CN112978740B - 亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法。所述方法采用水浆料的进料方式，经火焰成球法制得亚微米球形二氧化硅微粉。本发明方法在保证产品球形化过程中，可以杜绝在进入高温区前爆燃，同时将炉膛内壁的温度控制在1000℃以下，减少高温对设备的不利影响，提高了设备的使用寿命；同时显著提高产品收率，制得的亚微米球形二氧化硅微粉的收率达到90％以上。
Description
技术领域
本发明属于填料的制备技术领域，涉及一种二氧化硅微粉的制备方法，具体涉及一种亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法。
背景技术
球形二氧化硅微粉是塑封料中的填料，用于大规模集成电路，也是覆铜板、涂料中的重要材质。亚微米球形二氧化硅微粉是球形二氧化硅微粉中的高尖端产品，广泛用于高端塑封料、底部填充胶、基板和抛光液等电子封装材料中。
现有的亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法主要包括火焰熔融法、等离子体法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法和气相法等。Admatechs株式会社专利特开JP2009-263154A，以金属硅为原料，采用粉尘爆炸原理，制备平均粒径为0.5μm，比表面积为6.0m2/g的球形二氧化硅微粉。该方法采用单纯金属硅为原料，生产过程爆炸风险难以杜绝。电气化学工业株式会社以含有0.05～10wt％的金属硅粉末的二氧化硅粉末为原料，制备超微粉末，其平均粒径在150～250nm，同时会出现平均粒径为5～50μm的颗粒。该方法采用一定含量的金属硅为原料，虽然解决了安全生产，但是产品中会引入5～50μm的两个峰以上的产品，纯度不高。申请人在先专利CN105384177B公开了一种亚微米级球形二氧化硅微粉的制备方法，以二氧化硅粉或氮化硅粉为原料，以氧气或空气为载气、液化天然气为可燃气体、氧气为助燃剂，原料在载气的保护下直接进入燃烧炉中，制得平均粒径D50＝0.3～3μm的亚微米级球形二氧化硅微粉。该方法中原料直接以粉体的形式进料，在进入高温区前仍然存在爆燃的风险，此外还会导致炉膛内壁的温度达到1500℃，产生的高温会对设备造成不利影响，影响设备的使用寿命。
发明内容
针对在先专利CN105384177B中采用粉体直接进料方式中存在的安全隐患以及对设备造成不利影响的问题，本发明提供一种低成本、安全性高的亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法。该制备方法生产安全系数高，生产的球形硅微粉球形度高、收率高且粒度适当，平均粒径为0.1μm～2.0μm。
本发明的亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料加水制成浓度为5～50％的浆料，搅拌至分散均匀，所述的原料选自氮化硅、金属硅和碳化硅微粉中的一种或者SiO2、氮化硅、金属硅和碳化硅微粉中的两种以上；
(2)以氧气或空气作为载气，天然气为可燃气体和氧气为助燃剂，浆料在载气的保护下喷入可燃气体和氧气燃烧形成的火焰区，球化，制得亚微米球形二氧化硅微粉。
优选地，步骤(1)中，原料的比表面积为1～6m2/g，纯度≥99.8％。
优选地，步骤(1)中，SiO2微粉为角状SiO2微粉，平均粒径为0.6～2.0μm。
优选地，步骤(1)中，氮化硅微粉的平均粒径为3～50μm。
优选地，步骤(1)中，金属硅微粉的平均粒径为3～50μm。
优选地，步骤(1)中，碳化硅微粉的平均粒径为3～50μm。
优选地，步骤(1)中，分散时间为0.5～2.0h。
优选地，步骤(2)中，火焰区的温度为2000±200℃。
优选地，步骤(2)中，亚微米球形二氧化硅微粉的平均粒径D50＝0.1～2μm。
与在先技术相比，本发明存在以下优点：
(1)解决了采用粉体进料方式导致炉膛内壁的温度高达1300℃以上导致的爆燃的安全问题以及对设备的不利影响的问题，采用水浆料进料方式，在保证产品球形化过程中，可以杜绝在进入高温区前爆燃，同时将炉膛内壁的温度控制在1000℃以下，减少高温对设备的不利影响，提高了设备的使用寿命；
(2)在先方法仅以SiO2为原料时，亚微米球形二氧化硅微粉的收率不超过50％，收率较低，采用本发明改进方法能够显著提高产品收率，制得的亚微米球形二氧化硅微粉的收率达到90％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。
下述实施例中，各原料和去离子水的加入量按重量份数计。
平均粒径D50的测定方法如下：通过利用激光衍射散射粒度分布分析仪(型号：Beckmann)测定粒径。将待测粉末分散到水中，用输出功率为200W的超声波超声1min，进行测试。测定的粒度分布中，累积体积分数达到50％粒径为平均粒径D50。二氧化硅粉末的折射率为1.46，水的折射率为1.33。
收率的计算公式：收率＝产品的重量/原料的重量*100％
实施例1
平均粒径为0.8μm的角状二氧化硅微粉10份加入70份去离子水中，高速搅拌50min，然后加入平均粒径25.0μm的金属硅20份，制成浆料(固体浓度30％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径0.5μm的球形二氧化硅微粉，收率95％，炉壁的温度为900℃。
实施例2
平均粒径为1.5μm的角状二氧化硅微粉30份加入60份去离子水中，高速搅拌60min，然后加入平均粒径5.0μm的氮化硅10份，制成浆料(固体浓度40％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径1.2μm的球形二氧化硅微粉，收率90％，炉壁的温度为800℃。
实施例3
平均粒径为0.8μm的角状二氧化硅微粉20份加入50份去离子水中，高速搅拌30min，然后加入平均粒径15.0μm的碳化硅30份，制成浆料(固体浓度50％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径0.4μm的球形二氧化硅微粉，收率95％，炉壁的温度为930℃。
采用本发明的水浆料进料方式，SiO2、氮化硅、金属硅和碳化硅微粉以任意两种、三种或四种进行复配均能制得平均粒径D50＝0.1～2μm的亚微米球形二氧化硅微粉，以上述实施例为代表实施例。
实施例4
平均粒径15.0μm的金属硅45份加入55份去离子水中，制成浆料(固体浓度45％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径0.2μm的球形二氧化硅微粉，收率110％，炉壁的温度为980℃。
采用本发明的水浆料进料方式，单独的氮化硅、金属硅和碳化硅微粉为原料均能制得平均粒径D50＝0.1～2μm的亚微米球形二氧化硅微粉，本发明以单独的金属硅为代表实施例。仅以二氧化硅微粉为原料时，采用水浆料进料方式，无法成球。
实施例5
平均粒径3.0μm的金属硅2份和3.5μm的氮化硅3份，加入95份去离子水中，制成浆料(固体浓度5％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径0.15μm的球形二氧化硅微粉，收率95％，炉壁的温度为750℃。
对比例1
平均粒径0.8μm的角状二氧化硅微粉通过给料器进入由天然气和氧气燃烧形成的温度为2200℃的高温火焰区。制得平均粒径0.3μm的球形二氧化硅微粉，收率30％，炉壁的温度为900℃。
对比例2
平均粒径11.0μm的金属硅微粉通过给料器将粉料输送至由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。制得平均粒径0.45μm的球形二氧化硅微粉，收率120％，炉壁的温度为1600℃。
对比例3
平均粒径为0.8μm的角状二氧化硅微粉2份加入47份去离子水中，高速搅拌30min，然后加入平均粒径15.0μm的金属硅1份，制成浆料(固体浓度3％)。通过给料器将浆料喷进由天然气和氧气燃烧形成的温度为2000℃的高温火焰区。由于浓度太低，无法得到亚微米产品，炉壁的温度为500℃。此外当浆料中固体浓度超过50％时，由于浆料太稠，无法进料。因此浆料中原料浓度需要控制在5％～50％时，才能得到高收率的亚微米球形二氧化硅微粉。
Claims (3)
1.亚微米球形二氧化硅微粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料加水制成浓度为5~50%的浆料，搅拌至分散均匀，所述的原料为SiO2微粉和氮化硅、金属硅、碳化硅微粉中一种以上的复配，原料的比表面积为1~6m2/g，纯度≥99.8%，SiO2微粉为角状SiO2微粉，平均粒径为0.6 ~2.0μm，氮化硅微粉的平均粒径为3~50μm，金属硅微粉的平均粒径为3~50μm，碳化硅微粉的平均粒径为3~50μm；
（2）以氧气或空气作为载气，天然气为可燃气体和氧气为助燃剂，浆料在载气的保护下喷入可燃气体和氧气燃烧形成的火焰区，球化，制得亚微米球形二氧化硅微粉，亚微米球形二氧化硅微粉的平均粒径D50=0.1~2μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，分散时间为0.5~2.0h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，火焰区的温度为2000±200℃。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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