Tecnología de producción y aplicación de polvo de sílice.
El polvo de sílice también es una materia prima importante para la producción de polisilicio. El polvo de microsílice reacciona con cloruro de hidrógeno anhidro (HCl) en un reactor de lecho fluidizado para generar triclorosilano (SiHCl3), que se purifica y reduce aún más en hidrógeno para formar silicio policristalino. El silicio policristalino es la principal materia prima de las células solares en la industria fotovoltaica. En los últimos años, con la continua escasez de energía global, el desarrollo de la energía solar se ha convertido en el foco de las estrategias energéticas de países de todo el mundo. Con las turbulencias de la industria fotovoltaica, el precio del polisilicio, la materia prima de las células solares, se ha disparado, lo que ha provocado un rápido crecimiento de la demanda del mercado de polvo de silicio. La oferta supera la demanda, lo que permite a los propietarios de recursos de silicio disfrutar de beneficios asombrosos. ?
Según las encuestas, la capacidad de producción nacional actual de polvo de sílice es de aproximadamente 250.000 toneladas, principalmente polvo de sílice ordinario, mientras que el polvo de sílice ultrafino de alta pureza depende en gran medida de las importaciones. Las predicciones preliminares indican que la demanda china de polvo de silicio ultrafino alcanzará más de 60.000 toneladas en 2005. Entre ellos, la industria del caucho es el mayor usuario y la industria de recubrimientos es un campo de aplicación importante con un enorme potencial. Los materiales de embalaje de plástico electrónico, los materiales de sustrato de silicio, los moldes electrónicos y eléctricos, etc. dependen de materias primas importadas de polvo de silicio ultrafino de alta pureza. El precio del polvo de silicio esférico ordinario es de solo 20.000-30.000 yuanes por tonelada, mientras que el precio. de polvo de silicio ultrafino de alta pureza es tan alto como cientos de miles de yuanes/tonelada. ?
El polvo de microsílice está hecho de polvo de cuarzo puro mediante tecnología avanzada de molienda ultrafina. Es un material inorgánico no metálico con usos extremadamente amplios. Tiene excelentes propiedades dieléctricas, bajo coeficiente de expansión térmica, alta conductividad térmica y buenas propiedades de suspensión. Debido a sus excelentes propiedades físicas, alta estabilidad química, propiedades ópticas únicas y distribución de tamaño de partículas razonablemente controlable, se usa ampliamente en vidrio óptico, empaques electrónicos, aislamiento eléctrico, cerámicas de alta gama, pinturas y revestimientos, fundición de precisión, caucho de silicona. medicina, cosméticos, componentes electrónicos, VLSI, comunicaciones móviles, computadoras portátiles, aeroespacial y otros campos de producción. ? El polvo de microsílice también es una materia prima importante para la producción de silicio policristalino. El polvo de microsílice reacciona con cloruro de hidrógeno anhidro (HCl) en un reactor de lecho fluidizado para generar triclorosilano (SiHCl3), que se purifica aún más y se reduce en hidrógeno para formar silicio policristalino. El silicio policristalino es la principal materia prima de las células solares en la industria fotovoltaica. En los últimos años, con la continua escasez de energía global, el desarrollo de la energía solar se ha convertido en el foco de las estrategias energéticas de países de todo el mundo. Con las turbulencias de la industria fotovoltaica, el precio del polisilicio, la materia prima de las células solares, se ha disparado, lo que ha provocado un rápido crecimiento de la demanda del mercado de polvo de silicio. La oferta supera la demanda, lo que permite a los propietarios de recursos de silicio disfrutar de beneficios asombrosos. ? Según las encuestas, la capacidad actual de producción nacional de polvo de sílice es de unas 500.000 toneladas, principalmente polvo de sílice ordinario, mientras que el polvo de sílice ultrafino de alta pureza depende en gran medida de las importaciones. Las predicciones preliminares indican que la demanda de China de polvo de sílice ultrafino superará los 654,38 millones de toneladas en 2008. Entre ellos, la industria del caucho es el mayor usuario y la industria de recubrimientos es un campo de aplicación importante con un enorme potencial. Los materiales de embalaje de plástico para dispositivos electrónicos, los materiales de sustrato de silicio, los moldes electrónicos y eléctricos, etc. dependen de materias primas importadas de polvo de silicio ultrafino de alta pureza. El precio del polvo de silicio esférico ordinario es de solo 20.000-30.000 yuanes por tonelada, mientras que el precio. de polvo de silicio ultrafino de alta pureza es tan alto como cientos de miles de yuanes/tonelada.
El polvo de silicio ultrafino tiene las características de tamaño de partícula pequeño, área de superficie específica grande, alta pureza química y buena dispersión. Debido a su excelente estabilidad, refuerzo, espesamiento y tixotropía, se usa ampliamente en caucho, recubrimientos, medicina, fabricación de papel, productos químicos diarios y otros campos. , y proporciona base y apoyo técnico para el desarrollo de campos industriales relacionados, y disfruta de la reputación de "MSG industrial" y "fuente de ciencia de materiales". Desde sus inicios, se ha convertido en una de las variedades más adaptables y de más rápido crecimiento en la ciencia de materiales moderna. Los países desarrollados han hecho de los materiales inorgánicos finos de alto rendimiento y alto valor agregado el foco de los nuevos materiales en este siglo.
En los últimos años, el mercado de las computadoras y el mercado de la tecnología de la información en redes se han desarrollado rápidamente. Los conjuntos de CPU son cada vez más grandes, las velocidades de computación son cada vez más rápidas y cada vez más computadoras domésticas y usuarios de Internet están interesados. en tecnología informática y tecnología de redes los requisitos son cada vez mayores. Como soporte técnico, la industria de la microelectrónica también ha logrado un rápido desarrollo. ,Pⅳ? Los procesadores y las redes de transmisión de alta capacidad de banda ancha son inseparables del soporte de hardware de los circuitos integrados de gran y muy gran escala.
Con el rápido desarrollo de la industria de la microelectrónica, los requisitos para los materiales de embalaje de circuitos integrados a gran y ultra gran escala son cada vez mayores, que no solo requieren materiales ultrafinos sino también de alta pureza. y bajo contenido de elementos radiactivos, especialmente partículas de forma esférica. El polvo de cuarzo esférico fundido ultrafino de alta pureza (polvo de sílice esférico para abreviar) se ha convertido en un producto a gran y ultra gran escala debido a sus propiedades superiores, como alto dieléctrico, alta resistencia al calor, alta resistencia a la humedad, alto relleno. Volumen, baja expansión, baja tensión, bajas impurezas y bajo coeficiente de fricción. Materiales indispensables de alta calidad en sustratos de circuitos integrados y materiales de embalaje a gran escala.
¿Por qué la esferificación? En primer lugar, la superficie de la bola tiene buena fluidez y se mezcla uniformemente con la resina para formar una película. La resina se añade en pequeña cantidad y tiene la mejor fluidez. La cantidad de relleno de polvo es la más alta y la proporción de peso puede alcanzar 90,5. Entonces, la esferoidización significa que aumenta la tasa de llenado del polvo de sílice. Cuanto mayor sea la tasa de llenado del polvo de silicio, menor será su coeficiente de expansión térmica, menor será la conductividad térmica y cuanto más cerca esté del coeficiente de expansión térmica del silicio monocristalino, mejor será el rendimiento de los componentes electrónicos producidos por este método. En segundo lugar, los materiales de embalaje de plástico en polvo esféricos tienen la menor concentración de tensiones y la mayor resistencia. Cuando la concentración de tensión del material de moldeo en polvo angular es 1, la tensión del polvo esférico es sólo 0,6. Por lo tanto, cuando se encapsulan chips de circuitos integrados con materiales de embalaje de plástico en polvo esféricos, la tasa de rendimiento es alta y es menos probable que se produzcan daños mecánicos durante el transporte, la instalación y el uso. En tercer lugar, el polvo esférico tiene un coeficiente de fricción pequeño, lo que provoca un menor desgaste del molde y una larga vida útil del molde. En comparación con el polvo angular, la vida útil del molde se puede duplicar. Los moldes de embalaje para materiales de embalaje de plástico son caros y algunos deben importarse, lo que también es importante para que las fábricas de embalaje reduzcan costos y mejoren los beneficios económicos.
El polvo de sílice esférico se utiliza principalmente para envasar circuitos integrados de gran y ultra gran escala. El uso de polvo de sílice esférico se determina en función del grado de integración (el número de componentes estándar en cada circuito integrado). Cuando el grado de integración es de 1 M a 4 M, el polvo esférico se ha utilizado parcialmente, y cuando el grado de integración es de 8 M a 16 M, el polvo esférico se ha utilizado por completo. En el nivel 250M, el ancho de línea de los circuitos integrados es de 0,25 μm. En el nivel 1G, el ancho de línea de los circuitos integrados ha sido tan pequeño como 0,18 μm. El chip CPU del procesador también ha alcanzado este nivel. El polvo esférico utilizado en este momento es de mayor calidad. El ortosilicato de etilo se elabora principalmente a partir de residuos de silicio policristalino, que se hidroliza con tetracloruro de silicio para obtener sílice. También se convierte en una esfera. -(10 ~ 20) micras ajustables. El polvo de sílice esférico sintetizado mediante métodos químicos es 10 veces más caro que el polvo esférico elaborado a partir de materias primas naturales de temporada, porque este polvo básicamente no tiene contaminación por rayos alfa radiactivos y puede alcanzar un contenido de uranio inferior a 0,02 PPb cuando el nivel de integración es grande. , la brecha entre VLSI El espacio entre cables es muy pequeño y, cuando el material de embalaje es radiactivo, el circuito integrado producirá errores de fuente, lo que afectará la confiabilidad de VLSI, por lo que se deben imponer requisitos estrictos para la radiactividad. ¿Y las materias primas naturales de temporada alcanzan (0,2 ~ 0,4)? PPb es una buena materia prima. El polvo esférico que se utiliza actualmente en China está hecho principalmente de materias primas naturales y también es polvo importado.
Los circuitos integrados generalmente se fabrican grabando circuitos en obleas de silicio monocristalino, luego conectando cables y esquinas de tubos y luego encapsulándolos con sellador de plástico epoxi. Cuanto más cercano esté el coeficiente de expansión térmica del material de embalaje de plástico al silicio monocristalino, mejor será la estabilidad térmica del circuito integrado. El punto de fusión del silicio monocristalino es de 1415 °C, el coeficiente de expansión es de 3,5 ppm, el polvo de sílice fundida es de (0,3 ~ 0,5) ppm y la resina epoxi es de (30 ~ 50) ppm. Cuando se agrega una alta proporción de polvo de cuarzo esférico fundido a la resina epoxi para fabricar materiales de embalaje de plástico, su coeficiente de expansión térmica se puede ajustar a aproximadamente 8 PPM. Cuanto más se agrega, más se acerca a una oblea de silicio monocristalino. El polvo cristalino, comúnmente conocido como polvo crudo, tiene un coeficiente de expansión térmica de 60 ppm y un punto de fusión de cristalización de 1996 °C. No puede reemplazar el polvo de cuarzo fundido (es decir, el polvo de sílice fundida). Por lo tanto, cuando los circuitos integrados de alta gama no utilizan polvo esférico, también se debe utilizar polvo de silicio angular fundido. Esta es también la razón por la que el polvo esférico de alta calidad no se puede moldear en una forma casi esférica utilizando polvo cristalino.
Japón también recorrió este camino en los años 1980, pero los resultados no fueron buenos. Hace diez años, y aún hoy, la gente en nuestro país sigue este camino. De la teoría anterior se demuestra que este método no es factible. Es decir, el polvo para envases de plástico de alta calidad no puede sustituirse por polvo cristalizado.
¿Cuál es mejor, el tiempo de fusión (es decir, el tiempo de vidrio de alta pureza) o el tiempo de cristalización para producir polvo de cuarzo esférico de alta pureza? Según los experimentos, los expertos creen que la cuestión está muy clara. Utilizando sílice natural estacional como materia prima, se puede producir polvo de cuarzo esférico mediante fusión y pulverización a alta temperatura. Las esferas hechas de polvo cristalino natural y luego dispersadas con una llama de plasma son esferas fundidas. Las bolas hechas de pólvora para quemar llamas tienen una superficie brillante y un volumen reducido, lo que las hace más fáciles de usar. El polvo proporcionado por Japón es completamente plano en el análisis del espectro de rayos X y también es polvo de cuarzo esférico completamente fundido. Sin embargo, el tiempo de fusión nacional, como el análisis del espectro del tiempo de fusión en Lianyungang, muestra que el contenido amorfo es 95 y la línea espectral aún se puede ver, con un valor máximo de 5. Por lo tanto, siempre que la pureza del polvo de cuarzo esférico pueda cumplir con los requisitos, es mejor utilizar cristales naturales como materia prima, con el costo de producción más bajo y una ruta de proceso más simple.
1) ¿Cuál es la aplicación del polvo de sílice en productos de caucho?
El polvo de sílice activado (tratado con agente de acoplamiento) se rellena con caucho natural, caucho de butadieno y otros compuestos de caucho. Tiene las ventajas de una fácil dispersión, buen rendimiento de mezcla, buen rendimiento de calandrado y extrusión. velocidad de vulcanización del caucho vulcanizado y también mejora la viscosidad del caucho. En particular, el relleno de polvo de sílice ultrafino en el compuesto de caucho para reemplazar parte del negro de carbón blanco tiene un buen efecto en la mejora de las propiedades físicas del producto y la reducción de los costos de producción. El micropolvo de sílice de 60-70-2um se utiliza para tapones de botellas de caucho de clorobutilo medicinales de calidad de exportación y zapatos de caucho aislantes eléctricos con buenos resultados. ?
El polvo de microsílice se utiliza como relleno en imitación de cuero. Su resistencia, alargamiento, flexibilidad y otros indicadores técnicos son mejores que los fabricados con materiales inorgánicos como el carbonato de calcio ligero, el carbonato de calcio activado y el producto de pirofilita activada. ?
El polvo de microsílice se utiliza para reemplazar la arcilla refinada, el carbonato ligero y otros polvos en la carcasa de la batería. La cantidad de relleno puede alcanzar aproximadamente el 65 % y el rendimiento del proceso es bueno. El producto de cubierta de caucho obtenido tiene propiedades físicas y mecánicas tales como apariencia suave, alta dureza, resistencia a la corrosión ácida, resistencia al voltaje, resistencia a la deformación térmica y resistencia al impacto, todas las cuales cumplen o superan los indicadores técnicos de JB3076-82. ?
(2) ¿Aplicación de polvo de sílice en productos plásticos?
El polvo de sílice activado es un agente de refuerzo ideal para polipropileno, cloruro de polivinilo, polietileno y otros productos. No solo tiene una gran capacidad de relleno, sino que también tiene buena resistencia a la tracción. Este masterbatch se puede utilizar en baldosas de PVC para mejorar la resistencia al desgaste del producto. ?
La aplicación de micropolvo de sílice a películas de resina de olefina tiene las ventajas de una dispersión uniforme del polvo, buenas propiedades formadoras de película y fuertes propiedades mecánicas. En comparación con las películas plásticas producidas con PCC como relleno, la transmitancia de infrarrojos se reduce en más del 10% y se usa ampliamente en películas para invernaderos agrícolas. También se puede utilizar en el campo de la cubierta exterior de alambres y cables. ?
(3) ¿Aplicación de polvo de sílice en fibra de vidrio y vidrio para instrumentos fundidos?
Debido a sus partículas finas y su alta pureza, el polvo de microsílice es fácil de fundir y requiere mucho tiempo en la producción de vidrio. Las propiedades físicas y químicas y la calidad de la apariencia del vidrio para instrumentos de borosilicato, vidrio para instrumentos de sodio, utensilios neutros y otros productos cumplen con las normas correspondientes. Al mismo tiempo, el efecto de ahorro de energía en la producción es especialmente significativo. ?
Y basándose en las características de tamaño de partícula pequeño y uniforme y gran superficie específica, el uso de polvo de sílice en el nuevo proceso de trefilado directo de fibra de vidrio mejora en gran medida la homogeneización del lote de fibra de vidrio y acelera La velocidad de transformación del procesamiento de fibra de vidrio en el horno. La estabilidad del trefilado es mejor que la del proceso de trefilado con bolas de vidrio y tiene efectos obvios de ahorro de energía y reducción de costos de producción. Como materia prima mineral que ahorra energía, la aplicación de polvo de sílice en la industria cerámica también ha logrado resultados ideales al reducir la temperatura de cocción y mejorar el rendimiento. ?
(4) ¿Es eficaz el polvo de microsílice como abrasivo de pulido y lavado?
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, también se requiere que el tratamiento superficial de los materiales sea mayor y más preciso, y el rectificado se utiliza cada vez más ampliamente. Las partículas de microsílice son casi redondas y son un buen abrasivo para limpiar piezas metálicas. Después de la preparación del fraccionamiento ultrafino, se lleva a cabo la modificación. Si se utiliza para limpiar rodamientos, la suavidad puede alcanzar más de 3,0, lo que es mejor que productos similares de monitores.
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También se utiliza para pulir la industria de semiconductores, válvulas de precisión, discos duros, cabezales magnéticos y agentes de pulido de automóviles. ¿Tiene buenos efectos?
(5) ¿En qué consiste la aplicación del polvo de sílice en recubrimientos?
Utilizando la función única del polvo de sílice para reemplazar el sulfato de bario precipitado y el polvo de talco, se puede utilizar para preparar pinturas mixtas, imprimaciones, pinturas antiesmalte, etc. (Agregar una cantidad de 6-15) no solo desempeña el papel de relleno y compatibilización, sino que también mejora la finura, nivelación y dureza de la película de la pintura, acorta el tiempo de pulido de la pintura y acorta la resistencia al agua y a la oxidación de la pintura y resistencia a la corrosión, mejorando la dispersión y estabilidad en almacenamiento del recubrimiento. Además, el recubrimiento de película fundida compuesto de polvo de sílice, agua, tensioactivo y agua en una cierta proporción se ha convertido en un recubrimiento de alta calidad en fundición de precisión debido a su baja viscosidad, sin fenómeno de llenado y fácil uso. ?
Utilizado para decoración de gabinetes, con excelente efecto decorativo y resistencia a la corrosión. ?
(6) ¿Cuál es la aplicación del polvo de sílice en materiales de embalaje de aislamiento eléctrico?
El polvo de sílice de grado eléctrico es un polvo de sílice activo que se puede utilizar como relleno sellador aislante de resina epoxi para productos eléctricos. No sólo se puede aumentar considerablemente la cantidad de relleno, sino que también se puede reducir la viscosidad del sistema de mezcla, se puede mejorar el rendimiento del procesamiento, se puede aumentar la permeabilidad de la mezcla a la bobina eléctrica de alto voltaje, el coeficiente de expansión y la contracción. del producto curado se puede reducir y se puede soportar la tensión térmica entre la mezcla y la bobina. Desempeña un papel beneficioso en la mejora de las propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas del producto curado. ?
En cuanto a las perspectivas de la industria del polvo de sílice, las esperamos desde los siguientes aspectos: ¿Espacio de mercado? A nivel internacional, la demanda anual mundial actual de polvo de sílice es de aproximadamente 654,38 millones de toneladas. Japón es el país con la mayor producción de materiales de sellado de plástico epoxi del mundo. Necesita 30.000 toneladas de polvo de silicio cada año y depende exclusivamente de las importaciones. Estados Unidos necesita 20.000 toneladas de polvo de sílice cada año; la demanda anual de sílice en polvo de Corea del Sur supera las 10.000 toneladas. ? A nivel nacional, según las estadísticas de los departamentos pertinentes, el consumo anual de polvo de sílice ordinario de malla 300-1000 de alta pureza y polvo de sílice cristalina ultrafina en el país y en el extranjero ha mantenido una tasa de crecimiento del 20-35% con la expansión de la aplicación. alcance, el crecimiento de la demanda seguirá aumentando. ? En 2001, el consumo total de materiales de fundición de mi país fue de 6.543.808 toneladas, de las cuales 6.543.802 toneladas fueron importadas. El consumo total en 2004 fue de 78.000 toneladas, de las cuales 48.000 toneladas fueron importadas. Se espera que el consumo total supere los 6,543,8 millones de toneladas este año y se importaron 25.000 toneladas en el primer semestre del año. La demanda anual de polvo de sílice en el campo de la alta tecnología supera las 20.000 toneladas. ? Se especula que la demanda interna de polvo de sílice fundida alcanzará entre 15.000 y 03.000 toneladas en 2010; en productos electrónicos, se espera que la demanda de polvo de silicio cristalino supere las 700.000 toneladas/año en términos de cerámicas fundidas de temporada; El polvo de silicio alcanzará las 30.000 toneladas por año, las perspectivas del mercado son amplias. ? Se entiende que los productos de sílice en polvo de alta gama de mi país dependen principalmente de las importaciones. Con la adhesión de China al mercado de la OMC y el rápido desarrollo de la industria de TI de China, la industria de envases electrónicos se trasladará gradualmente a China. Los expertos predicen que China se convertirá en una importante potencia de envasado en el mundo en el nuevo siglo, y que también se expandirá el mercado de productos derivados, como el polvo de sílice ultrafino de alta pureza. ? ¿Margen de beneficio? Aunque ambos productos son polvo de sílice, sus precios son muy diferentes. Por ejemplo, el polvo de sílice ordinario de malla 300 cuesta solo 600 yuanes/tonelada, mientras que el polvo electrónico ultrafino y de alta pureza de malla 8000-10000 tiene un precio de hasta 100.000 yuanes/tonelada. Si se actualiza a micropolvo fundido a nanoescala, el precio alcanzará los 200.000 yuanes por tonelada. ? ¿Hay margen para el desarrollo positivo del producto? Unidades relevantes en nuestro país han desarrollado con éxito polvo de silicio ultrafino de alta pureza de grado electrónico. Se trata de un producto de material electrónico con atractivas perspectivas de mercado. El polvo de silicio ultrafino de alta pureza es la principal materia prima para sustratos de circuitos integrados a gran escala y materiales de embalaje electrónicos. Se puede combinar con resina epoxi para completar la unión y sellado de virutas o componentes. La relación de dopaje del polvo de silicio ultrafino en la resina epoxi determina el coeficiente de expansión térmica del sustrato. Cuanto mayor sea la proporción de polvo de silicio, menor será el coeficiente de expansión térmica del sustrato, es decir, más cercano estará al coeficiente de expansión térmica de la oblea de silicio, evitando así daños al microcircuito causados por una expansión desigual. Por lo tanto, existen requisitos estrictos para la pureza, finura y distribución del tamaño de partículas del polvo de sílice. ? ¿Ejemplo empresarial? Del análisis anterior se desprende que el polvo de microsílice tiene perspectivas de mercado atractivas y un amplio espacio de desarrollo. Con el desarrollo de alta tecnología, la demanda de materiales en polvo de sílice es cada vez mayor.
Las empresas pueden ajustar la estructura de productos en cualquier momento con menos inversión según las necesidades del mercado, desarrollar productos profundamente procesados y mejorar la competitividad. Pero todo esto debe tener un requisito previo indispensable: la innovación tecnológica. Sólo confiando en la ciencia y la tecnología para desarrollar productos de alta tecnología podrá el espacio del mercado seguir expandiéndose y formar un círculo virtuoso.
Materiales de referencia: