مسحوق السيليكون الكروي هو مادة بالغة الأهمية في العديد من الصناعات، وهو معروف بخصائصه وتطبيقاته الفريدة. يتضمن إنتاجه تقنيات متعددة تصنف إلى طرق فيزيائية وطرق كيميائية، اعتمادًا على ما إذا كان التحول الكيميائي يحدث أثناء العملية.
ما هي طرق إنتاج مسحوق السيليكون الكروي؟
1. الأساليب الفيزيائية:
لا تتضمن هذه الطرق تفاعلات كيميائية وتشمل تقنيات مثل: الطحن الميكانيكي للكرات، الرش، كروية اللهب، معالجة البلازما، كروية التكليس عالية الحرارة.
2. الطرق الكيميائية:
تتضمن هذه الطرق التحولات الكيميائية وتشمل: طريقة الطور الغازي، وطريقة الترسيب، والتوليف الحراري المائي، وعملية السول جل، وطريقة المستحلب الدقيق.
يستكشف هذا الدليل 14 طريقة تحضير تضمن الدقة في تحقيق الشكل الكروي المطلوب.
عملية إنتاج مسحوق السيليكون الكروي
01 طريقة الطحن الميكانيكية
تستخدم الطحن الميكانيكي معدات التكسير الاحترافية ومعدات الفحص المساعدة لإنتاج مساحيق فائقة الدقة. وفقًا لحالة المادة، يتم تقسيمها إلى طحن جاف وطحن رطب. يستخدم الطحن الرطب الماء كوسيط حامل، ويتم طحن الجسيمات عن طريق التحريك والطحن لإنتاج منتجات فائقة الدقة ذات تشتت جيد وحجم جسيم موحد.
02 طريقة الرش
التجفيف بالرش هو طريقة للحصول على عينات عن طريق تجفيف المواد الخام السائلة بسرعة من خلال مجفف الرش. تمر المواد الخام السائلة عبر جهاز التبخير لتكوين قطرات دقيقة للغاية. تتلامس القطرات مع الهواء الساخن، وتهاجر الرطوبة الداخلية إلى الخارج، وتتكتل جزيئات المواد الخام، ويتم الحصول على المنتج المطلوب بعد التجفيف.
03 طريقة كروية اللهب
عندما يتم تسخين المسحوق عند درجة حرارة عالية (1600-2000 درجة مئوية)، تذوب الحواف والزوايا على سطح المسحوق تدريجيًا، وتتشكل كرة تحت تأثير التوتر السطحي. يتم استخدام مسحوق الكوارتز العادي كمادة خام، ويتم تحضير مسحوق السيليكون الكروي بطريقة لهب الأكسجين والأسيتيلين، مما يضمن أن يكون سطحه أملسًا ومعدل التكور يصل إلى 95%.
04 طريقة الصهر باللهب
باستخدام مسحوق السيليكون الزاوي كمادة خام، يتم سحقه وغربلته وتنقيته وغير ذلك من المعالجات المسبقة. يتم سحق مسحوق السيليكون الزاوي بواسطة كسارة تدفق الهواء، وبعد المعالجة المسبقة متعددة المراحل، يتم غربلته إلى حجم جسيم مناسب. يتم استخدام الأسيتيلين والغاز الطبيعي والغازات الأخرى كمصدر للحرارة لمسحوق الذوبان، واللهب نظيف وخالٍ من التلوث. يتم صهر مسحوق السيليكون الزاوي بحجم الجسيمات المناسب عند درجة حرارة عالية على الفور بطريقة ذوبان اللهب عالي الحرارة، ويتم تبريده بسرعة ليصبح كرويًا. يتم الحصول على مسحوق السيليكون الكروي عالي النقاء وحجم الجسيمات الموحد.
05 طريقة البلازما
تستخدم طريقة البلازما منطقة درجة الحرارة العالية التي تولدها قوس البلازما لحظة إذابة مسحوق ثاني أكسيد السيليكون أو مسحوق الكوارتز إلى قطرات، والتي تتحول إلى شكل كروي تحت تأثير التوتر السطحي وتبريدها لتشكيل جزيئات ثاني أكسيد السيليكون الكروية.
06 طريقة التكليس بالحرارة العالية
تشير طريقة التكليس الكروي بالحرق عالي الحرارة إلى شيخوخة مسحوق خام الكوارتز الطبيعي المختار الخام في ظل ظروف قلوية ثم الترشيح. يتم تجفيف مادة الترشيح وتجفيفها، وإضافة مادة رابطة للحصول على عينة كتلة، وحرقها في فرن عالي الحرارة، وتبريدها ثم تشتيتها، من خلال الطحن والتكليس الكروي والفصل المغناطيسي وتصنيف فصل الهواء. أخيرًا، يتم تصنيع مساحيق السيليكون الكروية فائقة النقاء. يتميز المنتج الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة بمعدل كروي مرتفع، وبياض جيد، ونقاء عالي، وسيولة جيدة وقابلية للتشتت. ومع ذلك، لا يزال في مرحلة المختبر.
07 طريقة الاحتراق المباشر
نظرًا لأن السيليكون الكروي المنصهر باللهب عبارة عن كروية منصهرة من مسحوق معدني طبيعي، فهناك بعض القيود من حيث النقاء وتوزيع حجم الجسيمات. تستخدم بعض الشركات الأجنبية الرائدة طريقة التحضير بطريقة الاحتراق المباشر (VMC). وهي لإعداد كرات مجهرية من ثاني أكسيد السيليكون ذات نقاء عالٍ وحجم جسيمات صغير وتوزيع حجم جسيمات يمكن التحكم فيه نسبيًا من خلال التفاعل المباشر لمسحوق السيليكون المعدني مع الأكسجين.
08 طريقة رش الذوبان بدرجة حرارة عالية
طريقة رش الذوبان عالي الحرارة هي إذابة الكوارتز عالي النقاء في سائل عند 2100-2500 درجة مئوية، والحصول على مسحوق السيليكون الكروي بعد الرش والتبريد. سطح المنتج أملس، ويمكن أن يصل معدل الكروية ومعدل غير متبلور إلى 100%. تستخدم بعض الشركات المصنعة في الولايات المتحدة واليابان هذه الطريقة لإنتاج مسحوق السيليكون الكروي، لكنها سرية تمامًا للخارج. طريقة رش الذوبان عالي الحرارة سهلة لضمان معدل الكروية ومعدل غير متبلور، ولكن صعوبة تقنية tgdrgddddddddhis هي نظام ذري للمواد عالية الحرارة، وسائل الكوارتز اللزج المنصهر، وضبط حجم جزيئات الذرات، وحل مشاكل مثل منع التلوث والمزيد من التنقية.
09 طريقة الاحتراق منخفضة الحرارة ذاتية الانتشار
تتضمن عملية تدفق عملية الاحتراق منخفضة الحرارة ذاتية الانتشار تحضير سيليكات الصوديوم، وتحضير محلول السيليكات، وتحضير سائل الاحتراق المختلط، وتفاعل الاحتراق، والتلدين وإزالة الكربون، ومعالجة الغسيل وغيرها من الخطوات. تتمثل مزايا هذه الطريقة في أنها تستخدم مسحوق السيليكون البلوري الطبيعي أو مسحوق السيليكون المنصهر كمواد خام، والتي يسهل الحصول عليها؛ العملية بسيطة، ولا تتطلب معدات خاصة، والتشغيل مريح، وسهل التحكم، وتكلفة الإنتاج منخفضة؛ تحتوي المواد المستخدمة في عملية الإنتاج فقط على أيونات الصوديوم وأيونات النترات القابلة للذوبان في الماء للغاية، ولا يتم إدخال أيونات شوائب أخرى، مما يساعد على تحضير مسحوق السيليكون عالي النقاء. في الوقت الحاضر، هذه الطريقة في مرحلة المختبر فقط ولا يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بشكل جيد.
10 طريقة الطور الغازي
تشير طريقة الطور الغازي إلى تقطير هاليد السيليكون في برج التقطير، وبعد تحويله إلى غاز بدرجة حرارة عالية، يتم تحليله بالماء بنسبة معينة من الهيدروجين والأكسجين عن طريق الضغط عند درجة حرارة عالية. يتم التقاط المنتج بواسطة جامع إعصاري للحصول على جسيمات نانوية في الطور الغازي. تتميز جزيئات السيليكا المحضرة بهذه الطريقة بنقاء عالٍ ويمكن التحكم في عملية التفاعل، ولكن التكلفة عالية، والمنتجات الثانوية العضوية الناتجة عن العملية يصعب التعامل معها.
11 طريقة الترسيب
باستخدام زجاج الماء، والمُحمض، وما إلى ذلك كمواد خام، وإضافة كمية مناسبة من المادة الخافضة للتوتر السطحي، يجب الانتباه إلى التحكم في درجة الحرارة في عملية التحضير بأكملها. إذا تجاوزت قيمة الرقم الهيدروجيني 8، فيجب إضافة مثبت، ويتم تشكيل مسحوق السيليكون الكروي بعد الغسيل والتجفيف والتكليس. يتميز مسحوق السيليكون الكروي المحضر بهذه الطريقة بحجم جسيمات موحد للغاية، وتكلفة منخفضة، وتدفق عملية بسيط، وسهل التحكم. يمكن استخدامه في الإنتاج الصناعي، ولكن العيب هو أنه قد يحدث تكتل.
12 طريقة التخليق الحراري المائي
تُستخدم طريقة التخليق الحراري المائي على نطاق واسع في تحضير الجسيمات النانوية في الطور السائل. عمومًا، يتم دمج المركبات غير العضوية والعضوية مع الماء في ظل ظروف درجات حرارة وضغط عالية تتراوح من 150 درجة مئوية إلى 350 درجة مئوية، ويُسمح للأيونات والجزيئات ومجموعات الأيونات وما إلى ذلك بالدخول إلى منطقة النمو مع بلورات البذور من خلال الحمل الحراري القوي، وأخيرًا يتم الحصول على محلول وبلورات مشبعة. يمكن أن تشكل المواد غير العضوية عن طريق الترشيح والغسيل والتجفيف جسيمات دقيقة للغاية وعالية النقاء. إن استخدام طريقة التخليق الحراري المائي لإعداد مسحوق السيليكون الكروي يزيل عملية التحويل إلى أكاسيد المطلوبة بواسطة طرق التخليق في الطور السائل العامة، مما يقلل من احتمالية التكتل الصلب.
13 طريقة السول-جل
طريقة السول-جل هي خلط المواد الخام بشكل موحد مع الطور السائل، وتحليلها تحت ظروف معينة، وتشكيل سول من خلال التكثيف الكيميائي، وتشكيل هلام السيليكا مع بنية شبكية ثلاثية الأبعاد بعد فترة من الزمن. بعد الترشيح والغسيل والتجفيف والتلبيد، يتم الحصول على جزيئات ثاني أكسيد السيليكون النانوية أو النانو كوارتز.
14 طريقة المستحلب الدقيق
المستحلب الدقيق هو طريقة يتم فيها تشكيل مستحلب موحد من مرحلتين غير متوافقتين تحت تأثير مادة فعالة بالسطح. تستخدم هذه الطريقة المساحة الصغيرة بين المرحلتين لتكوين نوى تحت توجيه مصدر السيليكون، وتحصل على جزيئات كروية من السيليكا أو الكوارتز بعد المعالجة الحرارية. نظرًا للمساحة المحدودة للتكوين والنمو، فإن جزيئات السيليكا الناتجة عن هذه الطريقة صغيرة الحجم وليس من السهل تكتلها.