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. Dipende se si verifica 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. 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, ci sono 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. Ciò può 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 e l'umidità interna migra verso l'esterno. Le particelle di materia prima si agglomerano. Dopo l'essiccazione, le persone possono ottenere il prodotto desiderato.
03 Metodo di sferoidizzazione a fiamma
A 1600-2000℃, i bordi sulla superficie della polvere si scioglieranno gradualmente. Si forma una sfera sotto l'azione della tensione superficiale. La normale polvere di quarzo viene utilizzata come materia prima, la micropolvere sferica di silicio viene preparata con il metodo della fiamma ossigeno-acetilene. Ciò 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, frantumiamo, setacciamo, purifichiamo ed eseguiamo altri pretrattamenti. Un frantoio a flusso d'aria frantuma la micropolvere di silicio angolare. Dopo un pretrattamento multistadio, la setacciamo fino a ottenere una dimensione di particelle adatta. Utilizziamo acetilene, gas naturale e altri gas come fonte di calore per fondere la polvere e la fiamma rimane pulita e priva di inquinamento. Una fiamma ad alta temperatura fonde istantaneamente la micropolvere di silicio angolare di dimensione di particelle adatta e la raffreddiamo rapidamente per sferoidizzarla. Otteniamo una micropolvere di silicio sferica di elevata purezza e di dimensioni di particelle uniformi.
05 Metodo al plasma
Il metodo al plasma sfrutta l'alta temperatura generata dal plasma ad arco. Fonde la polvere di biossido di silicio o la polvere di quarzo in goccioline. Vengono sferoidizzate 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%. Alcune aziende manifatturiere 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. Il vantaggio di questo metodo è che utilizza micropolvere di silicio cristallino naturale o micropolvere di silicio fuso come materie prime. Questo è facile da ottenere. Il processo è semplice, nessuna attrezzatura speciale, l'operazione è 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 processo di produzione utilizza materiali che contengono solo ioni sodio e ioni nitrato, che sono altamente solubili in acqua, e non introduciamo altri ioni di impurità. Questo approccio è favorevole alla preparazione di micropolvere di silicio ad alta purezza. Attualmente, questo metodo è solo in fase di laboratorio e non possiamo ancora produrlo in serie in modo efficace.
11 Metodo di precipitazione
Utilizziamo vetro solubile, acidificante e altre materie prime, aggiungendo una quantità appropriata di tensioattivo. Prestiamo molta attenzione al controllo della temperatura durante l'intero processo di preparazione. Se il valore del pH supera 8, aggiungiamo uno stabilizzatore. Dopo il lavaggio, l'asciugatura e la calcinazione, formiamo micropolvere di silicio sferica. La micropolvere di silicio sferica preparata con questo metodo ha una dimensione delle particelle molto uniforme, un costo contenuto, un flusso di processo semplice ed è facile da controllare. Possiamo utilizzarla nella produzione industriale, ma il difetto è che potrebbe agglomerarsi.
12 Metodo di sintesi idrotermale
Utilizziamo ampiamente il metodo di sintesi idrotermale per preparare nanoparticelle in fase liquida. In genere, combiniamo composti inorganici e organici con acqua in condizioni di alta temperatura e alta pressione da 150℃ a 350℃. Permettiamo a ioni, molecole, cluster di ioni, ecc., di entrare nella zona di crescita con cristalli di origine attraverso una forte convezione e, infine, otteniamo una soluzione sovrasatura e cristalli. Filtrando, lavando ed essiccando sostanze inorganiche è possibile 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, possiamo ottenere 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.