结晶硅微粉的制备及应用

客服主管发布于2016-06-28 09:49:07

来自：安米微纳团队

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1.结晶石英粉的制备及性能

结晶态的二氧化硅矿物有石英砂、脉石英、粉石英。结晶石英粉一般采用纯度较高的结晶型石英砂,破碎至适当粒度后,采用干法、湿法工艺研磨,然后通过旋风分级、沉降及水力旋流器等方法分离出粒度合格的石英粉,经过磁选、酸洗、浮选等一系列步骤进行提纯,得到结晶石英粉。这种石英粉,其颗粒形状为不规则的多面体,为角形石英粉。

国内一般采用气流粉碎机制备超细石英粉,其原理是利用高速气流的能量冲击物料,使之互相碰撞、摩擦,从而使聚集体粉碎,这种方法可获得粒径在1~5μm之间的石英粉。蒋述兴以氧化锆球为研磨介质,用衬聚氨酯搅拌磨磨细石英砂并经过沉降分级,可获得SiO2质量分数为99.91%、粒径为1μm以下的高纯超细结晶石英粉。

结晶石英粉的性能：

除了细度,石英粉的球形化对其性能的影响也较大。球形石英粉由于其颗粒呈球形而具有很好的流动性。在流动性不变的情况下,可以提高石英粉的填充量,填充率越高,复合材料的热膨胀系数就越小,导热系数就越高。而且用球形石英粉填充的塑封料应力集中较小,强度较高,当角形石英粉的塑封料应力集中为1时,球形石英粉的应力仅为0.6。此外,在塑封料的生产过程中,球形石英粉较角形石英粉摩擦系数小,对模具的磨损慢,可以将模具的使用寿命延长一倍。

Durney等人的研究表明在干磨作用条件下,粉粒间相互磨搓作用较湿磨大,有利于得到圆整度好的球形粒子。此外,对同一物料、同一加工条件下,颗粒粒度越小,其颗粒的球形度越好。尽管如此,单纯机械整形法和干磨法效果并不理想。结晶石英粉的主要化学成分是SiO2,含量达99.4%以上,还含有微量的Fe2O3和Al2O3。

由于石英粉纯度高,因此电导率较低,为5~30μS/cm,使聚合物具有较好的绝缘性能和抗电弧性能。此外,结晶石英粉的熔点为1710℃,具有高热稳定性、高导热率(5~12.6W/mK)和低热膨胀系数(9×10-6/℃),能有效提高聚合物的导热性,并降低热膨胀系数,从而消除内应力,提高聚合物机械性能。通常,为改善石英粉和聚合物的界面结合状态,需对石英粉进行表面改性。其方法为:首先在100℃~200℃下预热干燥石英粉,使其脱水并提高表面活性,然后以喷雾的形式加入到含偶联剂的醇水溶液,在一定的温度、时间和搅拌速度下混合改性,最后筛分得到活性结晶石英粉。活性石英粉表面具有一层极薄而牢固的偶联剂膜,能有效提高石英粉和聚合物的粘结力,从而增加填充量、降低生产成本,并有效提高固化产物的机械性能、热老化性能、耐气候性等。

2.结晶石英粉的应用

由于结晶石英粉性能优异,在聚合物中应用领域广泛,可以作为填料或辅料,用于环氧树脂、硅橡胶、橡胶、防腐涂料、环氧粉末涂料、耐气候耐电弧的表面覆盖漆及高级耐火材料。尤其石英粉环氧树脂,可用于大型部件浇注,电流、电压互感器,电子变压器,高压电缆接头,高压开关,绝缘套管等浇注,以及精密电子器件、集成电路块、晶体管和磁头等灌封。

石英粉可以在保证聚合物性能情况下,降低复合材料成本,同时赋予聚合物更优异的性能,如提高导热率、降低热膨胀系数、优良电绝缘性等。随着电子、太阳能工业等对封装材料的要求逐渐提高,高绝缘高导热封装材料将具有很大的发展前景。在聚合物中添加高体积含量超细、改性结晶石英粉,提高聚合物的导热性能,并进一步使其实现功能化、绿色化和低成本化,将是今后值得进一步研究和探讨的课题。