火焰法制备球形硅微粉

火焰法制备球形硅微粉

成果简介：

球形石英粉主要用于大规模集成电路塑料封装用环氧模塑料的填料和覆铜板的填料，在航空、航天、精细化工、可擦写光盘、大面积电子基板、特种陶瓷及日用化妆品等高新技术领域也有应用，是目前唯一能确保超大规模集成电路稳定工作的塑封填料。据不完全统计，2010年我国球形石英粉用量在3万吨左右。截至目前为止，我国在大规模集成电路封装中使用的球形石英微粉几乎全部从日本和美国进口。由于高纯球形硅微粉独特的性能很难被其他材料所取代，其市场需求将越来越大。

生产球形硅微粉的技术主要是高温熔融法，即首先对石英进行超细粉碎、筛分分级、提纯等前处理，然后将石英微粉送入射频等离子、燃气-氧气火焰或者直流等离子等产生的高温场中，进行高温熔融、冷却成球，最终制得高纯度球形硅微粉。制备球形硅微粉是一项跨学科的高难度工程，世界上只有日本、美国、加拿大和俄罗斯等少数国家掌握此技术。其中，日本电气化学工业公司是目前世界上塑封料用球形硅微粉的首席供应商，而国内没有球形硅微粉产业化的报道。

2007年3月，中国地质大学（武汉）成立“石英微粉球形化技术开发”项目研究团队，由湖北省“楚天学者”侯书恩教授负责。在技术开发的过程中，先后与中国航天科工集团、武汉钢铁集团开展合作研究，经过近3年的刻苦攻关，成功开发了“火焰法制备高纯度球形石英粉”新工艺，设计、制造了整套的石英微粉球形化设备。球化时产生温度达3000℃以上的高温火焰，采用O₂输送角形粉末，通过调节助燃O₂和燃气的压力和流量来调节火焰的长度，控制微粉在高温区的停留时间；采用旋风式收集不同粒度的球形石英粉。目前，已经建成了5kg/h的球形石英粉实验生产线，生产出了纯度达到99.9%、球形化率超过了90％的高纯度超细球形石英粉产品，产品纯度、球形化率、放射性元素含量等主要指标达到了国外产品标准。

课题组申报的“石英球化过程中气-固两相流运动机理及其流体动力学研究”获得国家自然科学基金（51102218）支持，主要针对石英球化过程中球化率低的问题进行突破研究；球形硅微粉的中试研究获得武汉市科技攻关重点项目（201210321099）支持，主要突破了中试放大过程中的难题。在技术的开发过程中，课题组已经发表相关SCI论文4篇，已申请2项国家发明专利，均已获得授权（这是国内唯一授权的火焰法制备球形硅微粉的专利技术）。

技术水平：国际领先水平。

产业化情况：已经完成中试，成熟。

成本核算：石英原料成本约400元/吨，破碎、提纯、分级成本为150元/吨，球形化工艺成本约为4万元/吨，销售价格为10～12万元/吨。

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成功案例

• 蚌埠玻璃研究院

• 壹石通新材料

• 雅安百图新材料

• 部分客户案例要求保密

共计三十余套，二十余年调试运行维护经验

火焰法二氧化硅氧化铝烧球炉（电子级纳米粉体高温球化炉）三维设计图展示

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