中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高純二氧化硅是一種性能較好的硅材料，具有良好的物理性質(zhì)，例如抗劃傷、耐高溫、耐腐蝕等，主要應(yīng)用在高科技領(lǐng)域，用來(lái)制備石英玻璃、集成電路板、光纖通訊、多晶硅以及光學(xué)儀器等。近些年來(lái)，由于高純二氧化硅在電子封裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用極大地提升了其市場(chǎng)價(jià)值，當(dāng)純度達(dá)到6N(99.9999%)時(shí)其售價(jià)可達(dá)到數(shù)萬(wàn)美金一噸。

“高純二氧化硅”通常是指二氧化硅中含有的金屬雜質(zhì)總量小于10×10^-6，單個(gè)非金屬雜質(zhì)含量小于10×10^-6。當(dāng)應(yīng)用于電子領(lǐng)域時(shí)，還要求高純二氧化硅中的放射性元素U和Th各小于1.0×10^-9，有的甚至要求U和Th各小于0.1×10^-9。

高純二氧化硅大體上分為兩類：天然的和合成的。天然的二氧化硅是由石英、硅石等通過(guò)精制而得，但其中的放射性元素U和Th只能降至1.0×10^-9左右，難以滿足電子材料的要求。而合成高純二氧化硅可由硅的鹵化物、硅醇或硅酸鈉制得，其質(zhì)量可以滿足電子領(lǐng)域的要求。合成高純二氧化硅的方法有以下三種。

1氣相法

該工藝的主要原料包括四氯化硅和甲基三氯硅烷。利用硅烷與氫氣氧氣混合后，高溫條件下發(fā)生水解生成無(wú)定型的SiO₂，溫度需要達(dá)到1200~1600℃，然后通過(guò)驟然降溫、旋風(fēng)分離等氣固分離得到產(chǎn)品。反應(yīng)原理用反應(yīng)式表示為：

工藝流程圖如下：

氣相法SiO₂生產(chǎn)流程

工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單；由于過(guò)程中需要高溫環(huán)境，所以對(duì)設(shè)備要求高；制備的SiO₂產(chǎn)品品質(zhì)好，生產(chǎn)成本較高。

2沉淀法

目前國(guó)內(nèi)SiO₂需求量的70%是通過(guò)沉淀法制備的。沉淀法的主要原料是水玻璃，即硅酸鈉。沉淀法生產(chǎn)SiO₂的原理是使硅酸鈉與空氣中的二氧化碳或酸溶液反應(yīng)生成偏硅酸沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒后得到SiO₂。反應(yīng)方程式如下：

工藝特點(diǎn)：該生產(chǎn)工藝操作簡(jiǎn)單，條件易控制，生產(chǎn)成本低，但是產(chǎn)品性能不高，純度低，容易發(fā)生團(tuán)聚，粒徑大。

3溶膠—凝膠法

溶膠凝膠法制備SiO₂的原理是利用金屬鹽的水解，水解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生凝膠，過(guò)濾并對(duì)凝膠中的有機(jī)溶劑進(jìn)行洗滌，干燥后得到產(chǎn)品SiO₂。工藝過(guò)程原理用下面的方程式表示：

工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的要求低，生產(chǎn)過(guò)程中除了原料有機(jī)溶劑沒有添加其他物質(zhì)，所以制備出的SiO₂是純凈的，雜質(zhì)含量較少。但是，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程中可變因素較多，不能達(dá)到準(zhǔn)確控制，目前只停留在實(shí)驗(yàn)室小試階段。

2019年10月30日-31日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2019全國(guó)石英大會(huì)”將在江蘇徐州舉行，屆時(shí)來(lái)自武漢工程大學(xué)的姜興茂教授將帶來(lái)《高純晶體二氧化硅的人工合成》的精彩報(bào)告，介紹更多關(guān)于高純二氧化硅的關(guān)鍵技術(shù)的探討，敬請(qǐng)期待！

姜興茂個(gè)人簡(jiǎn)介

 姜興茂，男，新墨西哥大學(xué)化學(xué)工程博士，國(guó)家特聘專家，江蘇省雙創(chuàng)人才�，F(xiàn)為武漢工程大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，美國(guó)Lovelace呼吸研究所客座科學(xué)家。在美國(guó)期間，曾完成美國(guó)能源部、美國(guó)空軍、美國(guó)自然科學(xué)基金、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院等重大研究項(xiàng)目�；貒�(guó)以來(lái)先后主持或參與國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目三項(xiàng)。發(fā)表SCI論文60多篇，引用超過(guò)2000次。2011年獲美國(guó)新墨西哥大學(xué)創(chuàng)造發(fā)明獎(jiǎng)。出版英文學(xué)術(shù)專著1部。已申請(qǐng)或授權(quán)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利60多項(xiàng)，其中，已授權(quán)美國(guó)發(fā)明專利10項(xiàng)。2016年獲中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)、江蘇省優(yōu)秀企業(yè)家。

參考來(lái)源：

盧芳儀.高純二氧化硅的研制

張琪.氨化法制備高純二氧化硅及高純石英的過(guò)程研究

徐偉.以天然硅藻土為原料的高純二氧化硅制備以及純度表征

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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