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Préparation physique du dioxyde de silicium : Un aperçu complet des processus, des caractéristiques et des applications
Créé le 08.01
Préparation physique du dioxyde de silicium : un aperçu complet des processus, des caractéristiques et des applications
Dans le système technique de préparation du dioxyde de silicium, la méthode physique occupe une position importante dans des domaines industriels tels que le caoutchouc et les plastiques en raison de ses avantages de processus simple et de bonne compatibilité environnementale. Son concept clé est de modifier la forme et la taille des particules des matières premières par des actions physiques (telles que la force mécanique, le dépôt de vapeur et la fusion à haute température) pour obtenir finalement des produits de dioxyde de silicium conformes aux exigences. Parmi ceux-ci, la préparation du nano-dioxyde de silicium cristallin repose principalement sur la méthode de broyage mécanique.
I. Types de processus fondamentaux : Principes, Procédures et Caractéristiques
Les processus de préparation physique du dioxyde de silicium se concentrent sur la "régulation de la morphologie" et le "contrôle de la taille des particules", et sont principalement divisés en trois catégories. Chaque type de processus diffère considérablement en termes d'équipement, de procédures et de propriétés des produits :
1. Méthode de concassage mécanique : le choix principal pour la production industrielle de masse
En tant que processus physique le plus largement utilisé, la méthode de broyage mécanique réduit la taille des particules en brisant la structure cristalline des matières premières de dioxyde de silicium par une force externe. Son flux de processus est clair : le quartz naturel ou le dioxyde de silicium de qualité industrielle est utilisé comme matière première, et des équipements tels que des broyeurs à billes et des broyeurs à jet sont employés pour appliquer des forces d'impact, de cisaillement et de friction. Après le broyage, une technologie de classification et de séparation est utilisée pour trier les produits avec la taille de particule cible.
La plage de taille des particules des produits issus de ce processus est généralement de 10 à 200 nm, la plupart des produits étant concentrés dans la plage de 10 à 40 nm, et certains processus optimisés peuvent atteindre 100 à 120 nm. Cependant, limité par le principe de l'action mécanique, les particules ont tendance à s'agglomérer en raison de l'augmentation de l'énergie de surface, donc une modification de surface supplémentaire (par exemple, en utilisant des agents de couplage silane) est nécessaire pour améliorer les performances de dispersion. Néanmoins, il présente des avantages notables : le flux de processus est simple, aucun réactif chimique complexe n'est nécessaire, il est fortement respectueux de l'environnement et il est adapté à la production industrielle à grande échelle, ce qui en fait le processus préféré dans les domaines de milieu à bas de gamme.
2. Dépôt de vapeur physique (PVD) : Une solution exclusive pour des films de haute pureté
Le processus PVD se concentre sur la préparation de films de dioxyde de silicium, l'essentiel étant la réalisation du dépôt de matériau par des processus physiques dans un environnement sous vide. Il comprend principalement deux sous-méthodes :
- Sputtering réactif
- Sputtering par Radiofréquence (RF)
3. Méthode de fusion par flamme : un processus spécialisé pour les micropoudres de silice sphériques
Ce processus est spécifiquement conçu pour la préparation de micropoudres de silice sphériques. Son cœur est d'utiliser un plasma à haute température pour fondre les matières premières, faisant en sorte que les particules prennent une forme sphérique à haute température. Cependant, en raison de la nécessité de maintenir un environnement à haute température, sa consommation d'énergie est significativement plus élevée que celle d'autres processus physiques. Il est généralement utilisé uniquement dans des scénarios nécessitant des particules sphériques spécifiques et n'est pas devenu un processus courant.
II. Caractéristiques fondamentales du processus : Coexistence des avantages et des limitations
Les caractéristiques de la préparation physique du dioxyde de silicium montrent un motif "polarisé". Ses avantages le rendent irremplaçable dans des domaines spécifiques, tandis que ses limitations définissent ses limites d'application.
1. Avantages principaux : S'adapter aux besoins de l'industrialisation de milieu à bas de gamme
- Avantages en matière de processus et d'environnement
- Avantage de coût
- Adaptabilité aux fonctions spécifiques
2. Limitations clés : Restriction des percées dans les domaines à forte valeur ajoutée
- Bouteilles de pureté et de taille des particules
- Problèmes d'agglomération et de dispersion
- Limitations dans la fonctionnalisation et les processus
III. Scénarios d'application : Axé sur les domaines de milieu à bas de gamme, inaccessible pour les domaines à forte valeur ajoutée
S'appuyant sur ses avantages en termes de coût et de processus, le dioxyde de silicium préparé par la méthode physique est largement utilisé dans les domaines industriels de milieu à bas de gamme, mais il est difficile de rivaliser avec la méthode chimique dans les domaines à forte valeur ajoutée.
1. Domaines d'application grand public : S'adapter aux besoins de l'industrie de base
- Industrie du caoutchouc
- Modification Plastique
- Industrie des revêtements et des encres
- Domaines des produits chimiques quotidiens et des aliments pour animaux
2. Limites d'application : le "défaut" dans les domaines à forte valeur ajoutée
Dans des domaines à forte valeur ajoutée tels que l'électronique (par exemple, le dioxyde de silicium de haute pureté pour l'emballage de puces) et les produits pharmaceutiques (par exemple, le dioxyde de silicium de qualité pharmaceutique), la méthode physique ne peut pas répondre aux normes de l'industrie en raison de problèmes tels qu'une pureté insuffisante et des difficultés dans le contrôle précis de la taille des particules. Actuellement, il est encore nécessaire de s'appuyer sur des produits de dioxyde de silicium ultra-fin et de haute pureté préparés par la méthode chimique.
IV. Conclusion : Le positionnement et la direction future de la méthode physique
La méthode physique de préparation du dioxyde de silicium est une "solution de base" dans la production industrielle. Avec les avantages d'un processus simple, de faibles coûts et une bonne compatibilité environnementale, elle occupe une position dominante dans les domaines intermédiaires à bas de gamme tels que le caoutchouc, les plastiques et les revêtements, et constitue une technologie importante soutenant le développement de l'industrie de base. Cependant, ses limitations en termes de pureté, de contrôle de la taille des particules et de modification fonctionnelle déterminent qu'il est difficile de franchir les barrières techniques des domaines à forte valeur ajoutée.
À l'avenir, la direction de développement de la méthode physique pourrait se concentrer sur deux aspects : d'abord, améliorer l'uniformité de la taille des particules et réduire le risque d'agglomération en optimisant l'équipement de broyage et la technologie de classification ; ensuite, combiner des processus de modification chimique simples (tels que des modificateurs de surface à faible coût) pour améliorer les fonctions des produits tout en contrôlant les coûts, et pénétrer progressivement dans des domaines de milieu à haut de gamme pour réaliser un développement complémentaire avec la méthode chimique.
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