中國粉體網(wǎng)訊 硅微粉是由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)破碎、球磨（或振動、氣流磨）、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。
1、硅微粉的性能
硅微粉除了具備熱膨脹系數(shù)低、介電性能優(yōu)異、導熱系數(shù)高、懸浮性能好等優(yōu)良性能以外，同時還具備以下性能：
（1）具有良好的絕緣性：由于硅微粉純度高，雜質(zhì)含量低，性能穩(wěn)定，電絕緣性能優(yōu)異，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。
（2）能降低環(huán)氧樹脂固化反應的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和收縮率，從而消除固化物的內(nèi)應力，防止開裂。
（3）抗腐蝕性：硅微粉不易與其它物質(zhì)反應，與大部分酸、堿不起化學反應，其顆粒均勻覆蓋在物件表面，具有較強的抗腐蝕能力。
（4）顆粒級配合理，使用時能減少和消除沉淀、分層現(xiàn)象；可使固化物的抗拉、抗壓強度增強，耐磨性能提高，并能增大固化物的導熱系數(shù)，增加阻燃性能。
（5）經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，無結(jié)團現(xiàn)象。
（6）硅微粉作為填充料，加進有機樹脂中，不但提高了固化物的各項性能，同時也降低了產(chǎn)品成本。
2、硅微粉的分類
（1）根據(jù)國標SJ/T10675-2002，硅微粉可作以下分類：
（2）根據(jù)不同制作工藝而生產(chǎn)的硅微粉其品質(zhì)也不相同，按生產(chǎn)工藝的不同可以劃分為：熔融硅微粉、結(jié)晶硅微粉、活性硅微粉、方石英硅微粉共四種。
熔融硅微粉：是選取優(yōu)質(zhì)天然石英為原料，經(jīng)過獨特的處理工藝加工形成的粉體。天然石英在經(jīng)過高溫處理后，它的分子結(jié)構(gòu)排列從有序排列轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序排列。其顏色白、純度也較高。與此同時還具備以下特性：具有極低的線性膨脹系數(shù)；具有良好的電磁輻射性能以及耐化學腐蝕和穩(wěn)定的化學特性；具有合理有序可控的粒度分布。
結(jié)晶硅微粉：是選用高品位天然石英為原料，經(jīng)過獨特的無鐵研磨工藝來生產(chǎn)加工制成的，其顏色白、質(zhì)純。由于此項工藝成熟，所以具有穩(wěn)定的物理、化學特性以及合理、可控的粒度分布。結(jié)晶硅微粉又可以劃分為高純度的結(jié)晶硅微粉、電子級的結(jié)晶硅微粉和一般填料級的結(jié)晶硅微粉。
活性硅微粉：是經(jīng)過其獨特的工藝流程，選用硅烷等材料來對硅微粉顆粒進行表面改性處理，從而增強了硅微粉的憎水性能、提高了混合料以及填充系統(tǒng)的機械和化學特性。由于它所具有的這些性能，所以被廣泛應用到國防科技和電子等領(lǐng)域。
方石英硅微粉：是選取優(yōu)質(zhì)的天然石英為原料，通過高溫煅燒之后而獲得的高純度硅石，通過急冷從而改變它的晶體結(jié)構(gòu)，再進行粉碎制成的硅微粉，它的主晶相是方石英。由于它的化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有合理有序、可控的粒度分布，因此被廣泛應用到陶瓷釉料、橡膠填料等領(lǐng)域。
（3）從形貌上可分為：角形硅微粉和球形硅微粉。
（4）高技術(shù)硅微粉可分為：超細硅微粉、球形硅微粉、高純硅微粉。
超細硅微粉：是以天然石英為原料，經(jīng)人工精選、清洗提純，再經(jīng)超細研磨和分級技術(shù)，制造出SiO2粉體系列產(chǎn)品。采用了先進的分級技術(shù)達到了超細的顆粒直徑和均勻的分布特點，細度可達8000目，使其更具有補強性和加工流動性。
球形硅微粉：由于其流動性好，表面積小，堆積密度高，填充量可達到較高的填充量，與樹脂攪拌成膜均勻。球形硅微粉主要用于大規(guī)模集成電路封裝。球形硅微粉塑封料封裝集成電路芯片時，成品率較高，且運輸和使用過程中不容易產(chǎn)生機械損傷。
高純硅微粉：一般是指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等行業(yè)，其高檔產(chǎn)品更被廣泛應用在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事中，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要材料。
（5）應用于集成電路覆銅板的硅微粉可分為：結(jié)晶型硅微粉、熔融型（無定型）硅微粉、球形硅微粉、復合硅微粉、活性硅微粉等五個品種。
3、硅微粉的應用
（1）涂料
在涂料行業(yè)中，硅微粉的粒度、白度、硬度、懸浮性、分散性、吸油率低、電阻率高等特性均能提高涂料的抗腐蝕性、耐磨性、絕緣性、耐高溫性能。用于涂料中的硅微粉，由于具有良好的穩(wěn)定性，一直在涂料填料中扮演重要的角色。特別對外墻涂料來說，SiO2原料對耐候性起著舉足輕重的作用。
（2）塑料
硅微粉在塑料中可用于聚氯乙烯(PVC)地板、聚乙烯和聚丙烯薄膜、電絕緣材料等產(chǎn)品中。
填充硅微粉的聚氯乙烯地板磚可增強制品的耐磨性，在PVC地板中，細度320目的石英粉，填充量為160～180份時制得的地板完全符合GB4085-83標準的要求，地板表面光滑度好，耐刻劃度好。
在PVC耐酸板管中，400目石英粉的填充量為10%～15%時，與其它填充料比，粘度低，流動性好，改善了加工性能，有利于制品的擠出和成型，制得的耐酸板管的耐酸性有顯著提高。
比表面積大(600目以上)和活性高的硅微粉填充聚乙烯(PE)農(nóng)用薄膜能改善制品的物理化學性能和光學性能，填充聚丙烯可改善制品的力學性能。
（3）電工、電子
電工級硅微粉主要用于普通電器件的絕緣澆注，高壓電器的絕緣澆注，APG工藝注射料，環(huán)氧灌封料，高檔陶瓷釉料等。
電子級硅微粉主要用途主要用于集成電路、電子元件的塑封料和包裝料。
（4）理化指標
電工級硅微粉、電子級結(jié)晶型硅微粉、電子熔融級硅微粉的性能指標分別為：
電子電器工業(yè)用硅微粉的粒度分布
電工級硅微粉
電子級結(jié)晶型硅微粉
電子電器工業(yè)用硅微粉理化指標
4、硅微粉的原料及加工
原料包括：水晶、半透明及乳白色脈石英、變質(zhì)石英巖、沉積石英砂巖、海相沉積石英砂、河湖相沉積石英砂、粉石英、熔煉石英。
（1）硅微粉原料的選礦提純
選礦提純一般是將雜質(zhì)含量較高的硅質(zhì)原料經(jīng)過破碎、篩分、磨礦，使二氧化硅與雜質(zhì)充分解離，經(jīng)過磁選、浮選除去雜質(zhì)；再用酸洗方法，使雜質(zhì)進一步降低，然后用清水洗去酸液，再用去離子水洗去顆粒表面吸附的殘余雜質(zhì)離子，使原料達到或高于硅微粉的化學指標；干燥后成為加工硅微粉的原材料。
（2）熔煉石英生產(chǎn)工藝
先將硅質(zhì)原料破碎到10～20nm的小塊料，采用堆積酸浸法，除去表面雜質(zhì)，再用清水洗凈后干燥。將清潔、干燥的小塊料投入熔煉石英爐中，接通硅碳棒電源；經(jīng)過高溫（1800～2000℃）熔煉約10h后，出爐急冷破碎，經(jīng)手選，再經(jīng)純化酸洗、脫酸、去離子水清洗，干燥后成為無定形硅微粉的原材料。值得注意的是硅質(zhì)原料中如果含有較高的液體或氣體包裹體，則不宜用來作為熔煉石英的原料。
5、硅微粉的深加工
（1）硅微粉的制備及提純工藝流程
超細磨(干磨或濕磨)：即在無水或者有水的條件下，把石英砂研磨至325-4000目的超細硅微粉；
分級：在水力旋流機的作用下，325-4000目的超細硅微粉被按照標準區(qū)間分級，比如325-400目、400-500目等；
合工藝洗：等級不同的超細硅微粉被各自放在溫控反應釜內(nèi)不同層上，并加一定量的草酸或者是檸檬酸和少量其它輔助藥劑，于70℃~100℃溫度條件下恒定2-8小時，待反應完畢后，將超細硅微粉中含有的有害微量金屬與非金屬雜質(zhì)去除掉；
高梯磁磁選：即是指用50-15000高斯磁強的磁選設備，除掉超細硅微粉中含有的微量鐵雜質(zhì)；
靜電選：其目的是把超細硅微粉中存在的微量有害雜質(zhì)除掉；
去離子水洗：把經(jīng)過合工藝洗后殘留的化學藥劑與硅微粉表面上留下的有害微量雜質(zhì)于靜化車間里除掉；
特種干燥：把經(jīng)過去離子水洗之后的超細硅微粉于靜化車間里放進特制干燥機中，使其干燥，并制作成325-4000目等級不同的高純超細硅微粉，其含水量可以達到0.003-0.01%；
真空包裝：把制成的各種等級的超細硅微粉分別利用真空進行包裝，以避免被空氣污染。
（2）硅微粉的表面改性
由于非金屬礦物填料與高分子聚合物基質(zhì)的界面不同，相容性差，在基料中難以均勻分散，直接填充往往容易造成材料的某些力學性能下降，對于功能性無機非金屬礦物填料，除了粒度及粒度分布的要求外，還要與高分子聚合物的基料相容性好，填充后除降低成本外，還能增強材料的力學性能，提高材料的綜合性能和可加工性，因此必須對非金屬礦物填料進行表面改性。
硅微粉表面改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑，其通式為R—SiX3，R為有機疏水基，如乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基，X為能水解的烷氧基，如甲氧基、乙氧基及氯等。影響改性效果的主要因素有：硅烷品種、用量及用法、處理時間、溫度、pH值等。
（3）硅微粉的加工設備及工藝
A.角形硅微粉的生產(chǎn)
角形硅微粉是用硅微粉原材料經(jīng)研磨而得到的外形無規(guī)則多呈棱角狀的硅微粉。
主要生產(chǎn)設備
角形硅微粉的主要生產(chǎn)設備有球磨機、振動磨、微粉分級機和烘干機。
球磨機：可以是干法也可以是濕法研磨物料。當球磨機運轉(zhuǎn)時，磨礦介質(zhì)與物料一起被提升到一定高度后下落，如此反復進行，處于磨礦介質(zhì)之間及磨礦介質(zhì)與磨機桶壁之間的物料受到?jīng)_擊和物料在磨礦介質(zhì)的滾動、滑動過程中被研磨成細粉。
振動磨：利用磨礦介質(zhì)受磨機的振動作用，在磨機腔體內(nèi)滑動、滾動而對物料進行研磨。
微粉分級機：物料被風機抽吸到分級室內(nèi)，在高速運轉(zhuǎn)的分級轉(zhuǎn)子和分級葉片之間被分級；粗物料沿分級筒壁而下，從底部粗粉出口排出；細粉則隨氣流穿過轉(zhuǎn)子葉片的間隙由上部細粉出口排出，從而達到分級的目的。
烘干機：為了保證硅微粉極低的含水率和在干燥時不受污染以及提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源而采用空心軸攪拌烘干機，其工作原理是：物料從進料口進入烘干機內(nèi)，由空心槳葉輸送至出料口出料；物料在被輸送過程中，受空心槳葉攪拌并由空心槳葉和機體夾套同時加熱，水分被蒸發(fā)而烘干。
角形硅微粉生產(chǎn)工藝
角形硅微粉生產(chǎn)工藝有干法研磨和濕法研磨兩種。
干法研磨生產(chǎn)工藝：是將硅微粉原料放進球磨機或振動磨中研磨，該研磨工藝可以連續(xù)進料和出料，也可以一次投入若干重量原料，連續(xù)研磨若干時間后出料；出料時要經(jīng)過微粉分級機控制粒度，粗的產(chǎn)物返回磨機再磨或作為產(chǎn)品，細的則是產(chǎn)品。干法研磨要嚴格控制入磨物料水分，產(chǎn)品不再干燥。
干法研磨生產(chǎn)工藝流程
濕法研磨生產(chǎn)工藝：是將若干重量硅微粉原料一次投入球磨機中，加入適量的水，作業(yè)濃度在65%～80%；連續(xù)研磨十幾個小時后，倒出料漿，用壓濾方法或放在料桶內(nèi)自然沉淀脫水，得到含水料餅；用打碎機打碎分散后均勻連續(xù)地投到空心軸攪拌烘干機中，干燥后得到產(chǎn)品。
濕法研磨生產(chǎn)工藝流程
無論是干法研磨還是濕法研磨，磨機中還應加入幾種直徑按要求配比的磨球，又稱磨礦介質(zhì)。根據(jù)進料粒度大小和產(chǎn)品粒度要求，磨礦介質(zhì)的直徑和配比是不同的，研磨時間也是不同的。為了避免物料在研磨時被污染，使用的磨礦介質(zhì)應是非金屬材料如氧化鋁陶瓷球或硅石；磨機的桶體內(nèi)也必須襯高強度耐磨材料如氧化鋁陶瓷、硅石或聚氨脂橡膠。
B.球形硅微粉的生產(chǎn)
目前國內(nèi)外生產(chǎn)球形硅微粉方法主要分為：物理法和化學法。物理法包含高溫熔融噴射法、火焰成球法、等離子體法、高溫煅燒球形化等；化學法包含：水熱合成法、氣相法、沉淀法、溶膠-凝膠法等。
已產(chǎn)業(yè)化的氣體燃燒火焰成球法，其主要生產(chǎn)設備有：粉料定量輸送系統(tǒng)、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，下面分別簡要介紹其工作原理。
粉料定量輸送系統(tǒng)：是用氣力輸送的方法將要加工成球形硅微粉的粉料按照規(guī)定的給料量連續(xù)、均勻地輸送到高溫火焰中。
燃氣量控制和混合裝置：可根據(jù)火焰溫度、火焰長度和剛度調(diào)節(jié)、控制燃氣量和助燃氣體量，并將燃氣與助燃氣體充分混合后送到高溫火焰噴槍。
氣體燃料高溫火焰噴槍：是將混合燃料氣體(混合入助燃氣體)和非球形硅微粉物料同時噴出，點火后產(chǎn)生高溫火焰，熔融分散的硅微粉，使之成為球形硅微粉。
冷卻回收裝置：將已被熔融且分散的高溫球形硅微粉，迅速冷卻避免出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，并將冷卻后的球形硅微粉在收集器中回收。
球形硅微粉生產(chǎn)工藝流程
成球機理：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(qū)時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態(tài)，熱量進一步被傳遞到粉體內(nèi)部，粉體顆粒完全成熔融狀態(tài)。在表面張力的作用下，物體總是要趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而球形則是穩(wěn)定狀態(tài)，從而達到產(chǎn)品的球目的。
參考來源：
薛曉鵬：礦物原料制備集成電路覆銅板用復合硅微粉的試驗研究
雷燕：石英硅微粉制備絕緣灌注膠的基礎研究
王艷：四川普格脈石英加工石英硅微粉試驗研究
盧英常等：硅微粉的用途及生產(chǎn)技術(shù)
蘇憲君：超細硅微粉在塑料、橡膠及涂料中的應用
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來源：中國粉體網(wǎng)