火焰法制備球形硅微粉

成果簡介：

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、精細化工、可擦寫光盤、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，2010年我國球形石英粉用量在3萬噸左右。截至目前為止，我國在大規(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進口。由于高純球形硅微粉獨特的性能很難被其他材料所取代，其市場需求將越來越大。

生產(chǎn)球形硅微粉的技術(shù)主要是高溫熔融法，即首先對石英進行超細粉碎、篩分分級、提純等前處理，然后將石英微粉送入射頻等離子、燃氣-氧氣火焰或者直流等離子等產(chǎn)生的高溫場中，進行高溫熔融、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跨學科的高難度工程，世界上只有日本、美國、加拿大和俄羅斯等少數(shù)國家掌握此技術(shù)。其中，日本電氣化學工業(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，而國內(nèi)沒有球形硅微粉產(chǎn)業(yè)化的報道。

2007年3月，中國地質(zhì)大學（武漢）成立“石英微粉球形化技術(shù)開發(fā)”項目研究團隊，由湖北省“楚天學者”侯書恩教授負責。在技術(shù)開發(fā)的過程中，先后與中國航天科工集團、武漢鋼鐵集團開展合作研究，經(jīng)過近3年的刻苦攻關(guān)，成功開發(fā)了“火焰法制備高純度球形石英粉”新工藝，設(shè)計、制造了整套的石英微粉球形化設(shè)備。球化時產(chǎn)生溫度達3000℃以上的高溫火焰，采用O₂輸送角形粉末，通過調(diào)節(jié)助燃O₂和燃氣的壓力和流量來調(diào)節(jié)火焰的長度，控制微粉在高溫區(qū)的停留時間；采用旋風式收集不同粒度的球形石英粉。目前，已經(jīng)建成了5kg/h的球形石英粉實驗生產(chǎn)線，生產(chǎn)出了純度達到99.9%、球形化率超過了90％的高純度超細球形石英粉產(chǎn)品，產(chǎn)品純度、球形化率、放射性元素含量等主要指標達到了國外產(chǎn)品標準。

課題組申報的“石英球化過程中氣-固兩相流運動機理及其流體動力學研究”獲得國家自然科學基金（51102218）支持，主要針對石英球化過程中球化率低的問題進行突破研究；球形硅微粉的中試研究獲得武漢市科技攻關(guān)重點項目（201210321099）支持，主要突破了中試放大過程中的難題。在技術(shù)的開發(fā)過程中，課題組已經(jīng)發(fā)表相關(guān)SCI論文4篇，已申請2項國家發(fā)明專利，均已獲得授權(quán)（這是國內(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、分級成本為150元/噸，球形化工藝成本約為4萬元/噸，銷售價格為10～12萬元/噸。

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