硅微粉的分類、特點及生產工藝 

        硅微粉是由天然石英礦石或熔融石英（天然石英經高溫熔融、冷卻后的非晶態SiO2）經破碎、球磨或氣流磨粉碎、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉體。  

一、硅微粉的性能  

       硅微粉除了具備熱膨脹系數低、介電性能優異、導熱系數高、懸浮性能好等優良性能以外，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，雜質含量低，性能穩定，電絕緣性能優異，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和收縮率，從而消除固化物的內應力，防止開裂。  

（3）抗腐蝕性：硅微粉不易與其它物質反應，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，增加阻燃性能。  

（5）經硅烷偶聯劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，無結團現象。  

（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，同時也降低了產品成本。  

二、硅微粉的分類  

1、根據國標SJ/T10675-2002，硅微粉可作以下分類：  

電工行業  

普通硅微粉  

普通改性硅微粉  

電工級硅微粉  

電工級改性硅微粉  

電子行業  

電子級硅微粉  

電子級改性硅微粉  

熔融硅微粉  

改性熔融硅微粉  

2、根據不同制作工藝而生產的硅微粉其品質也不相同，按生產工藝的不同可以劃分為：熔融硅微粉、結晶硅微粉、活性硅微粉、方石英硅微粉共四種。  

（1）熔融硅微粉：是選用優質天然高純石英石為原料，經過獨特的處理工藝加工而成的粉體。天然石英礦石經過高溫處理后，其分子結構排列從有序轉變成無序。顏色更白、純度變高。與此同時還具備以下特性：極強的線性膨脹系數；良好的電磁輻射性及很強的耐化學穩定性，粒徑均勻分布易于控制。  

（2）結晶硅微粉：是選用高品位天然石英為原料，經過獨特的無鐵研磨工藝來生產加工制成的，其顏色白、質純。由于此項工藝成熟，所以具有穩定的物理、化學特性以及合理、可控的粒度分布。結晶硅微粉又可以劃分為高純度的結晶硅微粉、電子級的結晶硅微粉和一般填料級的結晶硅微粉。  

（3）活性硅微粉：是經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域。  

（4）方石英硅微粉：是選取優質的天然石英為原料，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構，再進行粉碎制成的硅微粉，它的主晶相是方石英。由于它的化學性質穩定，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、橡膠填料等領域。  

3、從形貌上可分為：角形硅微粉和球形硅微粉。  

4、高技術硅微粉可分為：超細硅微粉、球形硅微粉、高純硅微粉。  

超細硅微粉：是以高純天然石英為原料，經人工精選、清洗提純，再經超細研磨和分級技術，制造出SiO2粉體系列產品。采用了先進的分級技術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，比表面積小，堆積比重大，可以達到較高的填充量，在樹脂體系中分散性好，成膜均勻。球形硅微粉主要用于大規模集成電路封裝，在航空、航天、精細化工、可擦寫光盤、大面積電子基板、特種陶瓷及日用化妝品等高新技術領域也有應用，它在環氧樹脂體系中作為填料后，可節約大量的環氧樹脂。  

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，其高檔產品更被廣泛應用在大規模及超大規模集成電路、光纖、激光、航天、軍事中，是高新技術產業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。  

三、硅微粉的應用  

1、涂料在涂料行業中，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、電子級結晶型硅微粉、電子熔融級硅微粉的性能指標分別為：  

電工級硅微粉  

電子級結晶型硅微粉  

電子級熔融硅微粉  

電子電器工業用硅微粉理化指標  

四、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含量較高的硅質原料經過破碎、篩分、磨礦，使二氧化硅與雜質充分解離，經過磁選、浮選除去雜質；再用酸洗方法，使雜質進一步降低，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、熔煉石英生產工藝  

現將石英石原料機械破碎成10-20mm的小塊料，采用酸洗法，去除表面雜志，再用清水洗凈后干燥。將清潔、干燥后的塊料投入熔煉爐中，接通硅碳棒電源，經過高溫熔煉約10小時后(1800-2000℃），出爐急冷破碎，再精純化酸洗、脫酸、去離子水清洗、干燥等工序，制成無定型硅微粉的原材料。  

五、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；  

（1）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間分級，比如325-400目、400-500目等；  

（2）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去除掉；  

（3）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；  

（4）靜電選：其目的是把超細硅微粉中存在的微量有害雜質除掉；  

（5）去離子水洗：把經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于靜化車間里除掉；  

（6）特種干燥：把經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%；  

（7）包裝要求：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劑，其通式為R—SiX3，R為有機疏水基，如乙烯基、環氧基、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  

（1）角形硅微粉的生產  

角形硅微粉是用硅微粉原材料經研磨而得到的外形無規則多呈棱角狀的硅微粉。  

（2）主要生產設備  

角形硅微粉的主要生產設備有球磨機、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。當球磨機運轉時，磨礦介質與物料一起被提升到一定高度后下落，如此反復進行，處于磨礦介質之間及磨礦介質與磨機桶壁之間的物料受到沖擊和物料在磨礦介質的滾動、滑動過程中被研磨成細粉。  

振動磨：利用磨礦介質受磨機的振動作用，在磨機腔體內滑動、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，在高速運轉的分級轉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效率、節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，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，水分被蒸發而烘干。  

4、角形硅微粉生產工藝  

角形硅微粉生產工藝有干法研磨和濕法研磨兩種。  

干法研磨生產工藝：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進料和出料，也可以一次投入若干重量原料，連續研磨若干時間后出料；出料時要經過微粉分級機控制粒度，粗的產物返回磨機再磨或作為產品，細的則是產品。干法研磨要嚴格控制入磨物料水分，產品不再干燥。  

干法研磨生產工藝流程  

濕法研磨生產工藝：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，作業濃度在65%～80%；連續研磨十幾個小時后，倒出料漿，用壓濾方法或放在料桶內自然沉淀脫水，得到含水料餅；用打碎機打碎分散后均勻連續地投到空心軸攪拌烘干機中，干燥后得到產品。  

濕法研磨生產工藝流程  

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。根據進料粒度大小和產品粒度要求，磨礦介質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，使用的磨礦介質應是非金屬材料如氧化鋁陶瓷球或硅石；磨機的桶體內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。  

5.球形硅微粉的生產方法  

目前國內外生產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。  

已產業化的氣體燃燒火焰成球法，其主要生產設備有：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，下面分別簡要介紹其工作原理。  

粉料定量輸送系統：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定的給料量連續、均勻地輸送到高溫火焰中。  

燃氣量控制和混合裝置：可根據火焰溫度、火焰長度和剛度調節、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，迅速冷卻避免出現析晶現象，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，物體中是要趨于穩定狀態，而球形則是最穩定狀態，從而達到產品成球目的。