферическую обработку незаменимой.
Ниже представлен наиболее продуманный, экономически эффективный и проверенный в промышленных условиях полнотехнологический маршрут (широко используемый в Китае с 2023 по 2025 год), позволяющий достичь стабильной сферичности 0,96–0,99.
Выбор и предварительная обработка сырья
Первым и наиболее важным этапом в производстве микропорошка кремнезема высокой сферичности является выбор правильного кварцевого порошка и проведение тщательной предварительной обработки.
Требования к сырью
Высокая чистота:
Требуется кварцевый порошок высокой чистоты (SiO₂ ≥ 99,95%, предпочтительно ≥ 99,99%). Содержание таких примесей, как Fe, Al, K и Na, должно быть крайне низким. Эти примеси снижают тепловое сопротивление и диэлектрические свойства сферического кремнезёма и могут негативно влиять на сферичность при высокотемпературной плавке.
Распределение размеров частиц:
Используйте порошок плавленого кварца высокой чистоты, тонко измельченный и классифицированный. Размер частиц должен быть максимально концентрированным, обычно D50 должен быть близок к размеру целевого продукта. Следует избегать слишком крупных или слишком мелких частиц.
Предварительная обработка
Сверхтонкое измельчение и классификация:
Кварцевое сырье перерабатывается с использованием ультратонкие мельницы (такой как струйные мельницы) и высокоточные классификаторы (например, турбинные классификаторы) для получения порошков с узким распределением размеров частиц.
Химическая очистка (кислотное выщелачивание):
Кварцевый порошок промывают кислотой (HCl, HF или царской водкой) для удаления металлических примесей с поверхности и из кристаллической решетки. Этот этап имеет решающее значение для обеспечения электрических свойств конечного продукта.
Сушка:
Тщательно высушите очищенный кварцевый порошок, чтобы удалить поверхностную влагу.
Основная технология: сфероидизация высокотемпературной плазменной плавки
Ключевой технологией преобразования предварительно обработанного кварцевого порошка в сферическую форму является плазменная плавка. В настоящее время это основной промышленный метод получения высокосферического кварцевого порошка.
2.1 Плазменная технология
Плазменные горелки создают зоны чрезвычайно высоких температур от 4000°C до 10000°C — значительно выше точки плавления SiO₂ (около 1650°C).
| Тип плазменной горелки | Ключевые особенности | Применимость |
|---|---|---|
| РЧ (радиочастотная) плазма | Равномерное температурное поле, точный контроль атмосферы, минимальное внесение примесей. | Идеально подходит для производства высокочистого сферического диоксида кремния узкого размера для высокотехнологичных применений. |
| Плазма постоянного тока | Высокая плотность энергии, относительно меньшая стоимость оборудования. | Подходит для крупносерийного производства продукции среднего и низкого ценового диапазона. |
Процесс плавления и сфероидизации
Кормление:
Предварительно обработанный кварцевый порошок вводится в зону высокотемпературной плазмы через точную систему подачи, как правило, в виде газо-твердой смеси для обеспечения равномерной инжекции.
Плавление и сфероидизация:
Проходя через область плазмы, частицы быстро поглощают тепло и подвергаются поверхностному или полному плавлению. Под действием поверхностного натяжения расплавленные частицы кремния сжимаются в почти идеальные сферы.
Закалка и охлаждение:
После выхода из зоны высокой температуры сферические расплавленные частицы немедленно направляются в зону быстрого охлаждения (закалки) — обычно в атмосферу инертного газа или воздуха — для быстрого затвердевания сферической формы и предотвращения агломерации или деформации.
Коллекция:
Затвердевшие сферические частицы кремнезема собираются с помощью циклонного сепаратора или рукавного фильтра.
Постобработка (определяет окончательную производительность приложения)
Дисперсия и Классификация
Хотя плазменная плавка снижает агломерацию, для удаления сверхмелких и негабаритных частиц неправильной формы по-прежнему требуется высокоточная воздушная классификация или ультразвуковое диспергирование, гарантирующее требуемое распределение размеров частиц и сферичность.
Модификация поверхности
Для применения в электронной инкапсуляции сферический диоксид кремния обычно требует обработки поверхности силаном для улучшения совместимости и дисперсии в эпоксидных матрицах.
- Типы силанов:
- KH550 / KH560 / KH570 → для ЭМС, CCL
- Фенил/метилсилан → для высокотемпературных силиконовых материалов
- Эпоксидно/акрилатный силан → для термоинтерфейсных материалов
Ключевые факторы, влияющие на сферичность
- Распределение размера частиц сырого порошка
Более узкий и однородный размер частиц обеспечивает более равномерный нагрев и плавление в плазме, повышая скорость сфероидизации. - Температура плазмы и время пребывания
- Температура: Должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить мгновенное плавление.
- Время пребывания: Необходимо точно контролировать — достаточно долго для полного расплавления, но достаточно коротко, чтобы избежать испарения или агломерации.
- Скорость охлаждения
Быстрое охлаждение имеет решающее значение. Медленное охлаждение приводит к деформации или слипанию частиц, что снижает сферичность. - Скорость и равномерность подачи
Подача должна быть стабильной и равномерной. Слишком высокая скорость подачи сокращает время нагрева одной частицы, что приводит к частичному расплавлению частиц неправильной формы.
Заключение
Производство микропорошка кремнезема высокой сферичности из кварцевого порошка — сложный интегрированный процесс, включающий высокочистую очистку, ультратонкое измельчение и классификацию, а также высокотемпературную плазменную плавку. Строгий контроль чистоты сырья, оптимизация параметров плазменной плавки (температуры и времени выдержки) и обеспечение эффективной и быстрой закалки позволяют производителям надежно производить высокочистый сферический кремнезем высокой сферичности, отвечающий строгим требованиям современной электронной корпусной промышленности и специальных материалов.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен
