La polvere di silicio sferica è un materiale critico in vari settori, apprezzato per le sue proprietà e applicazioni uniche. La sua produzione coinvolge molteplici tecniche categorizzate in metodi fisici e metodi chimici, a seconda che si verifichi una trasformazione chimica durante il processo.
Quali sono i metodi per produrre polvere di silicio sferica?
1. Metodi fisici:
Questi metodi non comportano reazioni chimiche e includono tecniche quali: macinazione meccanica a sfere, spruzzatura, sferoidizzazione a fiamma, trattamento al plasma, sferoidizzazione mediante calcinazione ad alta temperatura.
2. Metodi chimici:
Questi implicano trasformazioni chimiche e includono: metodo in fase gassosa, metodo di precipitazione, sintesi idrotermale, processo sol-gel, metodo della microemulsione.
Questa guida esplora 14 metodi di preparazione che garantiscono la precisione nel raggiungimento della forma sferica desiderata.
Processo di produzione di micropolveri di silicio sferiche
01 Metodo di macinazione meccanica
La macinazione meccanica utilizza attrezzature di frantumazione professionali e attrezzature di setacciatura ausiliarie per produrre polveri ultrafini. In base allo stato del materiale, si divide in macinazione a secco e macinazione a umido. La macinazione a umido utilizza l'acqua come mezzo di trasporto e le particelle vengono macinate mediante agitazione e macinazione per produrre prodotti ultrafini con buona dispersione e granulometria uniforme.
02 Metodo a spruzzo
L'essiccazione a spruzzo è un metodo per ottenere campioni mediante essiccazione rapida di materie prime liquide tramite un essiccatore a spruzzo. Le materie prime liquide passano attraverso un atomizzatore per formare goccioline estremamente fini. Le goccioline entrano in contatto con aria calda, l'umidità interna migra verso l'esterno, le particelle di materia prima si agglomerano e il prodotto desiderato viene ottenuto dopo l'essiccazione.
03 Metodo di sferoidizzazione a fiamma
Quando la polvere viene riscaldata ad alta temperatura (1600-2000℃), i bordi e gli angoli sulla superficie della polvere si sciolgono gradualmente e si forma una sfera sotto l'azione della tensione superficiale. La normale polvere di quarzo viene utilizzata come materia prima e la micropolvere sferica di silicio viene preparata con il metodo della fiamma ossigeno-acetilene, che può garantire che la sua superficie sia liscia e che il tasso di sferoidizzazione raggiunga 95%.
04 Metodo di fusione a fiamma
Utilizzando la micropolvere di silicio angolare come materia prima, viene frantumata, setacciata, purificata e altri pretrattamenti. La micropolvere di silicio angolare viene frantumata da un frantoio a flusso d'aria e, dopo un pretrattamento multistadio, viene setacciata fino a ottenere una dimensione delle particelle adatta. Acetilene, gas naturale e altri gas vengono utilizzati come fonte di calore per la fusione della polvere e la fiamma è pulita e priva di inquinamento. La micropolvere di silicio angolare di dimensione delle particelle adatta viene fusa ad alta temperatura istantaneamente mediante il metodo di fusione a fiamma ad alta temperatura e rapidamente raffreddata per sferoidizzare. Si ottiene una micropolvere di silicio sferica di dimensioni delle particelle uniformi e ad alta purezza.
05 Metodo al plasma
Il metodo al plasma utilizza la zona ad alta temperatura generata dal plasma ad arco momento di fondere la polvere di biossido di silicio o la polvere di quarzo in goccioline, che vengono sferoidale sotto l'azione della tensione superficiale e raffreddate per formare particelle sferiche di biossido di silicio.
06 Metodo di sferoidizzazione mediante calcinazione ad alta temperatura
Il metodo di sferoidizzazione mediante calcinazione ad alta temperatura si riferisce all'invecchiamento della polvere di minerale di quarzo naturale selezionato grezzo in condizioni alcaline e quindi alla filtrazione. Disidratazione ed essiccazione del materiale filtrante, aggiunta di un legante per ottenere un campione a blocchi e calcinazione in un forno ad alta temperatura, raffreddamento e quindi dispersione, tramite macinazione sferoidizzata, separazione magnetica e classificazione della separazione dell'aria. Infine vengono prodotte polveri di silicio sferiche ultrafini ad alta purezza. Il prodotto ottenuto con questo metodo ha un elevato tasso di sferoidizzazione, buona bianchezza, elevata purezza, buona fluidità e disperdibilità. Tuttavia, è ancora nella fase di laboratorio.
07 Metodo di combustione diretta
Poiché il silicio sferico fuso a fiamma è una sferoidizzazione naturale della polvere minerale fusa, ci sono alcune limitazioni in termini di purezza e distribuzione delle dimensioni delle particelle. Alcune aziende straniere leader utilizzano il metodo di preparazione del metodo di combustione diretta (VMC). Si tratta di preparare microsfere di biossido di silicio con elevata purezza, piccole dimensioni delle particelle e distribuzione delle dimensioni delle particelle relativamente controllabile attraverso la reazione diretta della polvere di silicio metallico con l'ossigeno.
08 Metodo di spruzzatura a fusione ad alta temperatura
Il metodo di spruzzatura a fusione ad alta temperatura consiste nel fondere il quarzo ad alta purezza in liquido a 2100-2500 ℃ e ottenere micropolvere di silicio sferica dopo la spruzzatura e il raffreddamento. La superficie del prodotto è liscia e il tasso di sferoidizzazione e il tasso amorfo possono raggiungere 100%. Alcuni produttori negli Stati Uniti e in Giappone utilizzano questo metodo per produrre micropolvere di silicio sferica, ma è strettamente riservato all'esterno. Il metodo di spruzzatura a fusione ad alta temperatura è facile da garantire il tasso di sferoidizzazione e il tasso amorfo, ma la difficoltà di questa tecnologia è il sistema di atomizzazione di materiali ad alta temperatura, il liquido fuso di quarzo viscoso, la regolazione delle dimensioni delle particelle di atomizzazione e la risoluzione di problemi come la prevenzione dell'inquinamento e l'ulteriore purificazione.
09 Metodo di combustione a bassa temperatura autopropagante
Il flusso di processo del metodo di combustione a bassa temperatura autopropagante include la preparazione di silicato di sodio, la preparazione di sol di silicato, la preparazione di liquido di combustione misto, reazione di combustione, ricottura e decarbonizzazione, trattamento di lavaggio e altre fasi. I vantaggi di questo metodo sono che utilizza micropolvere di silicio cristallino naturale o micropolvere di silicio fuso come materie prime, che sono facili da ottenere; il processo è semplice, non sono richieste attrezzature speciali, l'operazione è comoda, facile da controllare e il costo di produzione è basso; i materiali utilizzati nel processo di produzione contengono solo ioni sodio e ioni nitrato che sono molto solubili in acqua e non vengono introdotti altri ioni di impurità, il che è favorevole alla preparazione di micropolvere di silicio ad alta purezza. Attualmente, questo metodo è solo nella fase di laboratorio e non può essere prodotto in serie.
10 Metodo in fase gassosa
Il metodo in fase gassosa si riferisce alla distillazione dell'alogenuro di silicio in una torre di distillazione e, dopo la gassificazione ad alta temperatura, viene idrolizzato con una certa proporzione di idrogeno e ossigeno mediante pressione ad alta temperatura. Il prodotto viene catturato da un collettore a ciclone per ottenere nanoparticelle in fase gassosa. Le particelle di silice preparate con questo metodo sono di elevata purezza e il processo di reazione è controllabile, ma il costo è elevato e i sottoprodotti organici prodotti nel processo sono difficili da gestire.
11 Metodo di precipitazione
Utilizzando vetro solubile, acidificante, ecc. come materie prime, aggiungendo una quantità appropriata di tensioattivo, si dovrebbe prestare attenzione al controllo della temperatura nell'intero processo di preparazione. Se il valore del pH supera 8, è necessario aggiungere uno stabilizzatore e si forma una micropolvere di silicio sferica dopo il lavaggio, l'essiccazione e la calcinazione. La micropolvere di silicio sferica preparata con questo metodo ha una dimensione delle particelle molto uniforme, un basso costo, un flusso di processo semplice ed è facile da controllare. Può essere utilizzata nella produzione industriale, ma il difetto è che potrebbe verificarsi un'agglomerazione.
12 Metodo di sintesi idrotermale
Il metodo di sintesi idrotermale è ampiamente utilizzato nella preparazione di nanoparticelle in fase liquida. In genere, i composti inorganici e organici vengono combinati con acqua in condizioni di alta temperatura e alta pressione di 150℃ ~ 350℃, e ioni, molecole, cluster di ioni, ecc. vengono lasciati entrare nella zona di crescita con cristalli di origine attraverso una forte convezione, e infine si ottengono soluzioni e cristalli sovrassaturi. Filtrando, lavando ed essiccando sostanze inorganiche si possono formare microparticelle ultrafini e ad alta purezza. L'uso del metodo di sintesi idrotermale per preparare micropolvere di silicio sferica elimina il processo di conversione in ossidi richiesto dai metodi generali di sintesi in fase liquida, il che riduce la probabilità di agglomerazione dura.
13 Metodo sol-gel
Il metodo sol-gel consiste nel mescolare uniformemente le materie prime con la fase liquida, idrolizzarle in determinate condizioni, formare un sol tramite condensazione chimica e formare un gel di silice con una struttura a rete tridimensionale dopo un periodo di tempo. Dopo filtrazione, lavaggio, essiccazione e sinterizzazione, si ottengono nano-particelle di biossido di silicio o nano-particelle di quarzo.
14 Metodo della microemulsione
La microemulsione è un metodo in cui due fasi incompatibili formano un'emulsione uniforme sotto l'azione di un tensioattivo. Questo metodo utilizza il piccolo spazio tra le due fasi per formare nuclei sotto la guida di una sorgente di silicio e ottiene particelle sferiche di silice o quarzo dopo il trattamento termico. A causa dello spazio limitato per la nucleazione e la crescita, le particelle di silice generate da questo metodo sono di piccole dimensioni e non facili da agglomerare.