Сферический кремниевый порошок является критически важным материалом в различных отраслях промышленности, ценится за свои уникальные свойства и применение. Его производство включает в себя несколько методов, которые подразделяются на физические и химические методы, в зависимости от того, происходит ли химическое превращение в ходе процесса.
Каковы методы производства сферического кремниевого порошка?
1. Физические методы:
Эти методы не предполагают химических реакций и включают такие методы, как: механическое измельчение в шаровой мельнице, распыление, пламенная сфероидизация, плазменная обработка, высокотемпературная прокалка и сфероидизация.
2. Химические методы:
Они включают химические превращения и включают: метод газовой фазы, метод осаждения, гидротермальный синтез, золь-гель процесс, микроэмульсионный метод.
В этом руководстве рассматриваются 14 методов подготовки, которые обеспечивают точность получения желаемой сферической формы.
Процесс производства сферического кремниевого микропорошка
01 Метод механического шлифования
Механическое измельчение использует профессиональное дробильное оборудование и вспомогательное просеивающее оборудование для производства сверхтонких порошков. В зависимости от состояния материала оно делится на сухое измельчение и мокрое измельчение. Мокрое измельчение использует воду в качестве несущей среды, а частицы измельчаются путем перемешивания и измельчения для получения сверхтонких продуктов с хорошей дисперсией и однородным размером частиц.
02 Метод распыления
Распылительная сушка — это метод получения образцов путем быстрой сушки жидкого сырья через распылительную сушилку. Жидкое сырье проходит через распылитель, образуя чрезвычайно мелкие капли. Капли контактируют с горячим воздухом, внутренняя влага мигрирует наружу, частицы сырья агломерируются, и после сушки получается желаемый продукт.
03 Метод сфероидизации пламени
При нагревании порошка при высокой температуре (1600-2000℃) края и углы на поверхности порошка постепенно плавятся, и под действием поверхностного натяжения образуется сфера. В качестве сырья используется обычный кварцевый порошок, а сферический кремниевый микропорошок изготавливается методом кислородно-ацетиленового пламени, что может обеспечить его гладкую поверхность и скорость сфероидизации достигает 95%.
04 Метод пламенной плавки
Используя угловой кремниевый микропорошок в качестве сырья, его измельчают, просеивают, очищают и подвергают другим предварительным обработкам. Угловой кремниевый микропорошок измельчают с помощью воздушной дробилки, а после многоступенчатой предварительной обработки просеивают до подходящего размера частиц. В качестве источника тепла для плавления порошка используются ацетилен, природный газ и другие газы, а пламя чистое и не загрязняет окружающую среду. Угловой кремниевый микропорошок подходящего размера частиц мгновенно плавится при высокой температуре методом высокотемпературной пламенной плавки и быстро охлаждается для сфероидизации. Получается сферический кремниевый микропорошок высокой чистоты и однородного размера частиц.
05 Плазменный метод
Плазменный метод использует зону высокой температуры, создаваемую дуговая плазма момент расплавления порошка диоксида кремния или кварцевого порошка в капли, которые под действием поверхностного натяжения сфероидизируются и охлаждаются с образованием сферических частиц диоксида кремния.
06 Метод сфероидизации при высокотемпературной кальцинации
Метод сфероидизации с высокотемпературной кальцинацией относится к старению грубого отобранного порошка природной кварцевой руды в щелочных условиях и последующей фильтрации. Обезвоживание и сушка фильтрующего материала, добавление связующего для получения образца блока и его кальцинирование в высокотемпературной печи, охлаждение и последующее диспергирование посредством измельчения сфероидизации, магнитной сепарации и классификации воздушной сепарации. В конечном итоге производятся сверхтонкие сферические порошки кремния высокой чистоты. Продукт, полученный этим методом, имеет высокую скорость сфероидизации, хорошую белизну, высокую чистоту, хорошую текучесть и диспергируемость. Однако он все еще находится на лабораторной стадии.
07 Метод прямого сжигания
Так как сферический кремний, расплавленный в пламени, представляет собой сфероидизацию расплава природного минерального порошка, существуют определенные ограничения по чистоте и распределению размеров частиц. Несколько ведущих зарубежных компаний используют метод приготовления методом прямого сжигания (VMC). Он заключается в приготовлении микросфер диоксида кремния с высокой чистотой, малым размером частиц и относительно контролируемым распределением размеров частиц посредством прямой реакции порошка металлического кремния с кислородом.
08 Метод высокотемпературного распыления расплава
Метод распыления расплава при высокой температуре заключается в расплавлении кварца высокой чистоты в жидкость при температуре 2100-2500 ℃ и получении сферического кремниевого микропорошка после распыления и охлаждения. Поверхность продукта гладкая, а скорость сфероидизации и аморфизации может достигать 100%. Некоторые производители в США и Японии используют этот метод для производства сферического кремниевого микропорошка, но это строго конфиденциально для посторонних. Метод распыления расплава при высокой температуре прост в обеспечении скорости сфероидизации и аморфизации, но сложность tgdrgddddddddэтой технологии заключается в системе распыления высокотемпературных материалов, вязкой кварцевой расплавленной жидкости, регулировке размера частиц распыления и решении таких проблем, как предотвращение загрязнения и дополнительная очистка.
09 Метод самораспространяющегося низкотемпературного горения
Технологический процесс метода самораспространяющегося низкотемпературного горения включает в себя подготовку силиката натрия, подготовку силикатного золя, подготовку смешанной жидкости горения, реакцию горения, отжиг и декарбонизацию, промывочную обработку и другие этапы. Преимущества этого метода заключаются в том, что он использует в качестве сырья природный кристаллический кремниевый микропорошок или расплавленный кремниевый микропорошок, которые легко получить; процесс прост, не требуется специального оборудования, операция удобна, легко контролируется, а себестоимость производства низкая; материалы, используемые в процессе производства, содержат только ионы натрия и нитрат-ионы, которые хорошо растворимы в воде, и никакие другие примесные ионы не вводятся, что способствует получению высокочистого кремниевого микропорошка. В настоящее время этот метод находится только на лабораторной стадии и не может быть хорошо произведен в массовом порядке.
10 Газофазный метод
Газофазный метод относится к дистилляции галогенида кремния в дистилляционной башне, и после высокотемпературной газификации он гидролизуется с определенной пропорцией водорода и кислорода посредством давления при высокой температуре. Продукт улавливается циклонным коллектором для получения наночастиц газовой фазы. Частицы кремнезема, полученные этим методом, имеют высокую чистоту, и процесс реакции можно контролировать, но стоимость высока, а органические побочные продукты, получаемые в процессе, трудно поддаются обработке.
11 Метод осаждения
Используя в качестве сырья жидкое стекло, подкислитель и т. д., добавляя соответствующее количество поверхностно-активного вещества, следует уделять внимание контролю температуры на протяжении всего процесса приготовления. Если значение pH превышает 8, необходимо добавить стабилизатор, и после промывки, сушки и прокалки образуется сферический микропорошок кремния. Сферический микропорошок кремния, полученный этим методом, имеет очень однородный размер частиц, низкую стоимость, простую технологическую схему и легко контролируется. Его можно использовать в промышленном производстве, но недостатком является то, что может возникнуть агломерация.
12 Метод гидротермального синтеза
Метод гидротермального синтеза широко используется при получении наночастиц в жидкой фазе. Обычно неорганические и органические соединения смешиваются с водой в условиях высокой температуры и высокого давления 150℃ ~ 350℃, ионы, молекулы, ионные кластеры и т. д. попадают в зону роста с затравочными кристаллами посредством сильной конвекции, и в конечном итоге получаются пересыщенный раствор и кристаллы. Фильтрация, промывка и сушка неорганических веществ могут образовывать сверхтонкие и высокочистые микрочастицы. Использование метода гидротермального синтеза для получения сферического кремниевого микропорошка исключает процесс преобразования в оксиды, требуемый общими методами синтеза в жидкой фазе, что снижает вероятность жесткой агломерации.
13 Золь-гель метод
Метод золь-гель заключается в равномерном смешивании сырья с жидкой фазой, гидролизе их при определенных условиях, образовании золя путем химической конденсации и образовании силикагеля с трехмерной сетчатой структурой по истечении определенного периода времени. После фильтрации, промывки, сушки и спекания получаются частицы нанодиоксида кремния или нанокварца.
14 Метод микроэмульсии
Микроэмульсия — это метод, при котором две несовместимые фазы образуют однородную эмульсию под действием поверхностно-активного вещества. Этот метод использует крошечное пространство между двумя фазами для формирования зародышей под руководством источника кремния и получает сферические частицы кремнезема или кварца после термической обработки. Из-за ограниченного пространства для зародышеобразования и роста частицы кремнезема, полученные этим методом, имеют небольшой размер и нелегко агломерируются.