科普 | 关于硅微粉的加工与应用

叶丹

经理
广州慧正智联科技有限公司
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硅微粉的分类及应用硅微粉是一种以石英(天然石英或熔融石英)为原材料做成的多功能性白色粉末状原材料
研究课题:二氧化硅

硅微粉的分类及应用硅微粉是一种以石英(天然石英或熔融石英)为原材料做成的多功能性白色粉末状原材料,其主要成分是SiO2。具有高耐热、高绝缘、低线性膨胀系数和导热性好等独特的物化特性,在消费电子、家用电器、汽车工业、航天航空、风力发电等行业所需的关键性材料中占有举足轻重的地位,因此硅微粉行业的发展对推动相关产业的技术进步、产品质量和性能的提升发挥着巨大作用。

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硅微粉的分类及应用

一、 按照硅微粉粒度大小:

(1)按照标准筛:200目、300目、325目、400目、800目、1500目……

(2)按照激光粒度:30μm(D50=30±2μm)、25μm(D50=25±2μm)、20μm(D50=20±1μm)、18μm(D50=18±1μm)……

二、从原料晶体结构划分硅微粉可以分为结晶硅微粉、熔融(无定型)硅微粉、方石英硅微粉及复合型硅微粉:

(1)结晶硅微粉由天然石英(硅石)经破碎、清洗、干燥、研磨、分级等多道工序加工而成的粉体。按生产工艺不同又可分为干法和湿法。

(2)熔融硅微粉采用天然石英砂经2000℃左右高温熔化后,粗碎、拣选、研磨、分级等多道工序加工而成的粉体。产品的纯度极高,其晶体结构为无定型,热膨胀系数小。

(3)方石英硅微粉由天然石英(硅石)经破碎、拣选、1200℃左右高温煅烧、研磨、分级等多道工序加工而成的粉体。其晶体结构为立方结构,产品白度高。

(4)复合型硅微粉则是由上述两种或三种粉体混合而成。

三、依据粉体颗粒的形状硅微粉可划分为角形硅微粉和球形硅微粉:

(1)常规生产的结晶硅微粉、熔融硅微粉、方石英硅微粉的粉体外观均为角状,故称为角型硅微粉。

(2)球型硅微粉一般是将角型硅微粉熔化造粒或通过化学方法改变成球状。球型硅微粉流动性好,吸油值低,与高分子材料混合堆积密度大,有效增强机体强度。

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四、依据粉体等级不同,硅微粉可分为:普通硅微粉、优级硅微粉和活性硅微粉,其中活性硅微粉是通过一些独特工艺使用例如偶联剂等在粉体颗粒表面进行改性处理,增强其憎水性。

五、依据硅微粉的用途不同,可分为:电子级硅微粉、电工级硅微粉、涂料基硅微粉、塑料薄膜级硅微粉、地坪级硅微粉、铸造级硅微粉、陶瓷级硅微粉、硅橡胶密封胶级硅微粉。

加工原料

硅微粉的制备包括化学合成法和天然矿物提纯加工法,但长期的研究发现,化学合成法成本高产量低,无法满足需求。用天然石英矿物作为原材料制备粉体既可满足市场需求,降低生产成本,同时也能很好的降低粉体中杂质含量。硅微粉的生产用的原料有脉石英、石英岩、粉石英、熔融石英以及复合型原料。原料的选择至关重要,因为生产用原料的好坏直接关系到生产工艺流程的控制,生产成本的高低和最终产品、终端制成品的品质。例如,生产结晶型硅微粉时,一般都选择质地较纯的脉石英(SiO2含量一般均≥99.9%)作为原料;而在生产无定型的硅微粉时,选用熔融石英作为原料。此外,石英岩和粉石英质地也很纯(SiO2含量一般均≥98%),是加工、生产结晶型硅微粉的好原料,而且它们的硬度相比脉石英要稍软一些,易加工。

生产工艺

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硅微粉加工设备的选择显得尤为重要,研磨和分级设备选择的好坏将直接影响到最终产品的产量、质量和粉体颗粒的形状。目前,国内外超细研磨分级设备的机组组合主要有三种类型:球磨加分级、振动磨加分级、偏心振动磨加分级。有一些硅微粉的企业用户对硅微粉的纯度要求比较高,就会要求厂家采用气流磨生产工艺,这是由于气流磨不会使用研磨介质,几乎不会引入因介质损耗而生成的杂质。但是气流磨生产出来的硅微粉综合成本较高,粉体超细化困难,一般用户也用不起气流磨生产的硅微粉。为保证硅微粉的高纯度、低导电性,一般会对研磨设备进行改装。例如,球磨机的研磨介质-锆珠和内衬板会改为陶瓷珠和陶瓷材质的内衬板。硅微粉的生产工艺一般根据原矿性质和矿石物化等特性及用户要求而大同小异。球磨机目前是最合适的加工设备,因为石英坚硬、耐磨(一般莫氏硬度达到7),单纯依靠介质的研磨作用很难获得理想细度的粉磨产品,因此在硅微粉研磨的过程中往往加入一定量的助磨剂用以改善研磨效果。硅微粉的超细化生产,则在粗制石英砂或硅微粉的基础上进一步地超细粉碎或研磨分级而获得。关键以物理学破碎为基本,分成干法和湿式,干法步骤:入料、研磨、   分级、包装;湿式步骤:入料、研磨、脱水、分散、干燥、包裝。干法生产工艺便捷、成本低,一般硅微粉生产厂家都选用该生产工艺,而湿法工艺需要干燥分解,工艺复杂,生产成本高。

加工设备

硅微粉加工设备的选择显得尤为重要,研磨和分级设备选择的好坏将直接影响到最终产品的产量、质量和粉体颗粒的形状。目前,国内外超细研磨分级设备的机组组合主要有三种类型:球磨加分级、振动磨加分级、偏心振动磨加分级。有一些硅微粉的企业用户对硅微粉的纯度要求比较高,就会要求厂家采用气流磨生产工艺,这是由于气流磨不会使用研磨介质,几乎不会引入因介质损耗而生成的杂质。但是气流磨生产出来的硅微粉综合成本较高,粉体超细化困难,一般用户也用不起气流磨生产的硅微粉。为保证硅微粉的高纯度、低导电性,一般会对研磨设备进行改装。例如,球磨机的研磨介质-锆珠和内衬板会改为陶瓷珠和陶瓷材质的内衬板。


文章源自:江西广源集团公众号,作者江西广源集团研发中心  甘明龙



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