结晶态的二氧化硅矿物有石英砂、脉石英、粉石英。结晶硅微粉一般采用纯度较高的结晶型石英砂,破碎至适当粒度后,采用干法、湿法工艺研磨,然后通过旋风分级、沉降及水力旋流器等方法分离出粒度合格的硅微粉,经过磁选、酸洗、浮选等一系列步骤进行提纯,得到结晶硅微粉[9,10]。这样得到的硅微粉,其颗粒形状为不规则的多面体,为角形硅微粉。
国内一般采用气流粉碎机制备超细硅微粉,其原理是利用高速气流的能量冲击硅微粉,使之互相碰撞、摩擦,从而使聚集体粉碎,这种方法可获得粒径在1~5μm之间的硅微粉。蒋述兴以高硬度钇稳定氧化锆球为研磨介质,用衬聚氨酯搅拌磨磨细石英砂并经过沉降分级,可获得SiO2质量分数为99.91%,粒径为1μm以下的高纯超细结晶硅微粉。
1 硅微粉的种类 耐火材料工业所用的 SiO 2微粉主要是微米级(μm)的? SiO 2微粉的种类很多,其中性能佳应用 广的当属硅灰 (硅铁合金厂及金属硅厂的副产 品)? 硅微粉的种类有: (1)硅灰:或称冷凝硅灰,由铁合金厂气相沉淀 形成?硅灰的主要成分是非晶质无定形的二氧化硅, 呈中空球状,有活性,比表面积大,表面能高,易吸水 发生团聚[1]?在高温冶炼炉内, 石英约在 2 000 ℃下被还原 成液态金属硅,同时也产生SiO 气体,随烟气逸出炉 外? SiO 气体遇到空气时被氧化成 SiO 2,即凝聚成非 常微小且具有活性的SiO 2颗粒? 经干式收尘装置收 集,即得到硅灰?硅灰是一种松散团聚在一起的球形 无定形粉体,具有较小的粒径(平均为 0.1~0.5 μm, 比表面积 15~30 m 2 /g),活性较大,能与水泥颗粒或 氧化镁颗粒反应水化, 提高混凝土和耐火材料的强 度,特别是耐火浇注料的强度。
一般集成电路都是用光刻的方法将电路集中刻制在单晶硅片上,然后接好连接引线和管角,再用环氧塑封料封装而成。塑封料的热膨胀率与单晶硅的越接近,集成电路的工作热稳定性就越好。单晶硅的熔点为1415℃,膨胀系数为3.5PPM,熔融石英粉的为(0.3~0.5)PPM,环氧树脂的为(30~50)PPM,当熔融球形石英粉以高比例加入环氧树脂中制成塑封料时,其热膨胀系数可调到8PPM左右,加得越多就越接近单晶硅片的,也就越好。而结晶粉俗称生粉的热膨胀系数为60PPM,结晶石英的熔点为1996℃,不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉),所以中集成电路中不用球形粉时,也要用熔融的角形硅微粉。这也是球形粉想用结晶粉为近球形不能成功的原因所在。效果不行,走不通;10年前,包括现在我国还有人走这条路,从以上理论证明此种方法是不行的。即塑封料粉不能用结晶粉取代。