آماده‌سازی فیزیکی دی‌اکسید سیلیکون: یک مرور جامع بر فرآیندها، ویژگی‌ها و کاربردها

ساخته شده در 08.01

آماده‌سازی فیزیکی دی‌اکسید سیلیکون: یک مرور جامع بر فرآیندها، ویژگی‌ها و کاربردها

در سیستم فنی برای تهیه دی‌اکسید سیلیکون، روش فیزیکی به دلیل مزایای فرآیند ساده و سازگاری خوب با محیط زیست، جایگاه مهمی در زمینه‌های صنعتی مانند لاستیک و پلاستیک دارد. مفهوم اصلی آن تغییر شکل و اندازه ذرات مواد اولیه از طریق اقدامات فیزیکی (مانند نیروی مکانیکی، رسوب بخار و ذوب در دماهای بالا) است تا در نهایت محصولات دی‌اکسید سیلیکون که الزامات را برآورده می‌کنند، به دست آید. در میان این‌ها، تهیه نانو دی‌اکسید سیلیکون بلوری عمدتاً به روش خرد کردن مکانیکی وابسته است.

I. انواع فرآیند اصلی: اصول، رویه‌ها و ویژگی‌ها

مسیرهای فرآیند آماده‌سازی فیزیکی دی‌اکسید سیلیکون بر روی "تنظیم مورفولوژی" و "کنترل اندازه ذرات" تمرکز دارند و عمدتاً به سه دسته تقسیم می‌شوند. هر نوع فرآیند از نظر تجهیزات، رویه‌ها و خواص محصول به طور قابل توجهی متفاوت است:

1. روش خرد کردن مکانیکی: انتخاب اصلی برای تولید انبوه صنعتی

به عنوان رایج‌ترین فرآیند فیزیکی، روش خردایش مکانیکی با شکستن ساختار بلوری مواد خام دی‌اکسید سیلیکون با نیروی خارجی، اندازه ذرات را کاهش می‌دهد. روند آن واضح است: کوارتز طبیعی یا دی‌اکسید سیلیکون صنعتی به عنوان ماده خام استفاده می‌شود و تجهیزاتی مانند آسیاب‌های گلوله‌ای و آسیاب‌های جت برای اعمال نیروهای ضربه، برش و اصطکاک به کار گرفته می‌شوند. پس از خردایش، فناوری طبقه‌بندی و جداسازی برای غربال کردن محصولات با اندازه ذرات هدف استفاده می‌شود.

محدوده اندازه ذرات محصولات این فرآیند معمولاً 10–200 نانومتر است، که بیشتر محصولات در محدوده 10–40 نانومتر متمرکز شده‌اند و برخی فرآیندهای بهینه‌سازی شده می‌توانند به 100–120 نانومتر دست یابند. با این حال، به دلیل محدودیت‌های ناشی از اصل عمل مکانیکی، ذرات به دلیل افزایش انرژی سطحی تمایل به تجمع دارند، بنابراین اصلاح سطح اضافی (به عنوان مثال، استفاده از عوامل جفت‌شونده سیلان) برای بهبود عملکرد پراکندگی لازم است. با این حال، این فرآیند مزایای برجسته‌ای دارد: جریان فرآیند ساده است، به مواد شیمیایی پیچیده نیاز ندارد، دارای سازگاری محیطی قوی است و برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب است، که آن را به فرآیند ترجیحی در زمینه‌های میان‌رده و پایین‌رده تبدیل می‌کند.

2. رسوب بخار فیزیکی (PVD): یک راه حل انحصاری برای فیلم‌های با خلوص بالا

فرآیند PVD بر روی آماده‌سازی فیلم‌های دی‌اکسید سیلیکون تمرکز دارد، که هسته آن تحقق رسوب مواد از طریق فرآیندهای فیزیکی در یک محیط خلاء است. این عمدتاً شامل دو زیرروش است:

پاشش واکنشی
پاشش فرکانس رادیویی (RF)

۳. روش ادغام شعله: یک فرآیند تخصصی برای میکروپودرهای سیلیکای کروی

این فرآیند به طور خاص برای تهیه میکروپودرهای سیلیکای کروی طراحی شده است. هسته آن استفاده از پلاسما با دمای بالا برای ذوب مواد خام است، که باعث می‌شود ذرات در دماهای بالا شکل کروی به خود بگیرند. با این حال، به دلیل نیاز به حفظ یک محیط با دمای بالا، مصرف انرژی آن به طور قابل توجهی بیشتر از سایر فرآیندهای فیزیکی است. معمولاً فقط در سناریوهایی که به ذرات کروی خاص نیاز دارند استفاده می‌شود و هنوز به یک فرآیند اصلی تبدیل نشده است.

II. ویژگی‌های اصلی فرآیند: همزیستی مزایا و محدودیت‌ها

ویژگی‌های آماده‌سازی فیزیکی دی‌اکسید سیلیکون الگوی "قطبی" را نشان می‌دهد. مزایای آن باعث می‌شود که در زمینه‌های خاص غیرقابل جایگزینی باشد، در حالی که محدودیت‌های آن مرزهای کاربردش را تعریف می‌کند.

1. مزایای اصلی: سازگاری با نیازهای صنعتی‌سازی میان‌رده تا پایین‌رده

مزایای فرآیند و محیط زیست
مزیت هزینه
سازگاری با عملکردهای خاص

2. محدودیت‌های کلیدی: محدود کردن پیشرفت‌ها در زمینه‌های با ارزش افزوده بالا

موانع خلوص و اندازه ذرات
مسائل تجمع و پراکندگی
محدودیت‌ها در عملکرد و فرآیندها

III. سناریوهای کاربرد: تمرکز بر روی زمینه‌های میان‌رده تا پایین‌رده، غیرقابل دسترس برای زمینه‌های با ارزش افزوده بالا

با تکیه بر مزایای خود در هزینه و فرآیند، سیلیکون دی‌اکسید تهیه‌شده به روش فیزیکی به‌طور گسترده‌ای در زمینه‌های صنعتی میان‌رده تا پایین‌رده استفاده می‌شود، اما رقابت با روش شیمیایی در زمینه‌های با ارزش افزوده بالا دشوار است.

1. زمینه‌های کاربرد اصلی: سازگاری با نیازهای صنعت پایه

صنعت لاستیک
تغییرات پلاستیکی
صنعت پوشش و جوهر
میدان‌های مواد شیمیایی روزانه و خوراک دام

2. مرزهای کاربرد: "نقص" در زمینه‌های با ارزش افزوده بالا

در زمینه‌های با ارزش افزوده بالا مانند الکترونیک (به عنوان مثال، دی‌اکسید سیلیکون با خلوص بالا برای بسته‌بندی تراشه) و داروسازی (به عنوان مثال، دی‌اکسید سیلیکون با درجه دارویی)، روش فیزیکی به دلیل مسائلی مانند خلوص ناکافی و دشواری در کنترل دقیق اندازه ذرات نمی‌تواند استانداردهای صنعتی را برآورده کند. در حال حاضر، هنوز نیاز به تکیه بر محصولات دی‌اکسید سیلیکون با خلوص بالا و فوق‌العاده ریز تهیه شده به روش شیمیایی وجود دارد.

IV. نتیجه‌گیری: موقعیت و جهت‌گیری آینده روش فیزیکی

روش فیزیکی برای تهیه دی‌اکسید سیلیکون یک "محلول پایه" در تولید صنعتی است. با مزایای فرآیند ساده، هزینه پایین و سازگاری خوب با محیط زیست، این روش در زمینه‌های میانه تا پایین مانند لاستیک، پلاستیک و پوشش‌ها موقعیت غالبی را اشغال کرده و فناوری مهمی برای حمایت از توسعه صنعت پایه است. با این حال، محدودیت‌های آن در خلوص، کنترل اندازه ذرات و اصلاح عملکرد تعیین می‌کند که شکستن موانع فنی در زمینه‌های با ارزش افزوده بالا دشوار است.

در آینده، جهت‌گیری توسعه روش فیزیکی ممکن است بر دو جنبه تمرکز کند: اول، بهبود یکنواختی اندازه ذرات و کاهش ریسک تجمع با بهینه‌سازی تجهیزات خردایش و فناوری طبقه‌بندی؛ دوم، ترکیب فرآیندهای ساده اصلاح شیمیایی (مانند اصلاح‌کننده‌های سطحی با هزینه کم) برای بهبود عملکرد محصولات در حالی که هزینه‌ها را کنترل می‌کند و به تدریج به زمینه‌های میان‌رده تا بالارده نفوذ کند تا توسعه مکملی با روش شیمیایی حاصل شود.

Contact

Leave your information and we will contact you.