火焰法制備球形硅微粉

成果簡(jiǎn)介：

球形石英粉主要用于大規(guī)模集成電路塑料封裝用環(huán)氧模塑料的填料和覆銅板的填料，在航空、航天、精細(xì)化工、可擦寫(xiě)光盤(pán)、大面積電子基板、特種陶瓷及日用化妝品等高新技術(shù)領(lǐng)域也有應(yīng)用，是目前唯一能確保超大規(guī)模集成電路穩(wěn)定工作的塑封填料。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)球形石英粉用量在3萬(wàn)噸左右。截至目前為止，我國(guó)在大規(guī)模集成電路封裝中使用的球形石英微粉幾乎全部從日本和美國(guó)進(jìn)口。由于高純球形硅微粉獨(dú)特的性能很難被其他材料所取代，其市場(chǎng)需求將越來(lái)越大。

生產(chǎn)球形硅微粉的技術(shù)主要是高溫熔融法，即首先對(duì)石英進(jìn)行超細(xì)粉碎、篩分分級(jí)、提純等前處理，然后將石英微粉送入射頻等離子、燃?xì)?span style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: 宋體, SimSun; font-size: 14px;">-氧氣火焰或者直流等離子等產(chǎn)生的高溫場(chǎng)中，進(jìn)行高溫熔融、冷卻成球，最終制得高純度球形硅微粉。制備球形硅微粉是一項(xiàng)跨學(xué)科的高難度工程，世界上只有日本、美國(guó)、加拿大和俄羅斯等少數(shù)國(guó)家掌握此技術(shù)。其中，日本電氣化學(xué)工業(yè)公司是目前世界上塑封料用球形硅微粉的首席供應(yīng)商，而國(guó)內(nèi)沒(méi)有球形硅微粉產(chǎn)業(yè)化的報(bào)道。

2007年3月，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）成立“石英微粉球形化技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，由湖北省“楚天學(xué)者”侯書(shū)恩教授負(fù)責(zé)。在技術(shù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，先后與中國(guó)航天科工集團(tuán)、武漢鋼鐵集團(tuán)開(kāi)展合作研究，經(jīng)過(guò)近3年的刻苦攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)了“火焰法制備高純度球形石英粉”新工藝，設(shè)計(jì)、制造了整套的石英微粉球形化設(shè)備。球化時(shí)產(chǎn)生溫度達(dá)3000℃以上的高溫火焰，采用O₂輸送角形粉末，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃O₂和燃?xì)獾膲毫土髁縼?lái)調(diào)節(jié)火焰的長(zhǎng)度，控制微粉在高溫區(qū)的停留時(shí)間；采用旋風(fēng)式收集不同粒度的球形石英粉。目前，已經(jīng)建成了5kg/h的球形石英粉實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線，生產(chǎn)出了純度達(dá)到99.9%、球形化率超過(guò)了90％的高純度超細(xì)球形石英粉產(chǎn)品，產(chǎn)品純度、球形化率、放射性元素含量等主要指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

課題組申報(bào)的“石英球化過(guò)程中氣-固兩相流運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其流體動(dòng)力學(xué)研究”獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（51102218）支持，主要針對(duì)石英球化過(guò)程中球化率低的問(wèn)題進(jìn)行突破研究；球形硅微粉的中試研究獲得武漢市科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目（201210321099）支持，主要突破了中試放大過(guò)程中的難題。在技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，課題組已經(jīng)發(fā)表相關(guān)SCI論文4篇，已申請(qǐng)2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，均已獲得授權(quán)（這是國(guó)內(nèi)唯一授權(quán)的火焰法制備球形硅微粉的專利技術(shù)）。

技術(shù)水平：國(guó)際領(lǐng)先水平。

產(chǎn)業(yè)化情況：已經(jīng)完成中試，成熟。

成本核算：石英原料成本約400元/噸，破碎、提純、分級(jí)成本為150元/噸，球形化工藝成本約為4萬(wàn)元/噸，銷售價(jià)格為10～12萬(wàn)元/噸。

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火焰法二氧化硅氧化鋁燒球爐（電子級(jí)納米粉體高溫球化爐）三維設(shè)計(jì)圖展示

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