CN106587083B - 一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法：包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，所述输送管道上设有加湿装置和稀释剂进风口；其备时选用纯度为99.8%以上的二氧化硅微粉为原料，通过燃烧炉进行燃烧得球形二氧化硅微粉，然后进入到输送管道中，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，最后通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集。制得的二氧化硅微粉具有低的离子含量，因此表现出填料的绝缘性更好，由其生产出的下游产品的耐热性和电性能更优秀。

Description

一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅微粉的制备方法，特别是一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法。

背景技术

球形二氧化硅微粉在半导体材料有重要用途，尤其是手机、大型服务器、集成电路对封装材料的要求越来越高，不仅要求粒度分布合理，还提出更高绝缘性的要求（也就是耐热性、电性能要求高）。为了满足现在电子行业的新要求，既要控制好产品的粒度分布，又要制备离子含量低的球形二氧化硅微粉。

现有技术：

CN 101746767 A《一种制备高纯球形纳米二氧化硅的方法》公开一种采用等离子体反应炉通过还原-氧化制备高纯球形二氧化硅的方法，这种方法采用了等离子体反应炉，这就导致此方法不易规模化生产，能耗高，连续化生产困难等缺点。

CN 104192853 A《一种球形二氧化硅的生产方法》，以水玻璃作为硅源，加入一定量的酸，干燥得到球形二氧化硅。化学法制备的球形硅微粉纯度高，但是，表面不光滑、松装密度低、吸油值高，环境不友好等缺点。

日本专利平2-217308《氧化物粉末的制造方法》，以金属硅和金属铝为原料，燃烧制备球形硅微粉的制备方法。该方法利用第二燃烧室提供的高温除去因燃烧过程中产品的NO_x。采用第二燃烧室提供的高温，需要增加设备和燃气的投入，成本明显增加。

球形二氧化硅微粉在燃烧过程中，可燃气体燃烧会产生酸性气体（如CO₂、SO₂、NO_x等），且石英粉在高温条件下因晶型发生变化，部分离子析出，导致粉体水萃取液离子含量（一般行业内，也可以采用EC表示）升高，pH降低。这些会严重影响填料的绝缘性，影响下游产品的耐热性和电性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种高纯、低成本、绝缘性能好的球形二氧化硅微粉的制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特点是：包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

（1）原料：选用纯度为99.8%以上的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC小于0.5μS/cm，Na⁺/K⁺小于0.5ppm；

（2）燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为120-250m³/h，载气和助燃剂总量的流量为300-500m³/h；

（3）除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为10-90%，稀释剂的流量为100-40000m³/h，除杂温度为110-900℃；除杂主要是将吸附在颗粒表面的Na⁺\K⁺\CO₂\SO₂除去。

（4）收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为5-10μS/cm、Na⁺为0.1-0.35ppm、K⁺为0.01-0.03ppm、平均粒径D50=0.3-3μm的球形二氧化硅微粉。

名词解释：电导率（英文简称EC）：物理学概念，指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，可以间接快速的测量溶液中离子含量。

Na⁺：在121℃放置24h，制取的水萃取液，利用原子吸收光谱仪测试Na⁺含量。

加湿装置可以采用工业加湿器，湿热空气或惰性气体等进行加湿。

本发明所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中：稀释剂为空气时，所述稀释剂进风口与鼓风机相连。

本发明所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中：稀释剂为惰性气体时，所述稀释剂进风口通过气管与惰性气体储罐相连。

本发明所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中：二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为5-25s。

本发明所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中：步骤（3）中的惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种或多种。

本发明所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中：步骤（3）中稀释剂湿度为50-90%，稀释剂的流量为10000-40000m³/h，除杂温度为200-900℃。

与现有技术相比，本发明采用燃烧、除杂技术制备出的球形二氧化硅微粉具有低的离子含量、高绝缘性的特点，而且工艺简单、生产成本低。用本发明方法生产的二氧化硅微粉其表面吸附的Na⁺\K⁺\CO₂\SO₂会被除去，从而其电导率EC降低，具有低的离子含量和pH值，因此表现出填料的绝缘性更好，由其生产出的下游产品的耐热性和电性能更优秀，大大地提高了产品在客户端的应用性能，为客户产品质量提升起到了关键作用。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

（1）原料：选用纯度为99.8%以上的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC小于0.5μS/cm，Na⁺/K⁺小于0.5ppm；

（2）燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为5s，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为120m³/h，载气和助燃剂总量的流量为300m³/h；

（3）除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为30%，稀释剂的流量为10000m³/h，除杂温度为120℃；

（4）收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为5μS/cm、Na⁺为0.3ppm、K⁺为0.01ppm、平均粒径D50=0.3-3μm的球形二氧化硅微粉。

实施例2，一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，通过引风机将粉末从燃烧炉吸出通过输送管道进入分级机进行收集。所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

（1）原料：选用纯度为99.89%的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC为0.2μS/cm，Na⁺为0.39ppm；

（2）燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为8s，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧，在高温条件下由于表面张力的作用使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为150m³/h，载气和助燃剂总量的流量为350m³/h；

（3）除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为70%，稀释剂的流量为11000m³/h，除杂温度为400℃；

（4）收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为8μS/cm、Na⁺为0.3ppm、K⁺为0.03ppm、平均粒径D50：1.53μm的球形二氧化硅微粉。

实施例3，一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，通过引风机将粉末从燃烧炉吸出通过输送管道进入分级机进行收集。所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

（1）原料：选用纯度为99.89%的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC为0.2μS/cm，Na⁺为0.39ppm；

（2）燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为6s，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧，在高温条件下由于表面张力的作用使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为200m³/h，载气和助燃剂总量的流量为420m³/h；

（3）除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为70%，稀释剂的流量为19000m³/h，除杂温度为300℃；

（4）收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为5μS/cm、Na⁺为0.12ppm、K⁺为0.01ppm、平均粒径D50：1.51μm的球形二氧化硅微粉。

实施例4，一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，通过引风机将粉末从燃烧炉吸出通过输送管道进入分级机进行收集。所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

（1）原料：选用纯度为99.89%的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC为0.2μS/cm，Na⁺为0.39ppm；

（2）燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为10s，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧，在高温条件下由于表面张力的作用使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为250m³/h，载气和助燃剂总量的流量为500m³/h；

（3）除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为60%，稀释剂的流量为21000m³/h，除杂温度为200℃；

（4）收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为10μS/cm、Na⁺为0.32ppm、K⁺为0.03ppm、平均粒径D50：1.50μm的球形二氧化硅微粉。

实施例5，一种如实施例1-4所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中，稀释剂为空气时，所述稀释剂进风口与鼓风机相连。

实施例6，一种如实施例1-4所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中，稀释剂为惰性气体时，所述稀释剂进风口通过气管与惰性气体储罐相连。

实施例7，一种如实施例1-4所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中，步骤（3）中的惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种或多种。

实施例8，高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法性能评价实验：

对比例：

选用纯度99.89%，EC为0.2μS/cm，Na⁺为0.39ppm二氧化硅粉。以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为10s，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧，在高温条件下由于表面张力的作用使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为250m³/h，载气和助燃剂总量的流量为500m³/h；上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，输送管道中的温度为600℃；最后通过分级机进行收集，得到电导率EC为15μS/cm、Na⁺为0.35ppm、K⁺为0.03ppm、平均粒径D50：1.50μm的球形二氧化硅微粉。

对比例与实施例2、实施例3和实施例4的对比结果如下表

从试验的结果来看，实施例2、实施例3和实施例4制得的二氧化硅微粉的性能最好，电导率比较低。

本发明通过特定的工艺流程，生产出的二氧化硅微粉其表面吸附的Na⁺\K⁺\CO₂\SO₂会被除去，从而其电导率EC降低，具有低的离子含量和pH值，因此表现出填料的绝缘性更好，由其生产出的下游产品的耐热性和电性能更优秀，大大地提高了产品在客户端的应用性能，为客户产品质量提升起到了关键作用。

Claims (6)

1.一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于，包括燃烧炉和分级机，分级机上连接有引风机，在燃烧炉的出料口和分级机的进料口之间设有输送管道，所述输送管道上设有增加管道内湿度的加湿装置，在加湿装置后方的输送管道上设有稀释剂进风口；其制备步骤如下：

(1)原料：选用纯度为99.8％以上的二氧化硅微粉为原料，原料的电导率EC小于0.5μS/cm，Na⁺/K⁺小于0.5ppm；

(2)燃烧：以氧气为载气、天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下与天然气、氧气同时加入到燃烧炉中，天然气和氧气在燃烧炉中燃烧使二氧化硅微粉原料球化，得球形二氧化硅微粉，其中可燃气体的流量为120-250m³/h，载气和助燃剂总量的流量为300-500m³/h；

(3)除杂：上述球形二氧化硅微粉进入到输送管道，以空气、氮气或惰性气体为稀释剂，燃烧炉的燃烧余温作为除杂温度，通过加湿装置控制输送管道中稀释剂的湿度，对球形二氧化硅微粉进行除杂，其中稀释剂湿度为10-90％，稀释剂的流量为100-40000m³/h，除杂温度为110-900℃；除杂是将吸附在颗粒表面的Na⁺\K⁺\CO₂\SO₂除去；

(4)收集：通过分级机将除杂后的球形二氧化硅微粉进行收集，得到电导率EC为5-10μS/cm、Na⁺为0.1-0.35ppm、K⁺为0.01-0.03ppm、平均粒径D50＝0.3-3μm的球形二氧化硅微粉。

2.根据权利要求1所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于：稀释剂为空气时，所述稀释剂进风口与鼓风机相连。

3.根据权利要求1所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于：稀释剂为惰性气体时，所述稀释剂进风口通过气管与惰性气体储罐相连。

4.根据权利要求1所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于：二氧化硅微粉原料在燃烧炉中停留时间为5-25s。

5.根据权利要求1所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的惰性气体为氦气、氩气中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于：步骤(3)中稀释剂湿度为50-90％，稀释剂的流量为10000-40000m³/h，除杂温度为200-900℃。