Physikalische Vorbereitung von Siliciumdioxid: Ein umfassender Überblick über Prozesse, Eigenschaften und Anwendungen

Erstellt 08.01

Physikalische Vorbereitung von Siliciumdioxid: Ein umfassender Überblick über Prozesse, Eigenschaften und Anwendungen

Im technischen System zur Herstellung von Siliziumdioxid nimmt das physikalische Verfahren aufgrund seiner Vorteile eines einfachen Prozesses und einer guten Umweltfreundlichkeit eine wichtige Position in industriellen Bereichen wie Gummi und Kunststoffen ein. Das Kernkonzept besteht darin, die Form und Partikelgröße der Rohstoffe durch physikalische Aktionen (wie mechanische Kraft, Dampfbeschichtung und Hochtemperaturschmelzen) zu verändern, um schließlich Siliziumdioxidprodukte zu erhalten, die den Anforderungen entsprechen. Unter diesen Verfahren beruht die Herstellung von kristallinem Nano-Siliziumdioxid hauptsächlich auf der mechanischen Zerkleinerungsmethode.

I. Kernprozessarten: Prinzipien, Verfahren und Merkmale

Die Prozessrouten zur physikalischen Vorbereitung von Siliciumdioxid konzentrieren sich auf "Morphologieregulierung" und "Partikelgrößenkontrolle" und sind hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt. Jeder Typ des Prozesses unterscheidet sich erheblich in Bezug auf Ausrüstung, Verfahren und Produkteigenschaften:

1. Mechanisches Zerkleinerungsverfahren: Die Hauptwahl für die industrielle Massenproduktion

Als der am häufigsten verwendete physikalische Prozess reduziert die mechanische Zerkleinerungsmethode die Partikelgröße, indem sie die Kristallstruktur von Siliciumdioxid-Rohstoffen mit äußerer Kraft bricht. Der Prozessablauf ist klar: Natürlicher Quarz oder Siliciumdioxid in Industriequalität wird als Rohmaterial verwendet, und Geräte wie Kugelmühlen und Strahlmühlen werden eingesetzt, um Schlag-, Scher- und Reibungskräfte anzuwenden. Nach dem Zerkleinern wird die Klassifizierungs- und Trenntechnologie verwendet, um Produkte mit der gewünschten Partikelgröße auszusieben.

Der Partikelgrößenbereich der Produkte aus diesem Prozess liegt normalerweise zwischen 10 und 200 nm, wobei die meisten Produkte im Bereich von 10 bis 40 nm konzentriert sind, und einige optimierte Prozesse können 100 bis 120 nm erreichen. Allerdings neigen Partikel, begrenzt durch das Prinzip der mechanischen Wirkung, dazu, sich aufgrund der erhöhten Oberflächenenergie zu agglomerieren, sodass eine zusätzliche Oberflächenmodifikation (z. B. durch die Verwendung von Silan-Kopplungsagentien) erforderlich ist, um die Dispersionsleistung zu verbessern. Dennoch hat es herausragende Vorteile: Der Prozessablauf ist einfach, es sind keine komplexen chemischen Reagenzien erforderlich, es hat eine hohe Umweltfreundlichkeit und ist für die industrielle Großproduktion geeignet, was es zum bevorzugten Prozess in mittleren bis niedrigen Bereichen macht.

2. Physikalische Dampfabscheidung (PVD): Eine exklusive Lösung für hochreine Filme

Der PVD-Prozess konzentriert sich auf die Herstellung von Siliziumdioxidfilmen, wobei der Kern die Realisierung der Materialablagerung durch physikalische Prozesse in einer Vakuumumgebung ist. Er umfasst hauptsächlich zwei Untermethoden:

Reaktive Sputtern
Radiofrequenz (RF) Sputtern

3. Flame Fusion Methode: Ein spezialisierter Prozess für sphärische Silica-Mikropulver

Dieser Prozess ist speziell für die Vorbereitung von sphärischen Silica-Mikropulvern konzipiert. Sein Kern besteht darin, Hochtemperaturplasma zu verwenden, um Rohmaterialien zu schmelzen, wodurch die Partikel bei hohen Temperaturen eine sphärische Form annehmen. Aufgrund der Notwendigkeit, eine Hochtemperaturumgebung aufrechtzuerhalten, ist jedoch der Energieverbrauch erheblich höher als bei anderen physikalischen Prozessen. Er wird normalerweise nur in Szenarien verwendet, die spezifische sphärische Partikel erfordern, und ist kein Mainstream-Prozess geworden.

II. Kernmerkmale des Prozesses: Koexistenz von Vorteilen und Einschränkungen

Die Eigenschaften der physikalischen Vorbereitung von Siliciumdioxid zeigen ein "polarisiertes" Muster. Seine Vorteile machen es in bestimmten Bereichen unersetzlich, während seine Einschränkungen die Anwendungsgrenzen definieren.

1. Kernvorteile: Anpassung an die Bedürfnisse der mittel- bis niedrigpreisigen Industrialisierung

Prozess- und Umweltvorteile
Kosten Vorteil
Anpassungsfähigkeit an spezifische Funktionen

2. Schlüsselbeschränkungen: Einschränkungen von Durchbrüchen in hochgradig wertschöpfenden Bereichen

Reinheit und Partikelgrößenengpässe
Agglomerations- und Dispersionsprobleme
Einschränkungen in der Funktionalisierung und den Prozessen

III. Anwendungszenarien: Fokussierung auf Mittel- bis Niedrigpreissegmente, unerreichbar für hochgradig wertschöpfende Bereiche

Aufgrund seiner Vorteile in Kosten und Prozess wird Siliciumdioxid, das nach dem physikalischen Verfahren hergestellt wird, in mittel- bis niedrigpreisigen Industriefeldern weit verbreitet eingesetzt, hat jedoch Schwierigkeiten, im Bereich der hochgradig wertschöpfenden Felder mit dem chemischen Verfahren zu konkurrieren.

1. Hauptanwendungsbereiche: Anpassung an die Bedürfnisse der Grundindustrie

Gummiindustrie
Kunststoffmodifikation
Beschichtungs- und Druckfarbenindustrie
Tägliche Chemikalien- und Futtermittelbereiche

2. Anwendungsgrenzen: Das "Manko" in hochgradig wertschöpfenden Bereichen

In Bereichen mit hohem Mehrwert wie Elektronik (z. B. hochreines Siliziumdioxid für die Chipverpackung) und Pharmazie (z. B. pharmazeutisches Siliziumdioxid) kann das physikalische Verfahren aufgrund von Problemen wie unzureichender Reinheit und Schwierigkeiten bei der präzisen Partikelgrößenkontrolle die Branchenstandards nicht erfüllen. Derzeit muss es weiterhin auf hochreine, ultrafeine Siliziumdioxidprodukte zurückgreifen, die durch das chemische Verfahren hergestellt werden.

IV. Fazit: Die Positionierung und zukünftige Ausrichtung der physikalischen Methode

Die physikalische Methode zur Herstellung von Siliciumdioxid ist eine "Basislösung" in der industriellen Produktion. Mit den Vorteilen eines einfachen Prozesses, niedriger Kosten und guter Umweltfreundlichkeit nimmt sie eine dominante Position in den Bereichen Mittel- bis Niedrigpreis wie Gummi, Kunststoffe und Beschichtungen ein und ist eine wichtige Technologie, die die Entwicklung der Grundindustrie unterstützt. Ihre Einschränkungen in Bezug auf Reinheit, Partikelgrößenkontrolle und funktionale Modifikation bestimmen jedoch, dass es schwierig ist, die technischen Barrieren in hochgradig wertschöpfenden Bereichen zu durchbrechen.

In der Zukunft könnte die Entwicklungsrichtung der physikalischen Methode auf zwei Aspekte fokussieren: Erstens die Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Partikelgröße und die Reduzierung des Risikos der Agglomeration durch die Optimierung von Zerkleinerungsanlagen und Klassifikationstechnologien; zweitens die Kombination einfacher chemischer Modifikationsprozesse (wie kostengünstige Oberflächenmodifikatoren), um die Produktfunktionen zu verbessern und gleichzeitig die Kosten zu kontrollieren, und schrittweise in mittlere bis hochpreisige Bereiche vorzudringen, um eine komplementäre Entwicklung mit der chemischen Methode zu erreichen.

Kontakt

Hinterlassen Sie Ihre Informationen und wir werden uns mit Ihnen in Verbindung setzen.