中國粉體網(wǎng)訊 高純二氧化硅是一種性能較好的硅材料，具有良好的物理性質(zhì)，例如抗劃傷、耐高溫、耐腐蝕等，主要應(yīng)用在高科技領(lǐng)域，用來制備石英玻璃、集成電路板、光纖通訊、多晶硅以及光學(xué)儀器等。近些年來，由于高純二氧化硅在電子封裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用極大地提升了其市場價(jià)值，當(dāng)純度達(dá)到6N(99.9999%)時(shí)其售價(jià)可達(dá)到數(shù)萬美金一噸。
“高純二氧化硅”通常是指二氧化硅中含有的金屬雜質(zhì)總量小于10×10-6，單個(gè)非金屬雜質(zhì)含量小于10×10-6。當(dāng)應(yīng)用于電子領(lǐng)域時(shí)，還要求高純二氧化硅中的放射性元素U和Th各小于1.0×10-9，有的甚至要求U和Th各小于0.1×10-9。
高純二氧化硅大體上分為兩類：天然的和合成的。天然的二氧化硅是由石英、硅石等通過精制而得，但其中的放射性元素U和Th只能降至1.0×10-9左右，難以滿足電子材料的要求。而合成高純二氧化硅可由硅的鹵化物、硅醇或硅酸鈉制得，其質(zhì)量可以滿足電子領(lǐng)域的要求。合成高純二氧化硅的方法有以下三種。
1氣相法
該工藝的主要原料包括四氯化硅和甲基三氯硅烷。利用硅烷與氫氣氧氣混合后，高溫條件下發(fā)生水解生成無定型的SiO2，溫度需要達(dá)到1200~1600℃，然后通過驟然降溫、旋風(fēng)分離等氣固分離得到產(chǎn)品。反應(yīng)原理用反應(yīng)式表示為：
工藝流程圖如下：
氣相法SiO2生產(chǎn)流程
工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡單；由于過程中需要高溫環(huán)境，所以對設(shè)備要求高；制備的SiO2產(chǎn)品品質(zhì)好，生產(chǎn)成本較高。
2沉淀法
目前國內(nèi)SiO2需求量的70%是通過沉淀法制備的。沉淀法的主要原料是水玻璃，即硅酸鈉。沉淀法生產(chǎn)SiO2的原理是使硅酸鈉與空氣中的二氧化碳或酸溶液反應(yīng)生成偏硅酸沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒后得到SiO2。反應(yīng)方程式如下：
工藝特點(diǎn)：該生產(chǎn)工藝操作簡單，條件易控制，生產(chǎn)成本低，但是產(chǎn)品性能不高，純度低，容易發(fā)生團(tuán)聚，粒徑大。
3溶膠—凝膠法
溶膠凝膠法制備SiO2的原理是利用金屬鹽的水解，水解過程中會(huì)產(chǎn)生凝膠，過濾并對凝膠中的有機(jī)溶劑進(jìn)行洗滌，干燥后得到產(chǎn)品SiO2。工藝過程原理用下面的方程式表示：
工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡單，對設(shè)備的要求低，生產(chǎn)過程中除了原料有機(jī)溶劑沒有添加其他物質(zhì)，所以制備出的SiO2是純凈的，雜質(zhì)含量較少。但是，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中可變因素較多，不能達(dá)到準(zhǔn)確控制，目前只停留在實(shí)驗(yàn)室小試階段。
2019年10月30日-31日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2019全國石英大會(huì)”將在江蘇徐州舉行，屆時(shí)來自武漢工程大學(xué)的姜興茂教授將帶來《高純晶體二氧化硅的人工合成》的精彩報(bào)告，介紹更多關(guān)于高純二氧化硅的關(guān)鍵技術(shù)的探討，敬請期待！
姜興茂個(gè)人簡介
姜興茂，男，新墨西哥大學(xué)化學(xué)工程博士，國家特聘專家，江蘇省雙創(chuàng)人才。現(xiàn)為武漢工程大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，美國Lovelace呼吸研究所客座科學(xué)家。在美國期間，曾完成美國能源部、美國空軍、美國自然科學(xué)基金、美國國立衛(wèi)生研究院等重大研究項(xiàng)目�；貒詠硐群笾鞒只騾⑴c國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目三項(xiàng)。發(fā)表SCI論文60多篇，引用超過2000次。2011年獲美國新墨西哥大學(xué)創(chuàng)造發(fā)明獎(jiǎng)。出版英文學(xué)術(shù)專著1部。已申請或授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利60多項(xiàng)，其中，已授權(quán)美國發(fā)明專利10項(xiàng)。2016年獲中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)、江蘇省優(yōu)秀企業(yè)家。
參考來源：
盧芳儀.高純二氧化硅的研制
張琪.氨化法制備高純二氧化硅及高純石英的過程研究
徐偉.以天然硅藻土為原料的高純二氧化硅制備以及純度表征
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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