專利名稱：高純球形無定型硅微粉的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅微粉的制備方法，屬于無機(jī)新材料技術(shù)領(lǐng)域。
高純球形無定形硅微粉可用作環(huán)氧樹脂的填料，以制備大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路器件的封裝材料，也可用作制備其它高檔電子器件的填料。
根據(jù)文獻(xiàn)檢索，現(xiàn)有的制備高純球形無定形硅微粉的方法主要有以下幾種1.由天然石英粉熔融噴射制備球形硅微粉(JPA58145613)，但因天然石英粉純度有限，特別是無法除去放射性元素，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2.由堿性硅酸鹽水解形成硅凝膠，再進(jìn)行熱處理(JPA582233)。此法得到的硅微粉焙燒時(shí)收縮嚴(yán)重，顆粒的表面光滑性、均勻性都較差，且大量廢水需處理，成本高。
3.硅酸酯在催化劑作用下水解制得硅凝膠后進(jìn)行焙燒(JPA63225538)。此方法所用原料成本高，所得硅微粉的表面光滑性和流動(dòng)性仍較差。
4.由四氯化硅乳化水解制得硅凝膠后經(jīng)焙燒得到高純球形硅微粉(CN1075154A)。此法生產(chǎn)成本高，且原料屬危險(xiǎn)品，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境有污染。
5.將堿金屬硅酸鹽和無機(jī)酸分別制成乳狀液后再混合，得硅凝膠，再用無機(jī)酸處理得硅微粉，熱處理后得高純球形硅微粉(GB2279944A)。此方法能制備出高純球形硅微粉，平均粒徑10～15μm，且需用大量高純(或電子級(jí))的無機(jī)酸提純產(chǎn)品，從而限制了硅微粉的生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用。
總之，制備硅微粉的方法雖然有多種，但都存在一定的不足，或者是方法的成本高，或者是產(chǎn)品的純度或其它性能還不能完全滿足使用要求。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新的制備方法，該方法的反應(yīng)條件更溫和，工藝過程更為簡單、成本更低，所得產(chǎn)品的純度、形狀、粒徑均能滿足使用要求。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)措施是一種制備高純球形無定形硅微粉的方法，該方法包括以下步驟a.將添加劑、水玻璃、溶劑和乳化劑按一定配比加入到反應(yīng)器中攪拌乳化；b.向上述反應(yīng)物中加入無機(jī)酸，并控制體系的pH值在酸性范圍；c.升溫到20～80℃，在200～500轉(zhuǎn)/分的速度攪拌下反應(yīng)10～120分鐘d.加純水繼續(xù)攪拌20～120分鐘，過濾，回收溶劑；e.濾餅加入含添加劑0.01～0.1％的5～15％H2SO4溶液中，在100℃以下攪拌20～120分鐘后過濾；f.濾餅用50～100℃的純水洗滌2～4次，干燥；g.將上述干燥產(chǎn)物在石英器皿中于600～1200℃下焙燒1～2小時(shí)即得成品。
其中，在步驟a中，溶劑的用量為水玻璃用量的0.5～10倍，乳化劑用量為水玻璃用量的0.25～5％，添加劑用量為水玻璃用量的0.01～0.1％。水玻璃濃度為20～30％，乳化轉(zhuǎn)速為500～10000轉(zhuǎn)/分。
在步驟b中，所用的無機(jī)酸的百分比濃度為10～20％，其中添加劑的含量范圍為0～10％；加酸時(shí)控制體系的pH值為1～6。
制備中所采用的乳化劑為非離子型表面活性劑，如山梨醇酐酯類、山梨醇酐聚氧乙烯類或烷基酚聚氧乙烯醚類等或其混合物。所用溶劑為C6～C8的烷烴、醚類、醇或芳香烴，也可以是它們的混合物。
添加劑包括氨羧類螯合劑、中性配合萃取劑、酸性配合萃取劑、胺類萃取劑或螯合萃取劑等，如乙二醇乙二醚二胺四乙酸(EGTA)、磷酸三丁酯、磷酸二丁酯、三烷基胺、β-二酮類等均可作為添加劑。
按照上述工藝步驟，選擇不同的參數(shù)條件，可制備出不同粒徑的高純球形硅微粉，即可以根據(jù)需要在5～40μm的范圍內(nèi)對(duì)產(chǎn)品的平均粒徑進(jìn)行調(diào)控。
經(jīng)成份分析，所得產(chǎn)品中鈾含量低于1ppb，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+及Cl-等離子的含量均低于1ppm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的技術(shù)方案所達(dá)到的有益效果本發(fā)明的制備方法工藝過程簡單，反應(yīng)與精制可同時(shí)在較低溫度下進(jìn)行，無需電子級(jí)酸，反應(yīng)用主要原料價(jià)格低廉、容易精制、溶劑可回收再利用，產(chǎn)品粒徑可根據(jù)需要在5～40μm的范圍調(diào)控，適合于電子器件的填料。
實(shí)施例1將100克水玻璃、50mg EGTA、100克石油醚、0.25g山梨醇酐單油酸酯(SP-80)在反應(yīng)器中乳化4分鐘，乳化轉(zhuǎn)速7500轉(zhuǎn)/分。乳化結(jié)束后，一邊攪拌，一邊加入60ml 20％H2SO4溶液，再加入5ml磷酸酯，反應(yīng)1小時(shí)，過濾，濾餅中加入含50mg EGTA的10％H2SO4溶液，于80℃純化1小時(shí)，過濾后，再用純水洗至濾液中檢測不到SO42-、Cl-和Fe3+，干燥后于700℃下鍛燒1小時(shí)，得成品，檢測Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-的含量均＜1ppm，鈾含量＜1ppb，平均粒徑10μm。
實(shí)施例2將100g水玻璃、60mg EGTA、200g環(huán)己烷和1g SP-80加入到反應(yīng)器中，在7500轉(zhuǎn)/分的速度下乳化4分鐘。乳化結(jié)束后一邊攪拌一邊加入90ml15％H2SO4，反應(yīng)1小時(shí)后過濾，濾餅加入含50mg EGTA的10％H2SO4溶液，于80℃純化1小時(shí)，過濾后濾餅用純水洗滌4次，干燥后于700℃下煅燒1小時(shí)，即得平均粒徑為12μm的球形硅微粉。雜質(zhì)分析結(jié)果為鈾含量低于1ppb、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-含量均低于1ppm。
權(quán)利要求
1.一種制備高純球形無定型硅微粉的方法，其特征在于該方法包括如下步驟a.將添加劑水玻璃、溶劑和乳化劑按一定配比加入到反應(yīng)器中攪拌乳化；b.向上述反應(yīng)物中加入無機(jī)酸，并控制體系的pH值為酸性范圍；c.升溫到20～80℃，在200～500轉(zhuǎn)/分的速度攪拌下反應(yīng)10～120分鐘；d.加純水繼續(xù)攪拌20～120分鐘，過濾，回收溶劑；e.濾餅加入含添加劑0.01～0.1％的5～15％H2SO4溶液中，在100℃以下攪拌20～120分鐘后過濾；f.濾餅用50～100℃的純水滌2～4次，干燥；g.將上述產(chǎn)物在石英器皿中于600～1200℃下焙燒1～2小時(shí)即得成品。
2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟a中乳化溶劑的用量為水玻璃用量的0.5～10倍，乳化劑用量為水玻璃用量的0.25～5％，添加劑用量為水玻璃用量的0.01～0.1％。
3.按權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于乳化時(shí)的攪拌速度為500～10000轉(zhuǎn)/分。
4.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在步驟b中所述無機(jī)酸的百分比濃度為10～20％，并含有0～10％的添加劑。
5.按權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征是所述的乳化劑為非離子表面活性劑。
6.按權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征是所述的乳化劑為山梨醇酐酯類、山梨醇酐酯聚氧乙烯類、烷基酚聚氧乙烯醚類，或其混合物。
7.按權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征是所述的乳化溶劑為C6～C8的烷烴和環(huán)烷烴、醚類、醇、芳香烴或其混合物。
8.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在步驟b中控制體系的pH值為1～6。
9.按權(quán)利要求1、2或4所述的制備方法，其特征是所述的添加劑為氨羧類螯合劑、中性配合萃取劑、酸性配合萃取劑、胺類萃取劑或螯合萃取劑。
10.按權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述的添加劑為乙二醇二乙醚二胺四乙酸、磷酸三丁酯、磷酸二丁酯、三烷基胺或β-二酮類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新的制備高純球形無定型硅微粉的方法。該方法以水玻璃和無機(jī)酸為主要原料,通過控制溶劑、乳化劑與水玻璃的比例,乳化時(shí)的轉(zhuǎn)速及添加劑用量等條件參數(shù),制備放射性元素鈾含量小于1ppb,常見離子含量均小于1ppm的球形硅微粉,平均粒徑可在5～40μm之間調(diào)控,該產(chǎn)品可用作環(huán)氧樹脂的填料,以制備大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路器件的封裝材料,還可用作制備其它高檔電子器件的填料。
文檔編號(hào)C01B33/12GK1188075SQ9710900
公開日1998年7月22日 申請(qǐng)日期1997年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月14日
發(fā)明者袁良杰, 何治柯 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)