Микропорошок кремнезема-высокой чистоты представляет собой ультрадисперсный порошкообразный материал, состоящий в основном из диоксида кремния (SiO₂). Его чистота обычно превышает 99,9%. Он широко используется в полупроводниковой упаковке, подложках интегральных схем, высококачественной-керамике и прецизионном шлифовании. Производственный процесс включает сложную очистку сырья, физическое дробление и химическую обработку, в конечном итоге достигая двойной цели: высокой чистоты и мелкого размера частиц посредством строгих методов контроля.
Выбор сырья и предварительная обработка
Приготовление микропорошка кремнезема высокой-чистоты начинается с сырья кремнезема высокой-чистоты, в первую очередь природного кварцевого песка, плавленого кварца или промышленного-гидролизата силана. Природный кварц проходит несколько стадий очистки, включая кислотную промывку (с использованием плавиковой кислоты, соляной кислоты и т. д. для удаления металлических примесей), высоко-прокаливание (для разложения органических загрязнений), а также промывку водой и фильтрацию для снижения содержания таких примесей, как железо, алюминий и кальций, до крайне низкого уровня. Плавленый кварц получают путем плавления природного кварца при высоких температурах в электродуговой печи или плазме. После охлаждения образует аморфный SiO₂ высокой-чистоты, который имеет более однородную структуру и пригоден для последующей переработки. Процесс дробления и классификации
Очищенное сырье подвергается дальнейшей очистке путем механического дробления или химического синтеза. Механические методы используют такое оборудование, как воздушно-струйные мельницы, шаровые мельницы или вибрационные мельницы, для измельчения сыпучего или гранулированного SiO₂ до микронных или даже субмикронных размеров (обычно 1–100 микрон). Чтобы избежать загрязнения металлами, мелющие тела и футеровки оборудования часто изготавливаются из инертных материалов, таких как оксид циркония или карбид вольфрама. Измельченный порошок разделяется по размеру частиц с использованием технологии классификации воздушного потока, чтобы обеспечить концентрированное распределение частиц по размерам.
Химическая очистка и обработка поверхности (дополнительно)
При требованиях к сверхвысокой чистоте (например, выше 99,99%) дополнительная очистка может быть достигнута химическими методами. Например, метод гидролиза силана включает гидролиз тетрахлорида кремния (SiCl₄) водородом при высокой температуре с получением ультрамелких частиц SiO₂. Остаточные ионы хлорида затем удаляются промыванием. Золь-метод включает гидролиз и поликонденсацию алкоксидов кремния с образованием однородного геля, который затем прокаливают для получения нано-микропорошка кремния высокой-чистоты. В некоторых случаях также требуется модификация поверхности порошка диоксида кремния (например, покрытие силановым связующим агентом) для улучшения диспергируемости и совместимости с материалом матрицы.
Контроль кристаллизации и окончательное тестирование
Чтобы дефекты кристаллов не влияли на производительность, большинство порошков кремнезема высокой-чистоты должны оставаться в аморфном состоянии (аморфный SiO₂). Быстрое охлаждение плавленого кварца или контролируемая температура прокаливания (обычно ниже 1200 градусов) могут подавить превращение в кристобалит или тридимит. Готовая продукция проходит лазерный анализ размера частиц, тестирование чистоты ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) и тестирование площади поверхности, чтобы гарантировать соответствие электронным или оптическим стандартам качества.
Таким образом, производство порошка кремнезема высокой-чистоты является синергетическим результатом очистки сырья, точной обработки и контроля качества. Его технические барьеры заключаются в эффективном удалении примесей и точном контроле микроструктуры, что лежит в основе его незаменимого статуса в высокотехнологичном-производстве.
