火焰法制備球形硅微粉
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(xì)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(jìn)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(jìn)行超細(xì)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?xì)?span style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: 宋體, SimSun; font-size: 14px;">-氧氣火焰或者直流等離子等產(chǎn)生的高溫場中,進(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)(武漢)成立“石英微粉球形化技術(shù)開發(fā)”項目研究團(tuán)隊,由湖北省“楚天學(xué)者”侯書恩教授負(fù)責(zé)。在技術(shù)開發(fā)的過程中,先后與中國航天科工集團(tuán)、武漢鋼鐵集團(tuán)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(dá)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?xì)獾膲毫土髁縼碚{(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(fēng)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(dá)到99.9%、球形化率超過了90%的高純度超細(xì)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(biāo)達(dá)到了國外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
課題組申報的“石英球化過程中氣-固兩相流運(yùn)動機(jī)理及其流體動力學(xué)研究”獲得國家自然科學(xué)基金(51102218)支持,主要針對石英球化過程中球化率低的問題進(jìn)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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