中国粉体网讯 随着全球范围内天然水晶和高品质石英矿脉的逐渐枯竭，而高纯石英砂需求有缺口，资源短缺成为制约高纯石英行业发展的重要因素。但囿于现实条件，行业目前没有快速解决短缺的方案。化学合成石英砂的工艺逐渐得到重视和研究。
合成高纯石英砂技术现状
相关资料显示，合成砂的技术路线分为气相合成法、液相合成法（化学沉淀法、溶胶-凝胶法、四氯化硅液相水解法等）和氟硅酸法工艺过程。目前国内合成石英砂尚处于研究阶段，几种方法均处于实验室小试阶段，仍没有大型生产线建成生产。
一、气相合成法
以SiCl4等为原料，在氢-氧气流高温下（1200-1600℃）水解制得烟雾状的SiO2，经冷却、分离、脱酸等过程后即得到成品的SiO2颗粒。通过控制温度、分两步的气相水解方法制备合成SiO2粉，但其技术工艺较复杂，效率低，技术还不成熟，目前也仅适于实验室的研制，大规模工业化生产困难。
气相合成法制备SiO2流程图
二、液相合成法
1.化学沉淀法
合成石英粉体较为广泛的方法之一，目前技术已经成熟，已用于工业化生产。采用硅酸钠与二氧化碳或酸溶液(加盐酸、硫酸或硝酸)作为原料，在一定合成温度和表面活性剂作用下混合反应，得到偏硅酸沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧工序制备出SiO2。
化学沉淀法制备SiO2流程图
2.溶胶-凝胶法
以无机盐或金属醇盐(一般为硅酸乙酯)为原料，以醇作为共溶剂，加入酸或碱溶液作为催化剂，进行水解，缩聚反应形成SiO2凝胶，过滤并对凝胶中的有机溶剂进行洗涤，干燥、煅烧得到SiO2粉体。
3.四氯化硅液相水解法
SiCl4与纯水接触发生水解或缩聚反应，之后将反应产物经洗涤、过滤、干燥、煅烧、筛选等流程，制备SiO2粉体。
三、氟硅酸法
先制得无定型二氧化硅、副产氟化铵，再高温加热至熔融状态，分阶段冷却，得到沙粒状的晶体石英砂。二氧化硅纯度达6N，可用于制造拉制单晶硅或多晶硅的石英坩埚。
氟硅酸法制备二氧化硅流程图
应用领域
合成石英砂具有高硬度、高耐磨性和化学稳定性等良好的物理和化学性质，其物理性质与天然石英砂相似，具有良好的耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、耐压强度高、绝缘性能强等优点。
在半导体制造领域，合成石英砂主要用于制造晶圆和LCD基板等关键部件，它的优良性能和稳定性对于提高半导体制造的质量和效率具有关键作用。虽然石英砂在半导体制造中起到重要作用，但是石英砂并不是半导体制造的主要材料，半导体制造的主要材料是具有良好半导体性质的硅。但是，石英砂与其它材料的结合应用，如与硅的结合，能够帮助实现更高的性能和稳定性，制造出更高性能的半导体器件。
在太阳能电池制造方面，合成石英砂可以作为电池背板和电池支撑基座等关键部件，帮助提高太阳能电池的性能和稳定性。在《设备》杂志上发表的一项概念验证研究显示，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员使用合成石英捕获太阳能，获得超过1000℃的温度。
在光伏领域，生产光伏行业用石英坩埚时，由于光伏单晶热场对使用寿命的要求较高，石英坩埚不仅要求石英砂SiO₂含量高，还需要控制杂质元素铝、锂、钠、钾、铁、钛等；此外，羟基含量的控制也至关重要。但从业界进度来看，掺杂工艺并未全面突破。
在化工行业，合成石英砂可用作催化剂载体，也可用于制造催化剂和吸附剂等。合成石英砂硬度高、化学稳定性强，也使其成为制造耐酸玻璃器皿、化学仪器和实验器材的理想材料。
在光电领域，合成石英砂因其出色的折射率和透过率，被广泛应用于光学薄膜、光学仪器以及激光器等设备中。
2024年8月9日，由中国粉体网主办的“2024（第二届）全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏盐城召开，中建材衢州金格兰石英有限公司的花宁副总经理将做《合成石英砂的制备技术及应用》的报告，届时，他将结合公司实际研发经验，详细解读合成石英砂的生产技术及应用领域。
参考来源：
[1]张鹏远等，合成石英砂工艺概况及几种石英砂的检测数据对比分析
[2]李爱民等，高纯合成石英的制备技术和应用
[3]韩静香等，化学沉淀法制备纳米二氧化硅
（中国粉体网编辑整理/九思）
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