1.硅微粉的性质和用途
硅微粉是由二氧化硅(SiO2)，也称为应时，通过粉碎，提纯，研磨，分级和其他精细工艺制成。它纯度高，颜色白，粒度分布合理，具有独特的性能和广泛的应用。
(1)硅微粉的性能
1.绝缘性好:由于硅微粉纯度高、杂质含量低、性能稳定、电绝缘性优异，固化后的产品具有良好的绝缘性和耐电弧性。
2.能降低环氧树脂固化反应的放热峰温度，降低固化产物的线膨胀系数和收缩率，从而消除固化产物的内应力，防止开裂。
3.耐腐蚀性:硅微粉不易与其他物质发生反应，不与大多数酸、碱发生化学反应。它的颗粒均匀地覆盖在物体表面，因此具有很强的耐腐蚀性。
4.粒度分布合理，可减少和消除使用时的沉淀和分层；它可以提高固化产物的拉伸和压缩强度，改善耐磨性，增加固化产物的导热性，并增加阻燃性能。
5.经硅烷偶联剂处理的硅微粉对各种树脂具有良好的浸渍滑移性，吸附性能好，易混合，不结块。
6.硅微粉作为填料添加到有机树脂中，不仅提高了固化产物的性能，而且降低了产品成本。
(2)硅微粉几种主要用途的理化指标
1.电子电气工业用硅微粉
以及电子电气行业用硅微粉(SJ/T10675—2002)的产品分类与代码:电气行业用普通硅微粉(PG)、普通活性硅微粉(PGH)、电气级硅微粉(DG)、电气级活性硅微粉(DGH)。电子级结晶硅粉(JG)、电子级结晶活性硅粉(JGH)、电子级熔融硅粉(RG)和电子级熔融活性硅粉(RGH)用于电子行业。产品规格是产品目数，分为300、400、600、1000目。产品的粒度分布见表L，产品的理化指标见表2。
2.普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维原料。
普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维的化学成分(%)为:SiO2 >: 99.0，A12O3 & lt0.3，Fe2O3 & lt0.05，Na2O+K2O & lt；0.15。粒度:-325目>:98.0% .
(3)硅微粉的使用
硅微粉具有良好的特性，因此应用广泛。
1.电子工业:用作集成电路块、半导体器件等电子产品塑料封装材料的填料。
2.电气行业:用作电流互感器、电压互感器、干式变压器等电气产品和其他高压电气元件的可浇铸填料。
3.作为玻璃纤维的主要原料，用于生产普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维。
4.硅橡胶和塑料填料。
5.涂料添加剂。
6.其他:如牙科材料、陶瓷、日化材料等。
二、硅微粉原料的加工和提纯
(1)硅微粉原料的选矿和提纯
中国硅质原料资源丰富，包括水晶、半透明和乳白色脉状应时、变质石英岩、沉积应时砂岩、海相沉积石英砂、河流和湖泊沉积石英砂、粉应时等。随着硅质材料的大量开发利用，优质硅质材料逐渐减少；为了满足产量逐年增加的硅微粉对原料的要求，一些硅质原料在加工硅微粉前必须经过精选提纯达到质量标准。
选矿一般是对杂质含量较高的硅质原料进行破碎、筛分和磨矿，使二氧化硅和杂质充分解离，通过磁选和浮选除去杂质。然后通过酸洗进一步减少杂质，再用清水洗去酸溶液，再用去离子水洗去吸附在颗粒表面的残余杂质离子，使原料达到或超过硅微粉的化学指标；干燥后成为加工硅微粉的原料。
中国玻璃加工用硅砂和南方应时粉生产的优质细粉可作为硅微粉的原料。在实际生产中，根据要求的质量进行提纯。通过浮选或磁选除去杂质，或通过水洗分级除去杂质，或通过酸洗除去杂质，干燥后作为硅微粉的原料。例如，精细粉末应时，开采后，经过洗涤和分级以除去粗颗粒和杂质后，可用作生产无碱玻璃纤维的原料。
(2)熔融硅微粉原料的加工
熔融硅粉也叫非晶硅粉或非晶硅粉。经破碎、研磨、分级生产的电熔硅微粉的原料为电熔应时。
冶炼应时生产工艺:首先将硅质原料粉碎成10 ~ L20mm的小块，然后用堆浸酸浸法除去表面杂质，再用清水洗净，烘干。将洁净干燥的小片放入熔炼应时炉中，打开碳化硅棒的电源；高温(1800 ~ 2000℃)熔化约10h后，出炉，淬火粉碎，手工分拣，净化酸洗，脱酸，去离子水洗涤，烘干，成为无定形硅微粉的原料。
值得注意的是，如果硅质原料含有高含量的液体或气体夹杂物，则不应用作冶炼应时的原料。
三。硅微粉的生产
(1)角状硅微粉的生产
角状硅微粉是一种形状不规则、有棱角的硅微粉，是以硅微粉为原料研磨而成。棱角硅粉根据原料不同可分为棱角结晶硅粉和棱角熔融硅粉。
1.主要生产设备
棱角硅微粉的主要生产设备有球磨机、振动磨、微粉分级机和干燥机。下面简单介绍一下工作原理。
球磨机:可以用干法或湿法研磨物料。球磨机运转时，研磨介质和物料被提升到一定高度，然后下落。如此反复，使得研磨介质之间以及研磨介质与磨机筒壁之间的物料在研磨介质的滚动和滑动过程中受到冲击并研磨成细粉。
振动磨:在磨机的振动下，利用研磨介质在磨机腔体内滑动滚动来研磨物料。
微粉分级机的分级原理是:物料被风机吸入分级室内，在高速运转的分级转子和分级叶片之间进行分级；粗料沿分级筒壁下降，从底部的粗粉出口排出；细粉随气流通过转子叶片的间隙，从上部细粉出口排出，从而达到分级的目的。
干燥机:为保证硅微粉极低的含水率，防止干燥过程中的污染，提高生产效率，节约能源，采用空主轴搅拌干燥机。其工作原理是:物料从进口进入干燥机，由空主轴桨叶输送到出口排出；物料在输送时，被空芯桨搅拌，同时被空芯桨和机体夹套加热，水分蒸发干燥。含水量在15% ~ 20%的物料，烘干后可控制在0.05%以下。
2.生产工艺
棱角硅微粉的生产工艺有干磨和湿磨两种。
干磨生产工艺:将硅微粉原料放入球磨机或振动磨中进行研磨，研磨过程可以连续进料和出料，也可以一次加入若干重量原料，然后连续研磨一定时间后出料；出料时要用微粉分级机控制粒度。粗产品将返回磨机重新研磨或作为产品，而细产品将作为产品。干磨要严格控制研磨料的含水量，产品不会干燥。这个过程如图1所示。
湿磨生产工艺:将几种重量的硅微粉原料一次性投入球磨机中，加入适量的水，工作浓度为65% ~ 80%；连续研磨十几个小时后，倒出浆液，用压滤法自然沉淀脱水或放入桶中，得到含水滤饼；经粉碎机粉碎分散后，均匀连续地投入空锭子搅拌干燥机中，干燥后得到产品。这个过程如图2所示。
无论是干磨还是湿磨，都要在磨机中加入几个所需直径比的磨球，也叫研磨介质。根据饲料粒度和产品粒度的要求，研磨介质的直径和配比不同，研磨时间也不同。为了避免研磨时对材料的污染，所用的研磨介质应是氧化铝陶瓷球或二氧化硅等非金属材料；磨机筒还必须内衬高强度耐磨材料，如氧化铝陶瓷、二氧化硅或聚氨酯橡胶。
(2)球形硅微粉的生产
球形硅粉主要用于封装大规模、超大规模和超大规模集成电路。
随着微电子工业的快速发展，对硅微粉提出了越来越高的要求。硅微粉不仅要超细、高纯度、低放射性元素含量，还要求颗粒形状为球形。高纯球形硅粉(球形硅粉)由于流动性好、表面积小、堆积密度高，可以达到很高的填充量，与树脂搅拌均匀成膜。硅微粉的填充率越高，塑封材料的膨胀系数越小，越接近单晶硅的热膨胀系数，由其生产的电子元器件的使用性能越好。球形硅粉制作的塑封材料应力集中小，强度高，球形硅粉的应力集中仅为角形硅粉的60%。因此，用该球形硅粉塑料封装材料封装集成电路芯片时，成品率高，在运输和使用过程中不易发生机械损伤。球形硅粉无棱角，对模具磨损小，使用寿命长。塑料包装材料的包装模具非常精密，价格昂贵。使用球形硅粉塑料包装材料可以降低模具成本，提高经济效益。
目前国外球形硅微粉的生产有:高温熔融喷雾法、气体火焰法、液相控制正硅酸乙酯法、四氯化硅水解法等。近年来，国内很多科研院所和企业都在做球形硅粉的研究，但大多处于实验室研究阶段，还没有真正进入产业化阶段。
中国建材国际工程有限公司自20世纪70年代以来一直致力于我国硅质原料的提纯技术和资源开发利用的研究。为了推动中国信息产业的发展，公司还在开发球形硅微粉，并建立了中试实验室，采用气体燃烧火焰成球的方法。简单介绍如下。
1.主要生产设备
下面简要介绍粉末定量输送系统、气体量控制及混合装置、气体燃料高温火焰喷枪、冷却回收装置及其工作原理。
粉末定量输送系统:将待加工成球形硅微粉的粉末按规定的喂入量通过气力输送连续均匀地输送到高温火焰中。
气量控制及混合装置:可根据火焰温度、火焰长度、火焰硬度调节控制气量和助燃气体量，使气体和助燃气体充分混合后送入高温火焰喷枪。
燃料高温火焰喷枪:是将混合燃气(混有助燃气体)和非球形硅粉料同时喷出，点燃后产生高温火焰，使分散的硅粉熔化成球形硅粉。
冷却装置:将熔化分散的高温球形硅粉快速冷却以避免结晶，并将冷却后的球形硅粉回收到收集器中。
2.生产流程(见图3)
3.造粒机制
高温火焰喷枪喷出1600 ~ 2000℃的高温火焰。当粉末进入高温火焰区时，它的角形表面吸收热量并熔化。热量进一步传递到粉末中，粉末颗粒完全熔化。在表面张力的作用下，物体总是趋于稳定状态，球形是最稳定的状态，从而达到产品成球的目的。
粉末颗粒能否熔化取决于两个方面:一是火焰温度高于粉末材料的熔化温度，因此需要选择合适的气体燃料；二是保证粉末颗粒熔化所需的热量。当火焰温度一定时，不同粒径的粉体颗粒熔化所需的热量不同，吸收的热量与粉体颗粒在火焰中的时间成正比，因此可以得到粉体颗粒在火焰中熔化所需的时间与其粒径的关系:
t=β ω d2
式中:T为粉末颗粒在火焰中熔化所需的时间；β是材料的相关系数，如比热、导热系数、密度等。ω是火焰的相关系数；d是粉末颗粒的粒径。
根据粉末颗粒在火焰中熔化所需的时间和粉末颗粒在火焰中的速度，可以得到所需的火焰长度，通过调节气量控制装置即可满足要求。
4.球形硅微粉的原料
燃烧火焰成球法生产的球形硅粉的原料为有棱角的结晶硅粉或有棱角的熔融硅粉，但要注意原料中不能有水分，不能使用经过偶联剂处理的硅粉作为原料，以免影响粉体的运输，熔化时产生水蒸气，影响熔化效果。
四。结论
目前，硅微粉已应用于电子行业的塑料封装材料、电气行业的浇注料、玻璃纤维行业、硅橡胶、化工、先进陶瓷、特种耐火材料等领域。随着高科技产业的发展，硅微粉的应用越来越广泛，用量越来越大。
目前国内产品主要是角晶硅粉和角熔硅粉。虽然它们能满足国内市场的需求，但其中一部分出口，但大部分产品档次较低。国内对球形硅粉、超细硅粉等高档硅粉的需求仍依赖国外进口。
在玻璃纤维行业，硅微粉基本可以满足生产要求。随着新建玻璃纤维工厂的投产，需求将进一步扩大。
随着中国半导体集成电路、电子器件和电气设备的发展，对硅微粉的需求将不断增加。对于未来巨大的市场需求，需要提高硅原料的质量，提高硅微粉的生产技术水平，加强生产过程的检测和控制，从而提高硅微粉的产品质量。根据市场需求，我们可以生产适合各领域质量要求的各种规格的硅微粉，以满足国内外市场的需求。
