硅微粉的用途

２００９年第４期巾同非金属矿工、Ｉｐ导刊总第７７期

【加工技术及设备】

卢英常，张跃英

（中国建材国际工程有限公司，安徽蚌埠２３３０１８）

摘要：本文介绍了硅微粉的主要性能和用途、硅微粉原料的加工和提纯技术以及硅微粉的生产技术。关键词：硅微粉；提纯；研磨中图分类号：ＴＤ９７３．３；ＴＤ９２６．１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００７—９３８６（２００９）０４—００４０—０４

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃａＰｏｗｄｅｒａｎｄＩｔｓＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＬｕＹｉｎｇｃｈａｎｇ，ＺｈａｎｇＹｕｅｙｉｒ喀

（ＣｈｉｎａＴｒｉｕｍｐｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｎｇｂｕ，２３３０１８，Ｃｈｉｎａ）

ｇｉｖｅｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｇｒｉｎｄｉｎｇ１

硅微粉。陛能及用途

硅微粉是用二氧化硅（ＳｉＯ：）又称石英的材料经过

通潘Ｉ生硅微粉（ＰＧＨ）、电工级硅微粉（ＤＧ）、电工级活

性硅微粉（ＤＧＨ）。用于电子行业有电子级结晶型硅微粉（ＪＧ）、电子级结晶型活性硅微粉（ＪＧＨ）、电子级熔融型硅微粉（ＲＧ）、电子级熔融型活性硅微粉（ＲＧＨ）。产品规格为产品网目数，分为３００、４００、６００、ｌ

０００

破碎、提纯、研磨、分级等工艺精细加工而成，其纯度高、色泽白、颗粒级配合理，有着独特的性能和广泛的用途。１．１硅微粉性能

（１）具有良好的绝缘性：由于硅微粉纯度高，杂质含量低，性能稳定，电绝缘性能优异，使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。

（２）能降低环氧树脂固化反应的放热峰值温度，降低固化物的线膨胀系数和收缩率，从而消除固化物的内应力，防止开裂。

（３）抗腐蚀性：硅微粉不易与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，其颗粒均匀覆盖在物件表面，具有较强的抗腐蚀能力。

（４）颗粒级配合理，使用时能减少和消除沉淀、分层现象；可使固化物的抗拉、抗压强度增强，耐磨性能提高，并能增大同化物的导热系数，增加阻燃性能。

（５）经硅烷偶联剂处理的硅微粉，对各类树脂有

目。产品的粒度分布见表１，产品的理化指标见表２。

表１

３００４００６００ｌ０００

硅微粉产品的粒度分布

比表面积（ｃｍ：／ｇ）

ｌ７００～２１００２１００——２４００２４００～３０００３０００——４０００

规格（目）中位粒径ｄ）。（ｕｍ）

２１．００～２５．００１６．００—２０．００１１．００～１５．００８．００～１０．００

累积粒度（“ｍ，％）

一５０≥７５—３９≥７５—２５≥７５一１０≥６５

１．２．２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原料化学成分（％）为：Ｓｉ０２＞９９．０，Ａ１２０３＜０．３，Ｆｅ２０３＜０．０５，Ｎａ２０＋Ｋ２０＜０．１５。粒度为：－３２５目＞９８．０％。１．３硅微粉的用途

由于硅微粉具有良好的特性，因此它有着广泛的用途。

（１）电子行业：作为电子产品如集成电路块、半导体器件的塑封料填料。

（２）电工行业：作为电工产品如电流互感器、电压互感器、干式变压器等高压电气部件的浇注料填料。

（３）作为玻璃纤维的主料，用于生产普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维。

（４）硅橡胶和塑料的填充料。

良好的浸润性，吸附｝生能好，易混合，无结团现象。

（６）硅微粉作为填充料，加进有机树脂中，不但提高了固化物的各项性能，同时也降低了产品成本。１．２几种主要用途硅微粉的理化指标１．２．１电子及电器工业用硅微粉

电子及电器工业用硅微粉（ＳＪ／Ｔ１０６７５—２００２）产品分类及代号：用于电工行业有普通硅微粉（ＰＧ）、普

２００９年第４期中国非金属矿工业导刊

表２硅微粉产品理化指标

总第７７期

指标含水量（％）密度（ｔ／ｍ３）

ＬＯＩ

ＰＧＰＧＨ

≤Ｏ．１

ＤＧＤＧＨ

ＪＧＪＧＩＩＪＧＪＧｌＩＲＧＲＧＨＲＧＲＧＨ

优等品合格品

≤０．０８

优等品合格品

２．６５±０．０５

≤０．２０≥９９．４０≤０．０３０≤Ｏ．２０

≥３０

≤Ｏ．１５≥９９．６０≤０．０２０≤Ｏ．１５

≥４５

≥９９．７０

≤０．０ｌＯ≤０．１０≥４５

≥４５

≥９８

≤３０≤２０≤２０

≤５≤２≤２

≤１０≤３≤３

≤１０≤５≤５

≤１５≤８≤８

≤５≤２≤２

≤Ｏ．１０

≥９９．６５

≥９９．８０

２．２０±０．０５≤Ｏ．０８

≥９９．７５

≤０．００８

化学成分（％）

Ｓｉ０２Ｆｅ２０３Ａ１２０３

憎水性（ｒａｉｎ）尼定形Ｓｉ０２

≥４５

≥９５

≤ｌＯ≤３≤３

≤ｌＯ≤５≤５５．５～７．５

≥４５

水电导率（“ｓ／ｃｍ）蒸Ｎａ＋（×１０６）取

Ｃ１一（×１０１）ｍ根

ｐｉｔ值

≤ｌ５

≤８

《８

６．５～８．０

（５）涂料的添加料。

（６）其他：如牙用材料，陶瓷、日用化工用材料等。

２硅微粉原料的加工和提纯２．１硅微粉原料的选矿提纯

我国的硅质原料资源丰富，有水晶、半透明及乳白色脉石英、变质石英岩、沉积石英砂岩、海相沉积石英砂、河湖相沉积石英砂、粉石英等类型。随着硅质原料被大量开发利用，高品质的硅质原料逐渐减少；为了满足产量逐年提高的硅微粉用原材料的要求，部分硅质原料必须经过选矿提纯达到质量标准后，才用来加工硅微粉。

选矿提纯一般是将杂质含量较高的硅质原料经过破碎、筛分，磨矿，使二氧化硅与杂质充分解离，经过磁选、浮选除去杂质；再用酸洗方法，使杂质进一步降低，然后用清水洗去酸液，再用去离子水洗去颗粒表面吸附的残余杂质离子，使原料达到或高于硅微粉的化学指标；干燥后成为加工硅微粉的原材料。

我国加工玻璃用硅砂而产生的质量较高的细粉和南方的粉石英，均可作为硅微粉的原材料。在实际生产中，根据要求的质量进行提纯。或是经过浮选、磁选除杂质，或是经过水洗分级除杂质，或是经过酸洗除杂质，干燥后，作为硅微粉的原材料。如质量较好的粉石英，开采出来后，经水洗分级除去粗颗粒和杂质，细粒级干燥后可作为生产无碱玻璃纤维原料。２．２熔融硅微粉原料的加工

熔融硅微粉又称无定形硅微粉或非晶态硅微粉。用破碎、研磨和分级方法生产的熔融硅微粉其原材料是熔炼石英。

熔炼石英生产工艺：先将硅质原料破碎到１０～２０ｍｍ的小块料，采用堆积酸浸法，除去表面杂质，

再用清水洗净后干燥。将清洁、干燥的小块料投入熔炼石英炉中，接通硅碳棒电源；经过高温（１

２

８００～

０００℃）熔炼约１０ｈ后，出炉急冷破碎，经手选，再

经纯化酸洗、脱酸、去离子水清洗，干燥后成为无定形硅微粉的原材料。

值得注意的是硅质原料中如果含有较高的液体或气体包裹体，则不宜用来作为熔炼石英的原料。３硅微粉的生产３．１角形硅微粉的生产

角形硅微粉是用硅微粉原材料经研磨而得到的外形无规则多呈棱角状的硅微粉。角形硅微粉根据其原材料的不同又分为角形结晶硅微粉和角形熔融硅微粉。

３．１．１主要生产设备

角形硅微粉的主要生产设备有球磨机、振动磨、微粉分级机和烘干机。下面分别简要介绍其工作原理。

球磨机：可以是干法也可以是湿法研磨物料。当球磨机运转时，磨矿介质与物料一起被提升到一定高度后下落，如此反复进行，处于磨矿介质之间及磨矿介质与磨机桶壁之间的物料受到冲击和物料在磨矿介质的滚动、滑动过程中被研磨成细粉。

振动磨：利用磨矿介质受磨机的振动作用，在磨机腔体内滑动、滚动而对物料进行研磨。

微粉分级机的分级原理是：物料被风机抽吸到分级室内，在高速运转的分级转子和分级叶片之间被分级；粗物料沿分级筒壁而下，从底部粗粉出口排出；细粉则随气流穿过转子叶片的间隙由上部细粉出口排出，从而达到分级的目的。

烘干机：为了保证硅微粉极低的含水率和在干燥时不受污染以及提高生产效率、节约能源而采用空心

卢英常等：硅微粉的用途及生产技术

轴搅拌烘干机，其工作原理是：物料从进料口进入烘胀系数就越小，也就越接近单晶硅的热膨胀系数，由干机内，由空心桨叶输送至出料口出料；物料在被输此生产的电子元器件的使用性能也越好。用球形硅微送过程中，受空心桨叶搅拌并由空心桨叶和机体夹套粉制成的塑封料应力集中小，强度高，球形硅微粉的同时加热，水分被蒸发而烘干。含水量在１５％～２０％应力集中仅为角形硅微粉应力集中的６０％，因此，球的物料，干燥后水分可控制在０．０５％以下。

形硅微粉塑封料封装集成电路芯片时，成品率较高，３．１．２生产工艺

且运输和使用过程中不容易产生机械损伤。球形硅微角形硅微粉生产工艺有干法研磨和湿法研磨两粉无棱角，因而对模具的磨损小，模具的使用寿命种。

长，塑封料的封装模具十分精密而且价格很高，使用

干法研磨生产工艺：是将硅微粉原料放进球磨机或振动磨中研磨，该研磨工艺可以连续进料和出料，目前国外球形硅微粉的生产有：高温熔融喷射也可以一次投入若干重量原料，连续研磨若干时间后法、气体火焰法、液相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅出料；出料时要经过微粉分级机控制粒度，粗的产物的水解法等工艺。近年来，国内多家科研单位和企业返回磨机再磨或作为产品，细的则是产品。干法研磨都在进行球形硅微粉的研究工作，但大都处于试验室

要严格控制人磨物料水分，产品不再干燥。工艺流程见图１。

中国建材国际工程有限公司自２０世纪７０年代起

硅微粉原料——－研磨———－分级——－细产品

Ｌ粗圭物

就致力于我国硅质原料提纯技术和资源开发利用的研究工作。为促进我国信息产业的发展，公司也正在进行球形硅微粉的研制工作，并建立了中试试验室，采图１千法研磨生产工艺流程

用的是气体燃烧火焰成球法，简介如下。

湿法研磨生产工艺：是将若干重量硅微粉原料一次投入球磨机中，加入适量的水，作业浓度在６５％～粉料定量输送系统、燃气量控制和混合装置、气

８０％；连续研磨十几个小时后，倒出料浆，用压滤方法或放在料桶内自然沉淀脱水，得到含水料饼，用打碎机打碎分散后均匀连续地投到空心轴搅拌烘干机中，干燥后得到产品。工艺流程见图２。

工成球形硅微粉的粉料按照规定的给料量连续、均匀

硅微粉原料—＋研磨—＋脱水—＋打碎分散—＋干燥—一产品

燃气量控制和混合装置：可根据火焰温度、火焰图２湿法研磨生产工艺流程

长度和刚度调节、控制燃气量和助燃气体量，并将燃无论是干法研磨还是湿法研磨，磨机中还应加入气与助燃气体充分混合后送到高温火焰喷枪。

几种直径按要求配比的磨球，又称磨矿介质。根据进气体燃料高温火焰喷枪：是将混合燃料气体（混料粒度大小和产品粒度要求，磨矿介质的直径和配比合入助燃气体）和非球形硅微粉物料同时喷出，点火是不同的，研磨时间也是不同的。为了避免物料在研后产生高温火焰，熔融分散的硅微粉，使之成为球形

磨时被污染，使用的磨矿介质应是非金属材料如氧化铝陶瓷球或硅石；磨机的桶体内也必须衬高强度耐磨冷却回收装置：将已被熔融且分散的高温球形硅材料如氧化铝陶瓷、硅石或聚氨脂橡胶。微粉，迅速冷却避免出现析晶现象，并将冷却后的球

３．２球形硅微粉的生产

球形硅微粉主要用于大规模、超大规模和特大规模集成电路的封装上。

微电子工业的迅速发展，对硅微粉提出了越来越角形硅微粉———一粉料定量输送～

高的要求。硅微粉不仅要超细、高纯度、低放射性元气体燃料一气量控制一混合装置夕古温掌喷枪

素含量，而且对颗粒形状提出了球形化要求。高纯熔融球形硅微粉（球形硅微粉）由于其流动性好，表面积小，堆积密度高，填充量可达到较高的填充量，与树脂搅拌成膜均匀。硅微粉的填充率越高，塑封料的膨

２００９年第４期中国非金属矿工业导刊总第７７期

当粉体进入高温火焰区时其角形表面吸收热量而呈熔料，以免影响粉料的输送和在熔融时产生水汽，影响融状态，热量进一步被传递到粉体内部，粉体颗粒完熔融效果。

全呈熔融状态。在表面张力的作用下，物体总是要趋４

结论

于稳定状态，而球形则是最稳定状态，从而达到产品硅微粉目前已经在电子工业塑封料、电器工业浇

成球目的。

注料、玻璃纤维工业、硅橡胶、化工、高级陶瓷、特粉体颗粒能否被熔融取决于两方面：一是火焰温种耐火材料等领域应用，随着高新技术产业的发展，度要高于粉体材料的熔融温度，这就要选择合适的气硅微粉用途越来越广，用量越来越大。

体燃料；二是保证粉体颗粒熔融所需要的热量。在火国内目前生产的主要是角形结晶硅微粉和角形焰温度一定的情况下，不同粒径的粉体颗粒达到熔融熔融硅微粉，虽然能满足国内市场的需求，也有部所需要的热量是不同的，而吸收热量的多少与粉体颗分出口，但大部分产品档次较低。国内市场需求的粒在火焰中的时间成正比，因此可得到粉体颗粒在火高档硅微粉如球形硅微粉、超细硅微粉仍依赖国外焰中达到熔融所需要的时间与其粒径的关系：

进口。

ｔ＝８・∞・ｄ２

在玻璃纤维工业，硅微粉基本上可满足生产要式中：ｆ为粉体颗粒在火焰中达到熔融所需要的时求，随着新建玻璃纤维工厂的投产，需求量将进一步间；∥为材料的相关系数，如比热、导热系数、密度扩大。

等；甜为火焰的相关系数；ｄ为粉体颗粒粒径。

随着我国半导体集成电路与电子器件以及电工器根据粉体颗粒在火焰中达到熔融所需要的时问和件的发展，对硅微粉的需求量将越来越大。对于未来粉体颗粒在火焰中的速度，得到所需火焰的长度尺巨大的市场需求，必须提高硅质原料质量，提高硅微寸，通过调节燃气量控制装置达到要求。粉生产技术水平，加强生产过程的测试和控制，从而３．２．４球形硅微粉的原料

提高硅微粉产品质量；根据市场需求，生产适合各领气体燃烧火焰成球法生产球形硅微粉的原料是角域质鼍要求的各种规格的硅微粉，以满足国内外市场形结晶硅微粉或角形熔融硅微粉，但应注意，原料中的需求。

不能有水分，也不能用经偶联剂处理的硅微粉作原

【收稿日期】２００９—０４一ｌ

７

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆口☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆矗☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆矗☆☆口口☆

（上接第２８页）

５

结语

石膏加水调和形成二水石膏硬化体的同时，体积综上所述，通过对原料种类、品位、晶体结构、

发生变化，其主要原因是由于水化作用造成固体和液生产工艺参数（蒸压温度、蒸压压力、烘干温度等）对体绝对体积缩小，从而使浆体早期收缩，而调制半水陶瓷模具石膏粉物理性能的影响关系，以及制模工艺石膏时，需要比理论值（１８．６％）大得多的过量拌和参数吸水率、凝结膨胀率对陶瓷模具粉物理性能的影水，这些水造成硬化体积孔隙率大幅度增加，导致比响的研究，从原料、生产工艺、制模应用等方面，提半水石膏加水时缩小体积要高出５倍，大量试验结果出了获得物理性能优良的陶瓷模具粉的解决方案，并表明：口型半水石膏粉凝结膨胀率０．３％～０．８％，∥

制得具有吸水性能好（吸水率３０％～４１％），凝结膨胀型半水石膏凝结膨胀率０．１％～０．２‰因此通过将口

率适宜（０．２％以下），表面硬度高（４０～６０Ｎ／ｍｍ２）的粉与∥粉以适当比例配制后，加入适量调节剂，来制陶瓷模具粉，该产品经用户使用，产品各项性能指标取凝结膨胀率适宜的注浆陶瓷模具石膏粉（见表１１）。均达到要求，与目前国内普遍使用的陶瓷模具粉相从表１ｌ可以看出，利用多粉较小的凝结膨胀率和口比，其硬度、耐磨性均有所提高，每套模具使用次数粉的高强度，可配制出性能优良的注浆陶瓷模具石膏由原来的７０～８０次提高到９５～１１０次，提高２０％～粉，当口粉：∥粉为（１０～５０）：（５０～９０）时（总混合物４０％。因此，在目前国内生产工艺的现状上，采用选以１００份重量计），凝结膨胀率可有效控制在０．２％以下，择高品位、原生状态致密的石膏原料，确定最佳制粉可满足注浆陶瓷模具粉的指标要求；当口粉比例高于工艺参数，提高产品粉磨细度，有效控制石膏粉吸水上述范围时，凝结膨胀率过大，不能满足模具使用要率及凝结膨胀率等方法及措施，也可有效提高陶瓷模求，当口粉比例小于上述范围时，吸水率达到了要具粉的物理性能，提高产品市场竞争力。

求，但却导致强度过低，模具使用次数少，寿命低。

【收稿日期】２００９—０４一１７

硅微粉的用途及生产技术

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

卢英常， 张跃英， Lu Yingchang， Zhang Yueying中国建材国际工程有限公司,安徽,蚌埠,233018中国非金属矿工业导刊

CHINA NON-METALLIC MINING INDUSTRY HERALD2009(4)2次

引证文献(2条)

1.贺静.申明霞.崔寅鑫 结晶硅微粉在聚合物中的应用[期刊论文]-矿产综合利用 2010(2)2.王霞 浅谈硅微粉在氧化铝泡沫陶瓷中的作用[期刊论文]-佛山陶瓷 2010(5)

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