中國粉體網訊 硅微粉（SiO2）是一種無味、無毒、無污染的無機非金屬材料。近年來球形硅微粉成為了國內粉體研究中的一個熱點內容。球形硅微粉在大規(guī)模集成電路封裝、航工航天、涂料、醫(yī)藥及日用化妝品等領域應用較多，是一種不可替代的重要填料。
圖片來源：聯(lián)瑞新材
1 球形硅微粉特性
球形硅微粉為白色粉末，純度比較高，顆粒很細，具有良好的介電性能與導熱率，并具備膨脹系數(shù)低、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應力、低雜質、低摩擦系數(shù)等優(yōu)點。與角形硅微粉相比，球形硅微粉具有以下優(yōu)點。
(1)球的表面流動性好，與樹脂攪拌成膜均勻，使得樹脂的添加量小，硅微粉的填充量達到最高，因此球形化意味著硅微粉填充率的增加，而硅微粉的填充率越高，其熱膨脹系數(shù)就越小，導熱系數(shù)也越低，也就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù)，由此生產的電子元器件的使用性能也越好。
(2)與角形硅微粉制成的塑封料相比，球形的塑封料應力集中最小、強度最高，當角形粉的塑封料應力集中為1時，球形粉的應力僅為0.6。由此制成的微電子器件成品率高，便于運輸、安裝，并且在使用過程中不易產生機械損傷。
(3)相比于角形硅微粉，球形粉摩擦系數(shù)小，對模具的磨損小，使得模具的使用壽命可提高一倍。
2 球形硅微粉發(fā)展現(xiàn)狀
世界上只有中國、美國、德國、日本等少數(shù)國家具備硅微粉生產能力。我們國家盛產石英并且礦源分布廣泛，全國范圍內的大小硅微粉廠近百家，但基本上都屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。由于國內大部分生產企業(yè)規(guī)模小、品種單一，采用非礦工業(yè)的常規(guī)加工設備，在工藝過程中缺乏系統(tǒng)的控制手段，很多企業(yè)硅微粉產品的純度、粒度以及產品質量穩(wěn)定性差，難以與進口產品抗衡。
目前，高端的球形硅微粉生產企業(yè)主要有：日本龍森公司、電化株式會社、日本新日鐵公司、日本雅都瑪公司等，國內企業(yè)包括聯(lián)瑞新材和浙江華飛電子基材有限公司。電化株式會社、日本龍森公司和日本新日鐵公司三家企業(yè)合計占據(jù)了全球球形硅微粉70%的市場份額，日本雅都瑪公司則壟斷了1微米以下的球形硅微粉市場。
3 球形硅微粉制備方法
目前國內外制備球形硅微粉的方法有物理法和化學法。物理法主要有火焰成球法、高溫熔融噴射法、自蔓延低溫燃燒法、等離子體法、和高溫煅燒球形化等；化學方法主要有氣相法、水熱合成法、溶膠-凝膠法、沉淀法、微乳液法等。
3.1火焰成球法
火焰成球法的工藝流程為：首先對高純石英砂進行粉碎、篩分和提純等前處理，然后將石英微粉送入燃氣-氧氣產生的高溫場中，進行高溫熔融、冷卻成球，最終形成高純度球形硅微粉。
火焰成球法生產工藝更加簡單，有利于進行大規(guī)模工業(yè)生產，發(fā)展前景較好。通過火焰成球法制備的球形硅微粉可以符合集成電路封裝需求。
3.2高溫熔融噴射法
高溫熔融噴射法是將高純度石英在2100-2500℃下熔融為石英液體，經過噴霧、冷卻后得到的球形硅微粉，其表面光滑，球形化率和非晶形率均可達到100％。高溫熔融噴射法易保證球化率和無定形率，但該技術的難度是高溫材料，粘稠的石英熔融液體的霧化系統(tǒng)以及解決防止污染和進一步提純的問題。
3.3氣相法
氣相法是以硅鹵烷作為原料，在高溫條件下水解制備得到超細球形二氧化硅微粉。經水解反應的二氧化硅分子互相凝集形成球形顆粒，這些顆�；ハ嗯鲎踩诤闲纬删奂w，這些聚集體便凝聚形成球形粉體。
該方法制備的產品中HCl等雜質含量高，pH低，不能作為主材料應用于電子產品中，只能少量加入，調整黏度、增加強度等功能，另外原料昂貴，設備要求較高，技術較復雜。
3.4化學沉淀法
沉淀法制備硅微粉是以水玻璃和酸化劑為原料，適時加入表面活性劑，控制反應溫度，在沉淀溶液pH值為8時加入穩(wěn)定劑，所得沉淀經洗滌、干燥、煅燒后形成硅微粉。沉淀法生成的硅微粉粒徑均勻且成本低，工藝易控制，有利于工業(yè)化生產，但存在一定的團聚現(xiàn)象。
3.5水熱合成法
水熱合成法是液相制備納米粒子的一種常用方法,一般在100-350℃溫度和高氣壓環(huán)境下，使無機和有機化合物與水化合，利用強烈對流(釜內上下部分的溫度差而在釜內溶液產生)將這些離子、分子或離子團被輸運到放有籽晶的生長區(qū)(即低溫區(qū))形成過飽和溶液,繼而結晶。得到的無機物再經過濾、洗滌和干燥，最終得到高純、超細的微粒子。
水熱法的可直接生成氧化物，避免了一般液相合成法需要經過鍛燒轉化成氧化物這一步驟，從而降低了硬團聚的形成幾率。
4 球形硅微粉應用領域
4.1電子與電器行業(yè)
電子器件通常采用環(huán)氧塑封料（EMC）進行封裝，而硅微粉作為常規(guī)用途的優(yōu)良填充料，可以使環(huán)氧塑封料獲得高性價比。球形硅微粉則因其高填充、高流動、低磨損、低應力的特性大量用于高端半導體器件封裝。特別是精確控制粗大粒子的球形硅微粉，還可用于窄間隙封裝的環(huán)氧塑封料，以及底部填充劑（Underfiller）、球形封裝(Globetop)等液體封裝樹脂的填充料和各種樹脂基板(Substrate)用填料。
電子與電器產品中的電源等組件常采用環(huán)氧或有機硅的電子灌封膠進行固封。結晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉可以根據(jù)熱膨脹系數(shù)、導熱性、粘度、成本等多方面的考量進行選用作為灌封膠填料。
4.3蜂窩陶瓷
汽車尾氣凈化用蜂窩陶瓷載體和柴油發(fā)動機尾氣凈化用堇青石材料的汽車尾氣過濾器DPF(Diesel Particulate Filter)，以氧化鋁、硅微粉等多種材料經混合、擠出成型、干燥、燒結等加工制得。球形硅微粉可以提高蜂窩陶瓷制品成型率、穩(wěn)定性。
4.4油漆與涂料
球形硅微粉可以為涂料應用在耐刮擦、流平性、透明度、耐候性等方面帶來優(yōu)異的性能表現(xiàn)，其中包括裝飾漆、木器漆、粉末涂料、防腐涂料、地坪涂料等。
4.5膠黏劑
球形硅微粉可以用于風電葉片及類似大型復合材料結構件的粘接用膠、建筑結構膠等膠黏劑領域，使得膠黏劑具有適當?shù)恼扯取?yōu)異的觸變性和抗流掛性，粘接強度高、抗疲勞。
4.6尖端應用領域
亞微米球形硅微粉非常適合降低各種樹脂和油漆的粘度，以及改善流動性，減少毛邊等用途，廣泛適用于半導體封裝用各種樹脂的流動性助長以及毛邊減少的添加劑、炭粉外添劑、硅橡膠填充料、燒結材料和助劑、液體封裝材料用填料、各種樹脂填料、樹脂基板、窄間隙用途。
參考來源：
【1】李勇，等.球形硅微粉制備方法與應用研究.
【2】李曉東，等.亞微米球形硅微粉的制備技術研究進展.新技術新工藝.2020.
【3】江蘇聯(lián)瑞新材料股份有限公司
【4】李建德，等.X射線衍射法分析球形二氧化硅微粉中α態(tài)晶體二氧化硅含量.廣東化工.2021.
【5】阮建軍. 球形硅微粉的研究進展.科技視界.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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