Bột vi silica là một loại vật liệu bột chức năng phi kim loại vô cơ. Nó có các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo như khả năng chịu nhiệt cao, cách điện cao, hệ số giãn nở tuyến tính thấp và độ dẫn nhiệt tốt. Nó được sử dụng rộng rãi trong các tấm phủ đồng, hợp chất đúc epoxy, vật liệu cách điện, keo dán, gốm sứ và lớp phủ. Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như điện tử tiêu dùng, thiết bị gia dụng, thông tin di động, ô tô, hàng không vũ trụ, quốc phòng và năng lượng gió. Sự phát triển của silica hình cầu trực tiếp thúc đẩy tiến bộ công nghệ trong các ngành công nghiệp này. Nó cũng cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, các yêu cầu về chất lượng đối với các linh kiện vi điện tử đã tăng lên đáng kể. Xu hướng này đã nâng cao các yêu cầu về chất lượng đối với bột vi silica. Kết quả là, việc sản xuất silica có độ tinh khiết cao, silica hình cầu siêu mịn đã trở thành điểm nóng nghiên cứu.
Tổng quan về Silica hình cầu
Bột silica hình cầu là các hạt hình cầu màu trắng, chủ yếu được cấu tạo từ thạch anh vô định hình, với kích thước hạt lên đến dưới micron hoặc nanomet. Nó có khả năng chịu nhiệt cao, chống ẩm tốt, tính chất làm đầy cao, ứng suất thấp và hệ số ma sát thấp.
Ngoài ra, silica cầu có độ tinh khiết cực cao. Kích thước hạt nhỏ nhưng không dễ bị kết tụ, và phân bố kích thước đồng đều. Nó cũng có tính chất điện môi tuyệt vời và hệ số giãn nở nhiệt cực thấp. Nhờ những ưu điểm này, silica cầu có ứng dụng rộng rãi và triển vọng phát triển đầy hứa hẹn.
Quy trình chế tạo Silica hình cầu
Hiện nay, các phương pháp chế tạo silica cầu được chia thành phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Các phương pháp vật lý bao gồm nghiền bi, sấy phun, cầu hóa ngọn lửa, phun nhiệt độ cao, phương pháp plasma, đốt cháy tự lan truyền, nấu chảy ngọn lửa, nung ở nhiệt độ cao và phương pháp đốt trực tiếp (VMC). Các phương pháp hóa học bao gồm tổng hợp pha hơi, sol-gel, kết tủa và kỹ thuật vi nhũ tương.
Phương pháp vật lý
Phay cơ khí
Nghiền cơ học sử dụng thiết bị nghiền và hệ thống sàng để sản xuất bột siêu mịn. Nó bao gồm nghiền khô và nghiền ướt. Nghiền ướt sử dụng nước làm môi trường và máy nghiền khuấy để sản xuất bột có độ phân tán tốt và kích thước đồng đều.
Sấy phun
Sấy phun chuyển đổi chất lỏng thành các hạt mịn bằng cách sử dụng đầu phun. Các hạt tiếp xúc với không khí nóng, hơi ẩm bốc hơi và các hạt rắn hình thành. Sau đó, sản phẩm khô được thu thập.
Hình cầu ngọn lửa
Đây là phương pháp phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp. Đầu tiên, cát thạch anh có độ tinh khiết cao được nghiền, sàng lọc và tinh chế. Bột thạch anh được đưa vào trường nhiệt độ cao do khí nhiên liệu và oxy tạo ra. Bột nóng chảy, nguội đi và tạo thành các hạt hình cầu.
Trong phương pháp này, oxy tinh khiết và ankan tạo ra ngọn lửa được kiểm soát để duy trì trường nhiệt độ ổn định. Nhiều vòi phun đảm bảo gia nhiệt đều, giúp cải thiện hiệu suất hình cầu hóa. So với plasma, phương pháp này đơn giản hơn và phù hợp hơn cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
Phun nhiệt độ cao
Thạch anh được nung chảy ở nhiệt độ 2100–2500 °C, sau đó được nguyên tử hóa, làm nguội và đông đặc thành silica hình cầu. Sản phẩm có bề mặt nhẵn, tốc độ cầu hóa 100% và cấu trúc vô định hình.
Phương pháp Plasma
Đầu đốt plasma tạo ra nhiệt độ cực cao. Bột thạch anh hoặc silica nóng chảy thành các giọt, và sức căng bề mặt định hình chúng thành hình cầu. Quá trình làm mát nhanh chóng tạo ra silica hình cầu với hình thái có thể kiểm soát, độ tinh khiết cao và không bị kết tụ.
Sự cháy tự lan truyền
Phương pháp này bao gồm việc chuẩn bị natri silicat, silica sol và hỗn hợp đốt cháy. Hỗn hợp trải qua quá trình đốt cháy, ủ, khử cacbon, rửa và sấy khô để tạo thành silica hình cầu. Ưu điểm bao gồm thiết bị đơn giản, chi phí thấp và không có sự xuất hiện của các ion tạp chất. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Ngọn lửa tan chảy
Bột silica góc được xử lý sơ bộ bằng cách nghiền, sàng lọc và tinh chế. Sử dụng nhiên liệu sạch như axetilen hoặc khí tự nhiên, bột được nung chảy trong ngọn lửa nhiệt độ cao và nguội thành hình cầu. Kết quả là silica hình cầu đồng nhất, có độ tinh khiết cao.
Nung ở nhiệt độ cao
Bột thạch anh được ủ trong điều kiện kiềm, lọc và sấy khô. Vật liệu sấy khô được trộn với chất kết dính, nung ở nhiệt độ cao, làm nguội và nghiền. Sau khi tách từ và phân loại bằng không khí, thu được silica hình cầu có độ trắng và độ tinh khiết cao. Phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm.
Đốt cháy trực tiếp / VMC
Do silica nung chảy bằng ngọn lửa có những hạn chế về độ tinh khiết và phân bố hạt, một số công ty sử dụng phương pháp VMC. Bột silicon kim loại phản ứng trực tiếp với oxy để tạo ra silica hình cầu có độ tinh khiết cao hơn và phân bố kích thước đồng đều hơn.
Phương pháp hóa học
Phương pháp pha hơi
Các halogenua silic trải qua quá trình thủy phân ở nhiệt độ cao, tạo thành các hạt nano silica vô định hình. Sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thước hạt sơ cấp từ 7–40 nm, diện tích bề mặt riêng từ 50–380 m²/g và hàm lượng SiO₂ trên 99,8%. Tuy nhiên, việc phân tán trong môi trường hữu cơ gặp nhiều khó khăn.
Phương pháp Sol-Gel
Hợp chất silicon kim loại hoặc vô cơ tạo thành dung dịch, sol và gel, sau đó được xử lý nhiệt để tạo ra silica. Phương pháp này mang lại độ đồng đều hóa học tuyệt vời, độ tinh khiết cao và các hạt mịn. Tuy nhiên, nguyên liệu thô đắt tiền, và bột có thể bị co lại, kết tụ hoặc kết tụ.
Sự kết tủa
Natri silicat và axit phản ứng với nhau khi có chất hoạt động bề mặt. Kiểm soát cẩn thận độ pH và nhiệt độ sẽ tạo ra silica hình cầu đồng nhất. Quy trình này đơn giản, chi phí thấp và phù hợp cho ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, hiện tượng kết tụ có thể xảy ra.
Vi nhũ tương
Chất hoạt động bề mặt ổn định các pha không hòa tan thành nhũ tương đồng nhất. Trong các không gian vi mô tại giao diện pha, các tiền chất silica hình thành và phát triển. Sau khi xử lý nhiệt, các hạt silica hình cầu được hình thành.
So sánh các phương pháp vật lý và hóa học để điều chế Silica hình cầu
| Loại phương pháp | Quy trình chính | Thuận lợi |
| Phương pháp vật lý | Phay cơ học, sấy phun, cầu hóa ngọn lửa, phun nóng chảy nhiệt độ cao, phương pháp plasma, đốt cháy, nấu chảy ngọn lửa, nung, VMC | • Công nghệ hoàn thiện cho một số phương pháp (ví dụ, hình cầu hóa ngọn lửa) • Thiết bị đơn giản (ví dụ, sấy phun, đốt cháy) • Thích hợp cho sản xuất quy mô lớn (phun ngọn lửa, phun nhiệt hạch) • Độ tinh khiết cao và bề mặt nhẵn (phun nhiệt, plasma) |
| Phương pháp hóa học | Pha hơi, sol-gel, kết tủa, nhũ tương siêu nhỏ | • Độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng đều • Có thể đạt được kích thước dưới micron và nanomet • Kiểm soát chính xác hình thái • Thích hợp cho các ứng dụng cao cấp |
bột sử thi
Silica hình cầu có độ tinh khiết cao là vật liệu chủ chốt cho các mạch tích hợp quy mô lớn. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, siêu máy tính, công nghệ thông tin thế hệ tiếp theo, quốc phòng và an ninh.
Với thiết bị nghiền, phân loại và biến tính bề mặt tiên tiến, Epic Powder cung cấp các giải pháp tùy chỉnh để chế tạo silica hình cầu siêu mịn. Hệ thống của họ cho phép kiểm soát kích thước hạt ổn định, tỷ lệ hình cầu hóa cao và độ phân tán tuyệt vời. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và cung cấp các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao để tối đa hóa giá trị gia công bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia gia công bột đáng tin cậy của bạn!
