中国粉体网讯 硅微粉（SiO2）是一种无味、无毒、无污染的无机非金属材料。近年来球形硅微粉成为了国内粉体研究中的一个热点内容。球形硅微粉在大规模集成电路封装、航工航天、涂料、医药及日用化妆品等领域应用较多，是一种不可替代的重要填料。
图片来源：联瑞新材
1 球形硅微粉特性
球形硅微粉为白色粉末，纯度比较高，颗粒很细，具有良好的介电性能与导热率，并具备膨胀系数低、高耐热、高耐湿、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优点。与角形硅微粉相比，球形硅微粉具有以下优点。
(1)球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，使得树脂的添加量小，硅微粉的填充量达到最高，因此球形化意味着硅微粉填充率的增加，而硅微粉的填充率越高，其热膨胀系数就越小，导热系数也越低，也就越接近单晶硅的热膨胀系数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。
(2)与角形硅微粉制成的塑封料相比，球形的塑封料应力集中最小、强度最高，当角形粉的塑封料应力集中为1时，球形粉的应力仅为0.6。由此制成的微电子器件成品率高，便于运输、安装，并且在使用过程中不易产生机械损伤。
(3)相比于角形硅微粉，球形粉摩擦系数小，对模具的磨损小，使得模具的使用寿命可提高一倍。
2 球形硅微粉发展现状
世界上只有中国、美国、德国、日本等少数国家具备硅微粉生产能力。我们国家盛产石英并且矿源分布广泛，全国范围内的大小硅微粉厂近百家，但基本上都属于乡镇企业。由于国内大部分生产企业规模小、品种单一，采用非矿工业的常规加工设备，在工艺过程中缺乏系统的控制手段，很多企业硅微粉产品的纯度、粒度以及产品质量稳定性差，难以与进口产品抗衡。
目前，高端的球形硅微粉生产企业主要有：日本龙森公司、电化株式会社、日本新日铁公司、日本雅都玛公司等，国内企业包括联瑞新材和浙江华飞电子基材有限公司。电化株式会社、日本龙森公司和日本新日铁公司三家企业合计占据了全球球形硅微粉70%的市场份额，日本雅都玛公司则垄断了1微米以下的球形硅微粉市场。
3 球形硅微粉制备方法
目前国内外制备球形硅微粉的方法有物理法和化学法。物理法主要有火焰成球法、高温熔融喷射法、自蔓延低温燃烧法、等离子体法、和高温煅烧球形化等；化学方法主要有气相法、水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法等。
3.1火焰成球法
火焰成球法的工艺流程为：首先对高纯石英砂进行粉碎、筛分和提纯等前处理，然后将石英微粉送入燃气-氧气产生的高温场中，进行高温熔融、冷却成球，最终形成高纯度球形硅微粉。
火焰成球法生产工艺更加简单，有利于进行大规模工业生产，发展前景较好。通过火焰成球法制备的球形硅微粉可以符合集成电路封装需求。
3.2高温熔融喷射法
高温熔融喷射法是将高纯度石英在2100-2500℃下熔融为石英液体，经过喷雾、冷却后得到的球形硅微粉，其表面光滑，球形化率和非晶形率均可达到100％。高温熔融喷射法易保证球化率和无定形率，但该技术的难度是高温材料，粘稠的石英熔融液体的雾化系统以及解决防止污染和进一步提纯的问题。
3.3气相法
气相法是以硅卤烷作为原料，在高温条件下水解制备得到超细球形二氧化硅微粉。经水解反应的二氧化硅分子互相凝集形成球形颗粒，这些颗粒互相碰撞融合形成聚集体，这些聚集体便凝聚形成球形粉体。
该方法制备的产品中HCl等杂质含量高，pH低，不能作为主材料应用于电子产品中，只能少量加入，调整黏度、增加强度等功能，另外原料昂贵，设备要求较高，技术较复杂。
3.4化学沉淀法
沉淀法制备硅微粉是以水玻璃和酸化剂为原料，适时加入表面活性剂，控制反应温度，在沉淀溶液pH值为8时加入稳定剂，所得沉淀经洗涤、干燥、煅烧后形成硅微粉。沉淀法生成的硅微粉粒径均匀且成本低，工艺易控制，有利于工业化生产，但存在一定的团聚现象。
3.5水热合成法
水热合成法是液相制备纳米粒子的一种常用方法,一般在100-350℃温度和高气压环境下，使无机和有机化合物与水化合，利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生)将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区)形成过饱和溶液,继而结晶。得到的无机物再经过滤、洗涤和干燥，最终得到高纯、超细的微粒子。
水热法的可直接生成氧化物，避免了一般液相合成法需要经过锻烧转化成氧化物这一步骤，从而降低了硬团聚的形成几率。
4 球形硅微粉应用领域
4.1电子与电器行业
电子器件通常采用环氧塑封料（EMC）进行封装，而硅微粉作为常规用途的优良填充料，可以使环氧塑封料获得高性价比。球形硅微粉则因其高填充、高流动、低磨损、低应力的特性大量用于高端半导体器件封装。特别是精确控制粗大粒子的球形硅微粉，还可用于窄间隙封装的环氧塑封料，以及底部填充剂（Underfiller）、球形封装(Globetop)等液体封装树脂的填充料和各种树脂基板(Substrate)用填料。
电子与电器产品中的电源等组件常采用环氧或有机硅的电子灌封胶进行固封。结晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉可以根据热膨胀系数、导热性、粘度、成本等多方面的考量进行选用作为灌封胶填料。
4.3蜂窝陶瓷
汽车尾气净化用蜂窝陶瓷载体和柴油发动机尾气净化用堇青石材料的汽车尾气过滤器DPF(Diesel Particulate Filter)，以氧化铝、硅微粉等多种材料经混合、挤出成型、干燥、烧结等加工制得。球形硅微粉可以提高蜂窝陶瓷制品成型率、稳定性。
4.4油漆与涂料
球形硅微粉可以为涂料应用在耐刮擦、流平性、透明度、耐候性等方面带来优异的性能表现，其中包括装饰漆、木器漆、粉末涂料、防腐涂料、地坪涂料等。
4.5胶黏剂
球形硅微粉可以用于风电叶片及类似大型复合材料结构件的粘接用胶、建筑结构胶等胶黏剂领域，使得胶黏剂具有适当的粘度、优异的触变性和抗流挂性，粘接强度高、抗疲劳。
4.6尖端应用领域
亚微米球形硅微粉非常适合降低各种树脂和油漆的粘度，以及改善流动性，减少毛边等用途，广泛适用于半导体封装用各种树脂的流动性助长以及毛边减少的添加剂、炭粉外添剂、硅橡胶填充料、烧结材料和助剂、液体封装材料用填料、各种树脂填料、树脂基板、窄间隙用途。
参考来源：
【1】李勇，等.球形硅微粉制备方法与应用研究.
【2】李晓东，等.亚微米球形硅微粉的制备技术研究进展.新技术新工艺.2020.
【3】江苏联瑞新材料股份有限公司
【4】李建德，等.X射线衍射法分析球形二氧化硅微粉中α态晶体二氧化硅含量.广东化工.2021.
【5】阮建军. 球形硅微粉的研究进展.科技视界.
（中国粉体网编辑整理/星耀）
注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！
