La poudre de silicium sphérique est un matériau essentiel dans de nombreuses industries, apprécié pour ses propriétés et ses applications uniques. Sa production implique de multiples techniques classées en méthodes physiques et méthodes chimiques, selon qu'une transformation chimique se produit ou non au cours du processus.
Quelles sont les méthodes de production de poudre de silicium sphérique ?
1. Méthodes physiques :
Ces méthodes n'impliquent pas de réactions chimiques et incluent des techniques telles que : le broyage mécanique à billes, la pulvérisation, la sphéroïdisation à la flamme, le traitement au plasma, la sphéroïdisation par calcination à haute température.
2. Méthodes chimiques :
Il s'agit de transformations chimiques et notamment : la méthode en phase gazeuse, la méthode de précipitation, la synthèse hydrothermale, le procédé sol-gel et la méthode de microémulsion.
Ce guide explore 14 méthodes de préparation qui garantissent la précision dans l'obtention de la forme sphérique souhaitée.
Procédé de production de micropoudre de silicium sphérique
01 Méthode de meulage mécanique
Le broyage mécanique utilise des équipements de concassage professionnels et des équipements de criblage auxiliaires pour produire des poudres ultrafines. Selon l'état du matériau, il est divisé en broyage à sec et broyage humide. Le broyage humide utilise l'eau comme support et les particules sont broyées par agitation et broyage pour produire des produits ultrafins avec une bonne dispersion et une taille de particule uniforme.
02 Méthode de pulvérisation
Le séchage par atomisation est une méthode permettant d'obtenir des échantillons en séchant rapidement des matières premières liquides à l'aide d'un sécheur par atomisation. Les matières premières liquides passent à travers un atomiseur pour former des gouttelettes extrêmement fines. Les gouttelettes entrent en contact avec de l'air chaud, l'humidité interne migre vers l'extérieur, les particules de matière première s'agglomèrent et le produit souhaité est obtenu après séchage.
03 Méthode de sphéroïdisation à la flamme
Lorsque la poudre est chauffée à haute température (1600-2000℃), les bords et les coins de la surface de la poudre fondent progressivement et une sphère se forme sous l'action de la tension superficielle. La poudre de quartz ordinaire est utilisée comme matière première et la micropoudre de silicium sphérique est préparée par la méthode de la flamme oxygène-acétylène, ce qui peut garantir que sa surface est lisse et que le taux de sphéroïdisation atteint 95%.
04 Méthode de fusion à la flamme
En utilisant de la micropoudre de silicium angulaire comme matière première, elle est broyée, tamisée, purifiée et soumise à d'autres prétraitements. La micropoudre de silicium angulaire est broyée par un broyeur à flux d'air et, après un prétraitement en plusieurs étapes, elle est tamisée jusqu'à obtenir une taille de particule appropriée. L'acétylène, le gaz naturel et d'autres gaz sont utilisés comme source de chaleur pour faire fondre la poudre, et la flamme est propre et sans pollution. La micropoudre de silicium angulaire de taille de particule appropriée est fondue instantanément à haute température par la méthode de fusion à la flamme à haute température et refroidie rapidement pour se sphéroïdiser. On obtient une micropoudre de silicium sphérique de haute pureté et de taille de particule uniforme.
05 Méthode plasma
La méthode plasma utilise la zone à haute température générée par le plasma à arc moment pour faire fondre la poudre de dioxyde de silicium ou la poudre de quartz en gouttelettes, qui sont sphéroïdisées sous l'action de la tension superficielle et refroidies pour former des particules sphériques de dioxyde de silicium.
06 Méthode de sphéroïdisation par calcination à haute température
La méthode de sphéroïdisation par calcination à haute température consiste à faire vieillir la poudre de minerai de quartz naturel sélectionnée dans des conditions alcalines, puis à la filtrer. Le matériau filtrant est déshydraté et séché, un liant est ajouté pour obtenir un échantillon en bloc, puis calciné dans un four à haute température, refroidi puis dispersé, par broyage, sphéroïdisation, séparation magnétique et classification par séparation d'air. Enfin, des poudres de silicium sphériques ultrafines de haute pureté sont fabriquées. Le produit obtenu par cette méthode présente un taux de sphéroïdisation élevé, une bonne blancheur, une grande pureté, une bonne fluidité et une bonne dispersibilité. Cependant, il est encore au stade du laboratoire.
07 Méthode de combustion directe
Le silicium sphérique fondu à la flamme étant une poudre minérale naturelle obtenue par sphéroïdisation, il existe certaines limites en termes de pureté et de distribution granulométrique. Quelques grandes entreprises étrangères utilisent la méthode de préparation par combustion directe (VMC). Il s'agit de préparer des microsphères de dioxyde de silicium de haute pureté, de petite taille de particules et de distribution granulométrique relativement contrôlable par la réaction directe de la poudre de silicium métallique avec l'oxygène.
08 Méthode de projection de matière fondue à haute température
La méthode de pulvérisation de fusion à haute température consiste à faire fondre du quartz de haute pureté en liquide à 2100-2500 ℃ et à obtenir de la micropoudre de silicium sphérique après pulvérisation et refroidissement. La surface du produit est lisse et le taux de sphéroïdisation et le taux amorphe peuvent atteindre 100%. Certains fabricants aux États-Unis et au Japon utilisent cette méthode pour produire de la micropoudre de silicium sphérique, mais elle est strictement confidentielle à l'extérieur. La méthode de pulvérisation de fusion à haute température est facile à garantir le taux de sphéroïdisation et le taux amorphe, mais la difficulté de cette technologie est le système d'atomisation des matériaux à haute température, le liquide fondu de quartz visqueux, le réglage de la taille des particules d'atomisation et la résolution de problèmes tels que la prévention de la pollution et une purification supplémentaire.
09 Méthode de combustion auto-propagée à basse température
Le procédé de combustion à basse température auto-propagée comprend la préparation de silicate de sodium, la préparation de sol de silicate, la préparation de liquide de combustion mixte, la réaction de combustion, le recuit et la décarbonatation, le traitement de lavage et d'autres étapes. Les avantages de ce procédé sont qu'il utilise de la micropoudre de silicium cristallin naturel ou de la micropoudre de silicium fondu comme matières premières, qui sont faciles à obtenir ; le procédé est simple, aucun équipement spécial n'est requis, l'opération est pratique, facile à contrôler et le coût de production est faible ; les matériaux utilisés dans le processus de production ne contiennent que des ions sodium et des ions nitrate qui sont très solubles dans l'eau, et aucun autre ion impureté n'est introduit, ce qui est propice à la préparation de micropoudre de silicium de haute pureté. À l'heure actuelle, cette méthode n'en est qu'au stade du laboratoire et ne peut pas être bien produite en série.
10 Méthode en phase gazeuse
La méthode en phase gazeuse consiste à distiller un halogénure de silicium dans une tour de distillation et, après gazéification à haute température, à l'hydrolyser avec une certaine proportion d'hydrogène et d'oxygène au moyen d'une pression à haute température. Le produit est capturé par un collecteur à cyclone pour obtenir des nanoparticules en phase gazeuse. Les particules de silice préparées par cette méthode sont d'une grande pureté et le processus de réaction est contrôlable, mais le coût est élevé et les sous-produits organiques produits au cours du processus sont difficiles à gérer.
11 Méthode de précipitation
En utilisant du verre soluble, un acidifiant, etc. comme matières premières, en ajoutant une quantité appropriée de tensioactif, il convient de prêter attention au contrôle de la température dans l'ensemble du processus de préparation. Si la valeur du pH dépasse 8, un stabilisant doit être ajouté et une micropoudre de silicium sphérique est formée après lavage, séchage et calcination. La micropoudre de silicium sphérique préparée par cette méthode a une granulométrie très uniforme, un faible coût, un flux de processus simple et est facile à contrôler. Elle peut être utilisée dans la production industrielle, mais le défaut est qu'une agglomération peut se produire.
12 Méthode de synthèse hydrothermale
La méthode de synthèse hydrothermale est largement utilisée dans la préparation de nanoparticules en phase liquide. En général, les composés inorganiques et organiques sont combinés avec de l'eau dans des conditions de température et de pression élevées de 150 ℃ à 350 ℃, et les ions, molécules, amas d'ions, etc. sont autorisés à pénétrer dans la zone de croissance avec des cristaux de germination par forte convection, et finalement une solution sursaturée et des cristaux sont obtenus. La filtration, le lavage et le séchage des substances inorganiques peuvent former des microparticules ultrafines et de haute pureté. L'utilisation de la méthode de synthèse hydrothermale pour préparer la micropoudre de silicium sphérique élimine le processus de conversion en oxydes requis par les méthodes générales de synthèse en phase liquide, ce qui réduit la probabilité d'agglomération dure.
13 Méthode sol-gel
La méthode sol-gel consiste à mélanger uniformément les matières premières avec la phase liquide, à les hydrolyser dans certaines conditions, à former un sol par condensation chimique et à former un gel de silice avec une structure en réseau tridimensionnel après un certain temps. Après filtration, lavage, séchage et frittage, on obtient des particules de nano-dioxyde de silicium ou de nano-quartz.
14 Méthode de la microémulsion
La microémulsion est une méthode dans laquelle deux phases incompatibles forment une émulsion uniforme sous l'action d'un tensioactif. Cette méthode utilise le minuscule espace entre les deux phases pour former des noyaux sous le guidage d'une source de silicium et obtient des particules sphériques de silice ou de quartz après traitement thermique. En raison de l'espace limité pour la nucléation et la croissance, les particules de silice générées par cette méthode sont de petite taille et ne s'agglomérent pas facilement.