På bakgrunn av den raske iterasjonen av den elektroniske informasjonsindustrien mot miniatyrisering, høy-frekvensdrift og høy pålitelighet, står silisiummikro-pulver, som et kritisk grunnleggende nytt materiale som støtter utviklingen av-av høyteknologi, overfor kontinuerlige eskalerende ytelsesterskler. Konvensjonelt behandlet knust silisiummikro-pulverpartikler, på grunn av deres uregelmessige morfologi, lider av iboende defekter som dårlig pulverflytbarhet, lav pakningstetthet og uttalt materialspenningskonsentrasjon. Når de brukes på elektroniske innkapslingsmaterialer, fører disse defektene lett til sprekker i underlaget, utilstrekkelig flathet og fluktuasjoner i dielektriske egenskaper, noe som gjør dem uegnet for presisjonen og høye-integreringskravene til avanserte elektroniske enheter. Følgelig har sfæroniseringsmodifikasjon dukket opp som kjernegjennombruddet for oppgradering av silisiummikro-pulverindustrien fra lav-, grov prosessering til høy-, fin ny-materialproduksjon.
For tiden inkluderer de vanlige sfæroniseringsteknologiene for silisiummikro-pulver på markedet primært mekanisk forming, flammefusjon, direkte forbrenning/VMC-metode, plasmasfæronisering og kjemiske syntesemetoder:
01 Mekanisk formingsmetode
Den mekaniske formingsmetoden er den mest grunnleggende fysiske modifikasjonsprosessen, og er hovedsakelig avhengig av høyhastighets-mekanisk omrøring, slag og slipe-/formingsprinsipper. Den bruker spesialisert formingsutstyr som høyhastighetsstøtmøller og media-røremøller for å påføre kontinuerlig mekanisk virkning på knust silisiummikro-pulver, og gradvis avrunde skarpe kanter og hjørner for å forbedre partikkelsirkulariteten og reparere overflatedefekter. Den bryter også opp harde agglomerater, og forbedrer bulkdensitet og flytbarhet.
Fordelene med den mekaniske formingsmetoden ligger i dens lave kostnader, full utnyttelse av eksisterende ressurser, enkel prosess, miljøvennlighet og industriell skalerbarhet. Imidlertid kan det sfæriske partikkelforholdet, tapptettheten og prosesseringsutbyttet til det resulterende pulveret ikke garanteres pålitelig, noe som gjør det kun egnet for sfærisk pulverproduksjon med lavere kvalitetskrav.
02 Flammefusjonsmetode
Flammefusjonsmetoden er for tiden den kjerneteknologiske ruten for industrialiseringen av sfærisk silikapulver i Kina, preget av moden teknologi, relativt lave totale produksjonskostnader, stor kapasitet og egnethet for kontinuerlig produksjon i stor skala-. Spesifikt brukes kantet silikapulver som råmateriale, som gjennomgår for-behandlingstrinn som jetfresing, fler-sikting og rensing. Pulveret av passende størrelse mates deretter inn i en høy-temperaturflamme, hvor partikler smelter øyeblikkelig og trekker seg sammen til sfæriske former under overflatespenning, etterfulgt av rask avkjøling og størkning.
Varmekilden i flammemetoden bruker typisk rene gasser som acetylen eller naturgass, noe som gir en ren flamme uten forurensning. Imidlertid er sfæroniseringsresultatet betydelig påvirket av faktorer inkludert partikkelstørrelse for råstoff, flammetemperaturfelt, oppholdstid og fôringsstabilitet. Feil prosesskontroll kan føre til problemer som partikkelagglomerering, hule kuler, utvidelse av partikkelstørrelsesfordelingen, utilstrekkelig sfæroniseringskonsistens og lave sfæroniseringshastigheter for ultrafine og submikronpulvere.
03 Plasma sfæroniseringsmetode
Plasmasfæroniseringsmetoden er en teknikk som utnytter plasmas høye-energitilstand for materialbehandling. Prinsippet innebærer å plassere silisiummikro-pulver som har gjennomgått ultra-finmaling og fjerning av kjemiske urenheter i en plasmareaktor. Pulveret smeltes raskt i høy-temperatursonen til plasmabrenneren, danner deretter sfæriske dråper under overflatespenning og størkner til sfæriske partikler etter rask avkjøling. Sammenlignet med flammefusjonsmetoden har plasmasfæronisering en ekstremt kort varighet av høy-temperatureksponering, noe som effektivt unngår krystallinsk fasetransformasjon av silika. På grunn av sin høye grad av automatisering og gode stabilitet, sikrer den dessuten høyere sfæroniseringshastigheter, overlegen partikkelstørrelse-ensartethet og ekstremt lavt innhold av urenheter.
Likevel står denne metoden fortsatt overfor betydelige utfordringer når det gjelder bruk i industriell-skala. For det første varmes termisk plasma hovedsakelig opp av elektrisitet, og det er betydelig tap under konvertering av elektrisk energi til plasma, noe som resulterer i lav energiutnyttelse og følgelig høye oppvarmingskostnader. For det andre er kraften til termiske induksjonsplasmageneratorer begrenset av strømforsyningsutstyr, og høye-strømforsyninger er kostbare, og involverer betydelige kapitalinvesteringer, noe som begrenser industrielle applikasjoner. I tillegg forblir kjerneutstyr som plasmasfæroniseringsovner monopolisert av japanske og tyske selskaper. Den høye initiale investeringskostnaden er også en kritisk faktor som begrenser den store-applikasjonen.
04 Direkte forbrenning/VMC-metode
Den direkte forbrenningsmetoden (også kjent som VMC-metoden) ble opprinnelig utviklet av japanske Admatechs og regnes som en klassisk referanseprosess innen det globale-high-end halvlederemballasjefeltet. Denne metoden bruker høy-renhet metallisk silisiumpulver som råmateriale. Det ultrafine metalliske silisiumpulveret er jevnt fordelt i en oksygenstrøm for å gjennomgå en kontrollert deflagrasjonsreaksjon som genererer silika. Samtidig fører den øyeblikkelige ultra-høye reaksjonsvarmen som frigjøres ved silisiumoksidasjon til at den genererte silisiumdioksyden smelter og fordamper øyeblikkelig, for deretter å om-formes under overflatespenning og raskt avkjøles og størkner, og danner amorfe sfæriske silikapartikler in situ. Gjennom hele prosessen muliggjør presis kontroll av oksygenkonsentrasjon, temperatur og strømningshastighet finregulering av partikkelstørrelse og morfologi.
Sammenlignet med andre fysiske metoder, overvinner VMC-metoden urenhetsbegrensningene til naturlige kvartsmalmråmaterialer. Ved å syntetisere fra metallisk silisium med høy-renhet, oppnår produktet ekstremt lavt innhold av metallurenheter, ingen gjenværende krystallinsk fase, utmerkede dielektriske egenskaper, en smal partikkelstørrelsesfordeling, enestående monodispersitet og ekstremt høy partikkelrundhet. Produktets konsistens overgår langt den for tradisjonelle flammemetoder. Produktene brukes hovedsakelig i scenarier med høy-verdi-som høy-halvlederemballasje og høy-elektronisk presisjonsmateriale. Fordi deflagrasjonsreaksjonen til metallisk silisiumpulver krever ekstremt høy utstyrstetning og presisjon av parameterkontrollsystem, er utstyrsinvesteringer og vedlikeholdskostnader betydelige, prosesssikkerhetsstyring er eksepsjonelt utfordrende, produksjonsterskler er høye og det teknologiske monopolet er sterkt-dominert på lang sikt av Japans Admatechs.
05 Kjemisk syntesemetode
Kjemiske syntesemetoder inkluderer hovedsakelig sol-gel, gass-fasesyntese, mikroemulsjonsreaksjon, utfelling/frøvekst og andre. Til forskjell fra logikken for formingsforming etter-behandling av fysisk modifikasjon, bruker denne prosessen silanforløpere, silikater med høy-renhet, osv., som råmateriale. Ved å kontrollere silisiumkildehydrolyse, kondensasjon, kjernedannelse og partikkelvekstprosesser, syntetiseres sfæriske silikapartikler direkte in situ på molekylært nivå, uten å stole på knust kvartspulverråmaterialer. Produktet er av ekstremt høy renhet og viser større potensiale når det gjelder fine partikkelstørrelser, smale størrelsesfordelinger og strukturell designbarhet.
Med den klassiske sol-gelmetoden som eksempel, bruker den Stöber-systemet, ved å bruke tetraetylortosilikat (TEOS) som silisiumkilde i et basisk (f.eks. ammoniakk) katalytisk etanol-vannblandet løsningsmiddelsystem for hydrolyse- og kondensasjonsreaksjoner. TEOS hydrolyserer først for å danne silanolmonomerer, som gjennomgår dehydreringskondensasjon for å danne silika (SiO₂)-oligomerer, som til slutt vokser på kjerner for å produsere monodisperse silika-mikrosfærer. For fremstilling av sfæriske partikler med større -diameter, kan frøvekst og utfellingsmetoder som undertrykker sekundær kjernedannelse og fremmer epitaksial vekst av eksisterende partikler tas i bruk.