硅微粉生产工艺及用途

硅微粉是由纯净石英粉经先进的超细研磨工艺加工而成，是用途极为广泛的无机非金属材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。 

硅微粉还是生产多晶硅的重要原料。硅微粉用无水氯化氢（HCl）与之反应在一个流化床反应器中，生成三氯氢硅（SiHCl3），SiHCl3进一步提纯后在氢气中还原沉积成多晶硅。而多晶硅则是光伏产业太阳能电池的主要原材料。近年来，全球能源的持续紧张，使大力发展太阳能成为了世界各国能源战略的重点，随着光伏产业的风起云涌，太阳能电池原材料多晶硅价格暴涨，又促使硅微粉的市场需求迅猛增长，硅微粉呈现出供不应求的局面，更使硅资源拥有者尽享惊人的暴利。 

据调查，目前国内生产硅微粉的能力约25万吨，主要是普通硅微粉，而高纯超细硅微粉大量依靠进口。初步预测2005年我国对超细硅微粉的需求量将达6万吨以上。其中，橡胶行业是最大的用户，涂料行业是重要有巨大潜力的应用领域，电子塑封料、硅基板材料和电子电器浇注料对高纯超细硅微粉原料全部依靠进口，仅普通球形硅微粉的价格2—3万元/吨，而高纯超细硅微粉的价格则高达几十万元/吨以上。 

硅微粉是由纯净石英粉经先进的超细研磨工艺加工而成，是用途极为广泛的无机非金属材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。 硅微粉还是生产多晶硅的重要原料。硅微粉用无水氯化氢（HCl）与之反应在一个流化床反应器中，生成三氯氢硅（SiHCl3），SiHCl3进一步提纯后在氢气中还原沉积成多晶硅。而多晶硅则是光伏产业太阳能电池的主要原材料。近年来，全球能源的持续紧张，使大力发展太阳能成为了世界各国能源战略的重点，随着光伏产业的风起云涌，太阳能电池原材料多晶硅价格暴涨，又促使硅微粉的市场需求迅猛增长，硅微粉呈现出供不应求的局面，更使硅资源拥有者尽享惊人的暴利。 据调查，目前国内生产硅微粉的能力约50万吨，主要是普通硅微粉，而高纯超细硅微粉大量依靠进口。初步预测2008年我国对超细硅微粉的需求量将达10万吨以上。其中，橡胶行业是最大的用户，涂料行业是重要有巨大潜力的应用领域，电子塑封料、硅基板材料和电子电器浇注料对高纯超细硅微粉原料全部依靠进口，仅普通球形硅微粉的价格2—3万元/吨，而高纯超细硅微粉的价格则高达几十万元/吨以上。

  超细硅微粉具有粒度小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特点。以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸、日化等诸多领域得到广泛应用，并为其相关工业领域的发展提供了新材料的基础和技术保证，享有“工业味精”“材料科学的原点”之美誉。自问世以来，已成为当今时间材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一，发达国家已经把高性能、高附加植的精细无机材料作为本世纪新材料的重点加以发展。

近年来，计算机市场、网络信息技术市场发展迅猛，CPU集程度愈来愈大，运算速度越来越快，家庭电脑和上网用户越来越多，对计算机技术和网络技术的要求也越来越高，作为技术依托的微电子工业也获得了飞速的发展，PⅢ 、PⅣ 处理器，宽带大容量传输网络，都离不开大规模、超大规模集成电路的硬件支持。

    随着微电子工业的迅猛发展，大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求也越来越高，不仅要求对其超细，而且要求其有高纯度、低放射性元素含量，特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。高纯超细熔融球形石英粉（简称球形硅微粉）由于其有高介电、高耐热、高耐湿、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能，在大规模、超大规模集成电路的基板和封装料中，成了不可缺少的优质材料。

    为什么要球形化？首先，球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，树脂添加量小，并且流动性最好，粉的填充量可达到最高，重量比可达90.5%，因此，球形化意味着硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其热膨胀系数就越小，导热系数也越低，就越接近单晶硅的热膨胀系数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。其次，球形化制成的塑封料应力集中最小，强度最高，当角形粉的塑封料应力集中为1时，球形粉的应力仅为0.6，因此，球形粉塑封料封装集成电路芯片时，成品率高，并且运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。其三，球形粉摩擦系数小，对模具的磨损小，使模具的使用寿命长，与角形粉的相比，可以提高模具的使用寿命达一倍，塑封料的封装模具价格很高，有的还需要进口，这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很重要。

    球形硅微粉，主要用于大规模和超大规模集成电路的封装上，根据集程度（每块集成电路标准元件的数量）确定是否球形硅微粉，当集程度为1M到4M时，已经部分使用球形粉，8M到16M集程度时，已经全部使用球形粉。250M集程度时，集成电路的线宽为0.25μm，当1G集程度时，集成电路的线宽已经小到0.18μm，目前计算机PⅣ 处理器的CPU芯片，就达到了这样的水平。这时所用的球形粉为更高档的，主要使用多晶硅的下脚料制成正硅酸乙脂与四氯化硅水解得到SiO2，也制成球形其颗粒度为 -（10～20）μm可调。这种用化学法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要贵10倍，其原因是这种粉基本没有放射性α射线污染，可做到0.02PPb以下的铀含量。当集程度大时，由于超大规模集成电路间的导线间距非常小，封装料放射性大时集成电路工作时会产生源误差，会使超大规模集成电路工作时可靠性受到影响，因而必须对放射性提出严格要求。而天然石英原料达到(0.2～0.4) PPb就为好的原料。现在国内使用的球形粉主要是天然原料制成的球形粉，并且也是进口粉。

    一般集成电路都是用光刻的方法将电路集中刻制在单晶硅片上，然后接好连接引线和管角，再用环氧塑封料封装而成。塑封料的热膨胀率与单晶硅的越接近，集成电路的工作热稳定性就越好。单晶硅的熔点为1415℃，膨胀系数为3.5PPM，熔融石英粉的为(0.3～0.5)PPM，环氧树脂的为(30～50)PPM，当熔融球形石英粉以高比例加入环氧树脂中制成塑封料时，其热膨胀系数可调到8PPM左右，加得越多就越接近单晶硅片的，也就越好。而结晶粉俗称生粉的热膨胀系数为60PPM，结晶石英的熔点为1996℃，不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉)，所以中高档集成电路中不用球形粉时，也要用熔融的角形硅微粉。这也是高档球形粉想用结晶粉整形为近球形不能成功的原因所在。80年代日本也走过这条路，效果不行，走不通；10年前，包括现在我国还有人走这条路，从以上理论证明此种方法是不行的。即高档塑封料粉不能用结晶粉取代。

    是用熔融石英（即高纯石英玻璃），还是用结晶石英，哪一种为原料生产高纯球形石英粉为好？根据试验，专家认为：这个题已经十分清楚，用天然石英SiO2，高温熔融喷射制球，可以制得完全熔融的球形石英粉。用天然结晶石英制成粉，然后分散后用等离子火焰制成的球就是熔融的球，用火焰烧粉制得的球，表面光华，体积也有收缩，更好用，日本提供的这种粉，用X射线光谱分析谱线完全是平的，也是全熔融球形石英粉，而国内电熔融的石英，如连云港的熔融石英光谱分析不定型含量为95%，谱线仍能看出有尖峰，仍有5%未熔融。由此可见，生产球形石英粉，只要纯度能达到要求，以天然结晶石英为原料最好，其生产成本最低，工艺路线更简捷

一)    硅微粉在橡胶制品中的应用 

活性硅微粉(经偶联剂处理)填充于天然橡胶、顺丁橡胶等胶料中，粉体易于分散，混炼工艺性能好，压延和压出性良，并能提高硫化胶的硫化速度，对橡胶还有增进粘性的功效，尤其是超细级硅微粉，取代部分白炭黑填于胶料中，对于提高制品的物性指标和降低生产成本均有很好作用。-2um达60-70%的硅微粉用于出口级药用氯化丁基橡胶瓶塞和用于电工绝缘胶鞋中效果甚佳。 

硅微粉在仿皮革制作中作为填充料，其制品的强度、伸长率、柔性等各项技术指标均优于轻质碳酸钙、活性碳酸钙、活性叶蜡石等无机材料作填充剂制作的产品。 

硅微粉代替精制陶土、轻质碳酸征等粉体材料应用于蓄电池胶壳，填充我量可达65%左右，且工艺性能良好。所获胶壳制品，具有外表平整光滑，硬度大，耐酸蚀，耐电压，热变形和抗冲击等物理机械性能均达到或超过JB3076-82技术指标。 

(二)    硅微粉在塑料制品中的应用 

活性硅微粉是聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等制品理想的增强剂，不仅有较大的填充量，而且抗张强度好。制成母粒，用于聚氯乙烯地板砖中，可提高产品耐磨性。 

硅微粉应用于烯烃树脂薄膜其粉体分散均匀，成膜性好，力学性能强，较用PCC做填充料生产的塑膜，阻隔红外线透过率降低10%以上，对农用棚膜应用推广极为在举国。也可用于电线电缆外包皮等领域。 

(三)    硅微粉在熔制仪器玻璃和玻纤中的应用 

由于硅微粉颗粒细小，纯度高，在制玻生产中易熔化、时间短，制品如硼硅仪器玻璃、钠征仪器玻璃、中性器皿等产品的理化性能和外观质量均达到相应标准，与此同时，生产中节能效果特别显著。 

再则，依据硅微粉具有粒度细且均匀，比表面积大的特点，用于玻纤直接拉丝新工艺，大大的提高了玻纤配合料的均化程度和加快炉内的玻化速度。拉丝的稳定性优于玻璃球拉丝工艺，且具有显著的节能和降低生产成本效果。作为节能矿物原料，硅微粉应用于陶瓷行业中，对于降低烧成温度和提高成品率等亦收到理想效果。 

(四)    硅微粉做抛光洗涤磨料效果好 

随着现代化技术的发展，对材料的表面处理亦要求更高更精，而磨我们的应用日趋广泛。硅微粉因其颗粒接近圆形，通过超细、分级制备的超微粉，再经改性处理后，是金属件良好的洗涤磨料，如在洗涤轴承中应用，光洁度可达3.0以上，优于显示器的同类产品。 

另外用于半导体行业、精密阀门、硬磁盘、磁头的抛光，汽车抛光剂，均有很好的效果 

(五)    硅微粉在涂料中的应用 

利用硅微粉特有的功能性，取代沉淀硫酸钡、滑石粉，用于调合漆、底漆、防犭漆等的配制中(加入量6-15%)不仅起到填充增容作用，而且对于提高油漆细度、流平性能、漆膜硬度，缩短涂料研磨时间和油漆的耐水、防锈、防腐性能及颜料的分散性、漆的储存稳定性等效果均为显著。再则，由硅微粉、水、表面活性剂和水按一定比例配置的熔膜涂料，由于其粘度低，无充挂现象使用方便等特点，成为精密铸中的优质涂料。 

用于橱柜饰面，具有优异的装饰效果和耐腐蚀性。 

(六)    硅微粉在电器绝缘封装材料中的应用 

电工级硅微粉是一种活性硅微粉，用作电器产品环氧树脂绝缘封填料，不仅可大幅度增加填充量而更重要的是对于降低混合料体系的粘度，改善加工性能，提高混合料对高压电器线圈的渗透性，降低固化物的膨胀系数和固化过程中的收缩率，养活混合料与线圈之间的热张差，提高固化物的热、电、机械性能诸方面起到有益作用。 

   至于硅微粉的行业前景，我们从以下几个方面展望一下： 市场空间 国际方面，目前全世界年需求硅微粉10万吨左右。日本是当今世界生产环氧塑封料产量最大的国家，年需求硅微粉3万吨，全部依靠进口；美国年需求硅微粉2万吨；韩国年需求硅微粉1万吨以上。 国内方面，据有关部门统计，高纯300目—1000目普通硅微粉和超细结晶硅微粉每年国内外用量保持在20%—35%的增长幅度，随着应用范围的扩大需求量增长将会不断加大。 2001年我国熔融类总用量1.8万吨，其中1.2万吨进口，2004年总用量7.8万吨，其中进口4.8万吨，预计今年总用量将突破10万吨，上半年已进口达2.5万吨。高科技领域硅微粉的年需求量为2万吨以上。� 据推测，国内对熔融型硅微粉的需求量，2010年可达到15-30万吨；在电子产品方面，对结晶型硅微粉的需求，预计年需求量将超过70万吨；在熔融石英陶瓷方面，国内对硅微粉的年需求量将达3万吨，市场前景广阔。 据了解，我国硅微粉高档产品主要依靠进口。随着中国加入了WTO市场，以及中国IT产业的迅猛发展，电子封装这一产业将逐渐移向中国。专家预言：新的世纪中国将成为世界的封装大国，高纯超细硅微粉等下游产品的市场也将随之扩大。 利润空间 虽同是硅微粉产品，但价格却相差十万八千里，如普通300目硅微粉只有600元/吨，而8000目—10000目的超细高纯电子类适用微粉价格却高达100000元/吨，如果再升级至纳米级熔融微细粉吨价更高达200000元/吨以上。 产品上行发展空间 我国有关单位又成功地研发出电子级高纯超细硅微粉。这是一种市场前景诱人的电子材料产品。高纯超细硅微粉是大规模集成电路基板和电子封装材料的主要原料，它与环氧树脂结合可完成芯片或元器件的粘接封固。超细硅微粉在环氧树脂中的掺入比例决定了基板的热膨胀系数。硅微粉所占比例越高，基板的热膨胀系数越小，即越接近硅片的热膨胀系数，从而可避免不均匀膨胀造成的对微米线路的破坏。因此，对硅微粉的纯度、细度和粒度分布均有严格的要求。 企业实例 以上分析可以看出，硅微粉有着诱人的市场前景和广阔的发展空间。随着高新技术的发展，对硅微粉材料的要求越来越高，企业完全可以根据市场的需要，比较少的投入，随时调整产品结构，开发深加工产品，以提高企业的竞争力。但这些都要有一个必不可少的前提---科技创新。只有依靠科技开发出高新产品，才能使市场空间不断拓展并形成良性循环。

参考资料：

http://www.qjy168.com/forum/d_274201.html?top=1

常用硅微粉加工设备：网址：http://huajianjixie.qjy168.com 

            http://www.huijianjixie.cn

1、按性能分：

2、硅微粉简介

3、硅微粉分类

4、按生产工艺分为：

硅微粉产品最适合使用于绝大部分材料，包括水性/油性涂料、油墨、油漆、塑料、橡胶、陶瓷、电子及粘接剂等产品。

产品具有载体、成核剂、高遮盖力及助分散的多重功能。该产品同时具有白度高、硬度较大、超细及粒均等特点，与树脂及橡胶等相容性好，在不影响材料性能的前提下，提高材料整体功能，例如硬度、耐候、耐黄变、耐酸碱等性能

硅微粉是由天然石英或熔融石英经破碎、球磨、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。
分类：
①按级别划分
硅微粉可分为：普通硅微粉、电工级硅微粉、电子级硅微粉、熔融硅微粉、超细硅微粉、“球形”硅微粉。
②用途划分
硅微粉可划分为：油漆涂料用硅微粉、环氧地坪用硅微粉、橡胶用硅微粉、密封胶用硅微粉、.电子级和电工级塑封料用硅微粉、精密陶瓷用硅微粉
③生产工艺划分
可以分为：结晶硅微粉熔融硅微粉方石英硅微粉活性硅微粉。

硅微粉的生产方法主要有：
①三氯氢硅法将干燥的硅粉加入合成炉中，与通入的干燥氯化氢气体在280～330℃有氯化亚铜催化剂存在下进行氯化反应，反应气体经旋风分离除去杂质，再用氯化钙冷冻盐水将气态三氯氢硅冷凝成液体，经粗馏塔蒸馏和冷凝，除去高沸物和低沸物，再经精馏塔蒸馏和冷凝，得到精制三氯氢硅液体。纯度达到7个“9”以上、杂质含量小于1×10-7，硼要求在0.5×10-9以下。提纯后的三氯氢硅送入不锈钢制的还原炉内，用超纯氢气作还原剂，在1050～1100℃还原成硅，并以硅芯棒为载体，沉积而得多晶硅成品。
②用SiO2含量大约为95%的硅石和灰分少的焦炭混合，加热到1900℃左右进行还原。此方法制得的硅纯度为97%～98%，被称作金属硅。再将金属硅融化后进行重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7%～99.8%的金属硅。如要将它做成半导体用硅，还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式，再经蒸馏、分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度的硅，则需要进行进一步的提纯处理。
③用SiO2含量大约为95%的硅石和灰分少的焦炭混合，用1000～3000kVA开式电弧炉，加热到1900℃左右进行还原。

用途：
①广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。
②硅微粉还是生产多晶硅的重要原料。