范文一:纳米二氧化硅的制备
纳米二氧化硅的制备
专业:凝聚态 学号:51110602021 作者:张红敏
摘 要
本文简单综述了一下纳米二氧化硅的各种制备方法,包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法,并对未来制备纳米二氧化硅的方法提出了一点展望。
关键词:纳米二氧化硅,制备,展望
1. 引言
纳米二氧化硅为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,其颗粒尺寸小,粒径通常为20~200nm,化学纯度高,分散性好,比表面积大,耐磨、耐腐蚀,是纳米材料中的重要一员。由于纳米二氧化硅表面存在不饱和的双键以及不同键合状态的羟基,具有常规粉末材料所不具备的特殊性能,如小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应、宏观量子隧道效应和特殊光电性等特点[1],因而表现出特殊的力学、光学、电学、磁学、热学和化学特性,加上近年来随着纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研究的深入, 纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、功能材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用。
2. 纳米二氧化硅的制备
经过收集资料,查阅一些教科书籍和文献,发现二氧化硅有各种形形色色不同的制备方法, 主要包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法等等。现在一个个介绍如下:
2.1. 化学沉淀法
化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法。这种方法的基本原理是利用金属盐或碱的溶解度, 调节溶液酸度、温度、溶剂, 使其产生沉淀, 然后对沉淀物进行洗涤、干燥、热处理制成超细粉体[2]。
可以采用硅酸钠和氯化铵为原料, 以乙醇水溶液为溶剂, 采用化学沉淀法制备得到纳米SiO2 。将去离子水与无水乙醇以一定浓度混合盛于三口瓶中, 加入一定质量的硅酸钠和少量分散剂, 置于恒温水浴中, 凋节至40±1℃, 搅拌状态下加入氯化铵溶液, 即出现乳白色沉淀, 洗涤, 抽滤, 100℃烘干,置于马弗炉450 ℃焙烧1h, 得到白色轻质的SiO2 粉末。所得SiO2 颗粒为无定形结构, 近似球形, 粒径30~50nm, 部分颗粒间通过聚集相互联结, 表面有蜂窝状微孔。 以水玻璃(模数为3.3)和盐酸为原料[4],在超级恒温水浴中控制在40~50℃ 左右进行沉淀反应, 控制终点pH 值5~6, 得到的沉淀物采用离心法洗涤去掉Cl, 然后在110℃下干燥12 h, 再于500℃进行焙烧即可得到产品。制得SiO2 粒-[3]
径在50~60nm, 比表面积大, 分散性好。
化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉, 能耗小, 工艺简单, 易于工业化等优点, 但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题。
2.2. 气相法
激光激活化学气相沉积(LICVD)[5]是制备纳米SiO2的有效方法之一。该方法比较容易制备出晶态和非晶态纳米粒子,具有清洁、无壁效应、粒度分布均匀,无黏结、产量高、可连续生产及应用广泛等优点。为了获得高纯超细SiO2粉末,工艺中利用SiCl4气相原料反应物激活后发生反应,基本化学反应方程式为:
SiCl4﹢O2 → SiO2﹢Cl2 ↑
为充分利用SiCl4 ,O2 与SiCl4一般混合比至少为4:1,在温度为1120~1200℃,氧气流量为0.5~1.0 L/min,激光功率为300~350W时,15min便可生成SiO2纳米粉末。
气相法原料昂贵,设备要求高, 生产流程长, 能耗大。
2.3. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种材料制备方法。它的基本过程是: 一些易水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐) 在某种溶剂中与水发生反应, 经过水解与缩聚而逐渐凝胶化, 再经过干燥等后处理工序, 就可制得所需的粉体材料。
将正硅酸四乙酯、乙醇、去离子水[6]按体积比1:2:2配制成溶液, 将溶液升温至70℃搅拌1.5h,再在溶液中加入适量的催化剂, 继续搅拌1h 后形成乳白色凝胶, pH 控制在5~6, 反应完成后,陈化,干燥,研磨得凝胶粉, 经马弗炉在600℃高温焙烧1~2h 后, 得到SiO2 粉体。样品经检测粒径在8~14nm, 分散均匀, 外周呈圆形。
溶胶-凝胶法原料昂贵, 制备时间长。
2.4. 微乳液法
微乳液是指由油、水、乳化剂与助表面活性剂(如醇)等4个组分以适当比例混合自发形成的透明或半透明多相各相同性热力学稳定系统, 具有粒子细小、大小均一、粒径分布窄、稳定性高及其微异相本质可被用于在分子水平上控制合成
粒子的性质,可达到合成粒度均匀性好的纳米粒子的目的, 已成功用于合成诸如金属纳米粒子、金属卤化物、碳酸盐、氧化物等纳米粒子及有机聚合物纳米粒子材料[7]。
以Triton X-100/正辛醇/环己烷/水(或氨水)形成微乳液, 以正硅酸乙酯为原料, 经水解反应制备得到SiO2纳米粒子。工艺过程为: 先配制一定质量比的Triton X-100和正辛醇混合液, 再加入一定量环己烷, 超声波振荡均匀, 成浑浊乳状液,然后滴加水, 至系统突然变得透明, 即得所需W/O型微乳液。在此微乳液中滴加正硅酸乙酯, 其分子扩散透过反胶束界面膜向胶束中水核内渗透, 继而发生水解缩合反应, 之后反应混合物以体积比为75的丙酮水溶液絮凝, 乙醇洗涤, 100℃真空干燥2h,650℃煅烧2h,得纯白色SiO2 粉体, 样品经检测为无定型SiO2 ,粒径40~50nm。
微乳法制备纳米粒子粒径调控方便,所得粒子分散性好,故微乳法在制备超细微粒方面有着广阔的前景。但微乳液法成本高、有机物难以去除,易对环境造成污染。 [8]
2.5. 超重力法
超重力法是指在超重力反应器中制备纳米粒子的一种方法。超重力反应器(旋转填充床) 是一种利用比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境, 通过产生巨大的剪切力, 使微观混合和传质过程得到极大强化、使过饱和度分布均匀, 从而快速、高质量制备纳米级粉体材料的新型反应器[9]。
将一定浓度的水玻璃溶液静置过滤后置于超重力反应器中, 升温至反应温度, 加人絮凝剂和表面活性剂, 开启旋转填充床和液料循环泵不断搅拌和循环回流, 温度稳定后, 通人CO2气体进行反应,同时定时取样测定物料的pH值, 当pH值稳定后停止进气。加酸调节料液的pH值, 并保温陈化, 最后经过洗涤、抽滤、干燥、研磨、过筛等操作, 制得粒度为30nm的二氧化硅粉体。用超重力法制备的纳米二氧化硅粒子大小均匀,平均粒径小于30nm。在超重力环境中, 传质过程和微观混合过程得到了极大的强化,大大缩短了反应时间[10]。
2.6. 机械粉碎法
机械粉碎法是二氧化硅的一种物理制备方法。它的原理是通过超细粉碎机械产生的冲击、剪切、摩擦等力的综合作用对大颗粒二氧化硅进行超细粉碎,然后
利用高效分组装置分离不同粒径的颗粒, 从而实现纳米二氧化硅粉末粒度分布的均匀化与特定化。物理方法的生产工艺简单、生产量大、生产过程易于控制, 但对原料要求较高, 且随着粒度减小, 颗粒因表面能增大而团聚, 难以进一步缩小粉体颗粒粒径。
为了解决这一矛盾, 可以融合功率超声和搅拌粉碎, 利用研磨介质互相碰撞产生的挤压、剪切、冲击等作用力, 以及超声空化作用产生的高能冲击波和微射流的共同作用, 使一定浓度的原料在粉碎筒中被同步粉碎与分散。该方法综合了功率超声与机械搅拌粉碎的优点, 使产品易于达到纳米级且介观分散均匀、分布窄[12]。 [11]
2.7. 其他方法
随着研究的深入开展, 为了降低成本, 制得粒径小、粒度分布窄、形貌优良的纳米二氧化硅粉体, 许多学者开展了创新性的研究。还有固相反应法,利用蛇纹石制备二氧化硅等等,除此之外,还可以用同样的方法而改用其他原料制备纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的制备方法已经发展得很完备了。
3. 小结
作为一种高科技的纳米材料,纳米二氧化硅的制备方法已经多种多样了,但是我们还是要思考一些问题。比如如何有效地控制制备出来的纳米二氧化硅的粒径和形貌;如何减少生产成本,以适应于大规模的生产等等。因此我觉得我们有必要更加了解一下二氧化硅各种制备方法,了解其中各个参量的改变对制备的纳米二氧化硅的影响等等,以寻求更加经济有效的制备方法。我们也可以尝试将这些制备方法中的两种或多种方法综合在一起使用,取其利而去其弊,以创造更加有效地方法。
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范文二:二氧化硅的用途
二氧化硅的用途
二氧化硅的用途很广。自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子工业的重要 部件、光学仪器和工艺品。 二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。 一般较纯净的石英,可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小,相当于 普通玻璃的1/18,能经受温度的剧变,耐酸性能好(除HF外),因此,石英玻璃 常用来制造耐高温的化学仪器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。 从硅石获得消光剂的方法很多,根据其制造工艺主要可以分为两类。一类是热液法制造,生产的二氧化硅形态相对较为松软。用硅胶制造的产品质地则较硬。经过处理后的两类产品均可制成标准的二氧化硅消光剂。处理过程是指使用有机(石蜡)或无机材料对二氧化硅表面进行一定程度的改性。与硅胶消光剂相比,处理过的二氧化硅拥有不同的粒径、粒径分布和孔隙体积。热液法消光剂在粒径和分布方面也不同。未处理与处理过的产品也有所不同。目前只有一种消光剂适应于特殊场合,该消光剂采用热解法制造,拥有很强的消光效率,且特别适用于水基涂料体系。 二氧化硅的消光效果相对较强,浓度较高时可能导致粘度升高。储存过程中有沉淀的趋势,特别是未经处理的二氧化硅。为了避免积聚,我们可以使用石蜡或热解法二氧化硅。该消光剂能够调节45°、60°和85°方位的消光度。添加了二氧化硅消光剂的涂料可以进行罩涂。所有这些都是‘stir-in’产品。 合成的硅酸铝能部分替代二氧化钛做为一种高质量增量剂使用,可应用于乳液底漆。该产物在干燥的乳液漆膜中能表现出均衡的消光效果。在长油醇酸树脂体系中可做为消光剂使用,
但必须与颜料和填料一起进行分散。除了在粉末涂料系统中,二氧化硅消光剂可应用于所有的涂料。
范文三:二氧化硅表面的GPTMS修饰
第20卷第7,8期化
学
进
展
v01.20No.7,8
2008年8月
PROGRESSINCHEMISTRY
Aug.,2008
二氧化硅表面的GPTMS修饰*
李德亮1’2一
王
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(1.河南大学特种功能材料重点实验室
开封475004;2.河南大学化学化工学院
开封475004;
3.成都理工大学材料与化学化工学院
成都610059)
摘
要
纳米二氧化硅(G删s.siO:)正在被广泛应用。本文对近年来GPTMs修饰二氧化硅的研究进行了简要概述:
y.(2,3.环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(G删s)是一种重要的硅烷偶联剂,由G删S修饰的
介绍了GPl’MS修饰纳米二氧化硅的典型方法、修饰机理及存在的问题;归纳了门.IR、xPs、NMR、元素分析、AFM等表征GPlMS修饰层手段及G朗MS.Si0,表面环氧基的测定方法;探讨了不同修饰方法对所形成的
GPlMs层结构及稳定性的影响;阐述了GPlMS修饰二氧化硅在色谱固定相、生化分析分离、光学材料、涂料黏合剂工业、介孔催化等领域的应用;并对其新的合成方法、分析评价体系、活性基团的测定方法及应用领域等作了展望。
关键词
GPrrMS二氧化硅
表面修饰中图分类号:0627.4;TB383
文献标识码:A
文章编号:1005.28Ix(2008)07/8.1115-07
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modification
收稿:2007年9月,收修改稿:200r7年11月
*河南大学自然科学基金重点项目(No.Ⅺ(06z嗍)资助
**通讯联系人e.mail:lidehIIg@henu.edu.姐
万
方数据
化学1
引言
y.(2,3.环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷,别名
3.缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(G胛MS)是一种
重要的硅烷偶联剂。在它的分子中,同时具有能与无机材料¨’21(如玻璃、金属等)结合的甲氧基和与有机材料(如合成树脂等)结合的环氧基,所以GPTMS是二氧化硅材料(包括二氧化硅纳米粒子、微米尺度的硅胶、活化的玻璃片等)表面改性的优良修饰剂。
G硎s修饰二氧化硅常见的方法有液相修饰
法‘卜71和溶胶凝胶法¨’9l。GPrrMS修饰后的二氧化硅可以用傅立叶变换红外光谱(Fr.IR)和漫反射傅立叶变换红外光谱(DRIF1.)¨卜121、x射线光电子能谱(XPs)¨3-15]、核磁共振波谱(NMR)¨卜哺]、元素分析¨卜引、原子力显微镜(AFM)‘2卜圳等手段表征。通过这些表征,可以了解二氧化硅表面上修饰GPl’Ms的量、GPrrMS层的厚度、环氧值及成键结构等信息。大量的研究表明Ⅲ一引,不同修饰方法生成的GPlMS层在化学稳定性上也存在着差别,而GPlMS层的化学稳定性和修饰的GfrrMS量决定着其修饰的二氧化硅的性能和应用。通过GPrrMs修饰二氧化硅的表面活性环氧基可以和多种无机离子或无机、有机、
生物分子发生反应,使得其在分析科学‘铲引、生命
科学‘33一圳、光学滔瑚’37|、工业‘鹞一柚]、催化…一圳等领域具有广泛的应用前景。
本文主要对近年来GPrMs修饰二氧化硅的研究进展进行概述,介绍了GPlMs修饰二氧化硅的方法、Si晚一CPrMS层的表征手段及环氧基含量测定,探讨了不同修饰方法的差异性和GPlMs修饰层的结构及稳定性,并对G删S修饰二氧化硅未来研究
的发展趋势进行了展望。
2
GPTMS修饰二氧化硅的主要方法
GPrrMS修饰二氧化硅常见的方法有液相修饰法和凝胶溶胶法。液相修饰法又分为含水溶剂中修饰和有机溶剂中修饰等多种方法。修饰机理主要是二氧化硅材料表面的物理吸附水和硅羟基在不同条件下与环氧硅烷偶联剂的功能团发生反应生成共价键。其主要反应机理:(1)在有水条件下,GPTMS分
子中的甲氧基先与水分子作用水解生成si—OH(水
解反应,图l所示),生成的Si—OH和二氧化硅表面
的Si—OH发生缩水反应,形成Si~卜si键(键合
反应,图2所示)。同时,水解的GPI’MS不只是与二
氧化硅表面的Si一0H发生缩合,水解的G删s分
万
方数据进展第20卷
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图l水解反应
Fig.1
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一}i一。H+~}卜cc心,,—卜c心—99.7%,主要供应三种产品的市场需求,熔融铸造、耐火材料和环氧树脂铸膜的混合形成。
在增添镁矿石条件下,Minco 可生产出高纯度融合氧化镁,用于有关电的,摩擦和耐熔产品市场。
PEMCO
在美国,小百分比的熔融石英的供应市场是PEMCO ,它位于纽约尼亚加拉大瀑布。PEMCO 是获得ISO9002认证的熔融石英供应商,从1989年开始为冶炼和其他工业生产提供产品服务。这家公司用高纯度硅矿石和“独特融合技术“生产标准产品,正如用传统工艺生产出客户所要求的规格的产品。
2001年,PEMCO 耗资100万美圆建起三座新的建筑,一个5000平方尺的仓库装置,一个5000平方尺的炉控制设备,和一个2400尺的维修车间。
中国
中国的熔融石英市场,据统计大约在30-50,000tpa ,在中国东部江苏省北部的东海是高纯度Si02的重要产地且是中国Si02和石英的重要生产基地之一。2004年,国家科学与技术部评定东海的Si02原材料工业基地是国家级的工业基地。获得部级认可的“第一批基地里的主要公司:是“太平洋石英产品有限公司,和连云港福东征友照明与电力机械有限公司,和连云港东海硅微粉有限公司。”
然而,中国严重的能源短缺问题,使内地熔融石英工业仍停留在原有水平。从2005年5月1日起,东海县每度电价格上升到0.54元,(合0.06美圆),这严重影响了Si02的价格,现在每吨价格增加200元人民币(24.7美圆)。
东海地区周围有200个电力熔融炉,生产容量大约在40,000tpa 。较旧的炉尺寸较小,大约在1.10-1.2吨容量,熔融时间在8-12个小时。然而,由于明显提高的电力价格(并且是在市场需求没有提高的情况下提升的),实际运转的炉数只有80台,总容量是在20,000tpa 。
青岛亚星矿产有限公司总经理James Zhang告诉IM :“在过去
的几年里,越来越多的炉已经装好,(熔融石英)的供应已严重过剩,将引起严重的产品积压。虽然一些炉已经停止生产,但仍像处于待转状态。在最近一段时间内,很难期望熔融石英价格会上涨,除非有更多的价格在上涨(如电力),因为一些已停产的炉在电力价格上升以后,很快会再运转起来。
青岛亚星矿产有限公司(QAM ),成里于1995年,是一家矿产生产和出口公司,它主要厂房在青岛胶洲。在它的矿业投资组合中,熔融石英是处于稳定增长的业务。2005年,QAM 建立起一些新的用于融合生产加工的厂房,目的就是增加矿产的生产,比如熔融石英。且还有整体制造。
天津黄河冶炼厂需要高纯度天然石英做它的熔融石英原料。起初于2000年在江苏连云港开始投产,三个炉,总计达到300TPM 。2004年,其又新建六个炉,生产能力达到900tpm 。更有的是这家公司还安装了一个“全方位“的粉碎和磨机系统,包括锤式粉碎机,Barmac 粉碎机,成粒打磨机,锆石/铝球磨机和气流分级机。
Max Hou 黄河冶炼的市场部经理告诉IM :市场现在很稳定。大部分生产商规模小,且产品质量良莠不齐。主要用于耐熔和铸件的内地市场,同时还有传统的日本和南韩市场,且从日本获得很多熔融石英技术。此刻,中国已关闭同日本市场的联系。“
就在最近,公司已转让过去的停转的三个熔炉和几个新炉同时运行起来,以便达到较高的电量利用率和较低的生产价格。黄河还安装了空气分离器且能够生产出较高质量的超细粒,如600mesh 和1000mesh 大小。
最近熔融石英的产量是9000吨/年,今年年底准备新建三个炉,我们正在寻找合作伙伴。
冶炼的第一级是仔细分类和手工选择。融合后,锭块被粉碎并制成玻璃,从融合石英中进行手工和检查杂志。Hou 说:“从纯度的观点,是不可匹配的。”
黄河冶炼的主要市场是耐熔材料,电子工业,铸造行业,传统上供应于中国,南韩,日本,美国和欧洲。
在更广泛的经济领域,黄河冶炼同中国其他矿产生产商一样面对同样的问题,要处理未来的电力价格上涨,几乎全部矿产和矿产生产的税退还的整体取消,还有人民币升值问题。这家公司还生产棕色融
合铝,白色莫来石和融合尖晶石,这些都在位于河南义马的分厂进行生产。
另一个中国熔融石英生产商着手准备发掘它的销售潜力,这家公司就是Q 矿产(新沂)有限公司。Q 矿产专用于制造行业且供产Si02材料,(融合与水晶),比如熔融研磨剂颗粒。这家公司的生产车间位于江苏北部的新沂市。被看作是中国重要生产商之一熔融石英的出口商,Q 矿业已建有18个熔炉和必须的工艺设备,生产容量达到1500tpa 。
Qmin-SIL 熔融石英系列产品,由高纯度中国水晶在电熔(1800-2000℃)下生成的无定形Si02制成,生产的特种工程玻璃,颗粒和粉末的级别可提供不同的最终生产用户所需。通过99.9% Si02的生产, 可具有低的热传导率和极好的抗震性。
Q 矿业的产品主要出口日本,南韩和新加坡,用于EMC 填充物;一小部分出口欧洲,用于陶瓷和冶炼所需的添加物。
Q 矿业的总经理ShuHui 说:“我们认为欧洲和北美市场在陶瓷和冶炼耗材上对熔融石英有很大的需求,所以我们准备扩大那里的销售量。
印度
环球融合石英与联合制造(UFQ ),位于Gokula,Bangalore 提供200和325mesh 的熔融石英粉末。这些可用于耐熔,冶炼和用于电子产品环氧树脂添加剂。熔融石英粉耐熔颗粒和粉末用于钢的耐熔外壳制造(像浇水盘和洗水包之间的遮盖物,浇水盘和铸摸之间的管与喷管)。熔融石英还用于煤焦的制造和冶金(钢板热处理中的滚筒)。粉末还用于玻璃制造,如玻璃瓷中的添加物,浮化玻璃热加工炉的滚动。
另外,UFQ 的产品还用于玻璃工业,热加工炉,有色金属铸造厂,精密铸造,化学工业,原子工业,和航天工业,UFQ 有两个工厂,一个产量为400tpa 的在Bangalore ,一个在3000tpa 的Kunigal, 大约Banglore 西40公里。
位于Kanchipuram 地区,Chengleput,Taluk, 的Chettinad 石英制造二等有限公司,是一个主要的石英资源拥有者,制造商和融合石英产品在更大的出口商。Chettinad 称拥有一个巨大的石英资源,可满足近20年的生产之用。这家公司从Tamil Nadu 和Audhra
Pradesh 全靠它自己的资源地进口石英只需90多分钟的路程。
原料石英通过自磨,干法无铁研磨被粉碎,且由日本进口的技术设备进行尺寸上的分选。Chettinad 成功推出75μm 和45μm 不含金属杂质的产品。这家公司还有一台高复杂度的测试设备,用于针对客户要求而进行的产品试制。
这家公司专门进行玻璃片,颗粒和熔融石英的生产制造,这些产品满足专门用途的需要,包括:高压变压器的制造,电子变压器,干燥变压器电焊工业,热防护套的应用,耐熔,环氧树脂压缩,精密冶炼,橡皮挤压玻璃,铸模冶炼,玻璃坩埚,和光学纤维。
电子工业中对硅片的需求,促使Chettinad 建立唯一的超工厂专门进行高纯度超级硅的生产,以供应全球半导体市场。M/S Chettinad MB-F 和日本的FukuShima Yoghyo 公司共同加盟成立。高纯度Si02粉末由天然可利用纯石英经过加工粉碎成粉末,粒的大小为不同微米等级的尺寸大小。经扩充,最近其生产量达到3,500tpa 。
日本
在日本,Denki Kagaku,Kogyo,Kabushiki Kaisha所生产的各种等级的熔融石英,都是用Omi ,Niigata 当地的高纯度天然资源,并利用当地低价格的水力发电的电能和其本身溶解技术进行生产的。
Denki 声称要分享EMC 中融合石英填充物在全球的巨大市场。 Denki 的FR 和FS 级别的产品,由无定形Si02制成,具有任意结晶断口,由溶解炉中制造。这个级别是一种破碎类型,用于耐熔,精密冶炼应用,树脂填充应用。低铀(低α射数)级别的产品Denki 公司也同样生产,用于像静态寸储器中所需的封胶一类的应用。
作为液态型封胶的填充物,Denki 公司还生产粗粒级的产品,像底端填充和球体顶端,各种复合树脂的填充。这些尺寸在30μ,20μ,10μ和5μ的破碎(有尖角的)和球型颗粒都是可利用的。
Denki 公司FBX 和FB 级的球状无定形的Si02粉末,具有低热膨胀性,由高温溶解的粉碎Si02块制成,并且通过溶解材料在表面电压作用下形成球体。由于它球状的外形,可获得各种益处,比如在树脂填充物应用中提高其流动性,高容量填充,提高其耐用性,应用包括半导体封胶的填充物,树脂填充物的各种类型,化妆品,和轻苏打玻璃球(Si02球)。
Denki 公司的SFP 和UFP 级的极细球体Si02颗粒,是用Denki 公司的专利技术生产的。这些包括微米到纳米级的产品,使树脂的各种类型达到高内容填充,而且随着尺寸精度的提高,降低热膨胀性。这些级别还可用于表面处理的各种类型和作为表面改进的填充物。
超细粉末-SFP (亚微型Si02)是与降低黏度提高流动性,降低树脂和油漆各种类型的浮华相配的。
极细粉末-UFP (纳米Si02)的凝集(结构)要比传统的烟/沉淀物Si02的要少,这点可由其极还要的可加工性看出。SFP 和UFP 级别可用于半导体封胶树脂,碳粉表面添加材料,矽橡皮填充和烧结材料/矿渣的作用剂。
市场摘要
精确指出熔融石英的消费市场主要来自三方面:电子市场,铸模冶炼和耐熔材料,都是难以获得。
然而,最普通的看法是电子市场是分额最大的,可能在70%-75%前下来是另外两个市场分额的均分。当然,电子市场正表现出对电子供应增加的强烈期盼,和对技术的提高。
随着航空业和自动化工业的兴起将增加对铸模冶炼的需求;对耐火材料来说,主要是玻璃市场,特别是对特种耐熔产品的需求。
就现在,玻璃市场和光电市场坩埚所需的特种陶瓷工业市场正 表现出强劲的增长势头。
C-E 矿业的Bernd Durstberger对国际市场这样评价:由于表现在航空业的市场状况,铸模冶炼的市场表现得最好;在美国,耐火行业多少有点下降,除了保留下来的一些坚固的基础,这主要是钢产业的形式一片大好;由于对电子商品的需求,电子市场非常具有周期性和规律性。“
健康的需求正在经历专门的耐熔/制陶业(见下)。美国Ceradyne 公司销售与市场部经理Joh Giggs对IM 来说;玻璃工业的增长,特别是在亚洲,在调制和熔解工业对熔融石英和呀连的需求仍在继续增长。标准大小和熔融石英的商业级别都在稳定增长,原材料代理商,特别是中国以外的,每年超过10%的增加。整个市场在扩大,主要是在亚洲,特别是中国,内地熔融石英浇铸和外形定形市场每年以6%-8%速度增长。“
然而,Groggs 增加说,在专门飞弹雷达市场,极其复杂的混合
陶瓷正逐渐替代熔融石英。
Minco 公司精密冶炼销售副总裁Jim Wrtght对IM 说:最近对熔融石英的需求有去年的水平是一致的。在世界市场上,精密冶炼市场正以10-15%速度增长,而且这也是美国的水平。环氧树脂模型混合市场是最大的,但变化速度最快,因为熔融石英的球型等级的需求在增加。
电子
电子产业显然是石英最大消费行业,这种材料具有良好的绝缘性和隔离性,它主要用于环氧树脂压缩电图的惰性,低膨胀铝的填充物,比如,半导体芯片。市场前景呈现出好的态势。
根据美国半导体工业协会的统计报告,2005年前6个月中,全球芯片销售总额$109,000m ,与2004年前6个月相比增加6.5%,当时销售额为$1034m,ISA 预测2005年全球半导体销售将增长6%达到$226,000m 的新记录, 且在2006年为$246,000m,2007年$273,000m,2008年为$309,000m, 关于2005年半导体的预测是根据蜂窝电话, 个人计算机, 数字电视, 和数字照相机进行的。
George Scailise,SIA 总裁在它协会的预测报告中说:“我们现在希望2005年蜂窝电话销售量增加13%,我们对个人计算机的销售量进行的预测是变化不超过10%,但2004年总体销售是3m, 在我们早期预测之上。我们 以将数字电视的预测销售量增加比例由原的50%提升到65%,并且数字照相机由6%提升到15%。芯片销售量潜在的猛增势头反映出半导体产品在大范围内的普遍应用与增加。
当增长幅度在预期的范围内,亚太地区的市场分额仍将保持最快增长势头,计划达到在2008年占到全球市场份额的46%。印度的电子市场,20004年为$11,500m ,这表明以后的几年中它将是全球电子市场发展最快的地方。根据In-Stat 的统计,2010年市场增长率有望达到综合增长率(CAGR )的23%,$40,000m 。
虽然印度 出口总额还落后于中国电子市场,2004年为$271.970m 但这个市场也应被关注。
湿蜡浇铸
湿蜡浇铸中,熔融石英用粉浆浇铸,或(粉饰)灰泥,在它外面覆盖几层(形成一个壳),组件的蜡铸造成形。耐熔(粉饰)灰泥加热到1,000℃,脱蜡,溶解金属,投入到模子中。冷却后,将铸形
从壳上打掉,脱离金属铸造外形,为完成做准备。当然有一些矿物质用于(粉饰)灰泥,比如Z 形铁,硅酸铝,熔融石英,可使敲落阶段显得容易。
这个市场的主要动力包括控航动力引擎的铸造,工业气体涡轮是现在表现出对熔融石英需要最明显的。
依旧,中国的湿蜡浇铸市场预测会有显著增长。在中国,有超过12,000铸造厂,根据中国铸造协会的统计,它们中的一部分规模都很小。据统计,中国需要发展,1000家现代化铸造厂,以满足内地经济建设的需求,以便抓住全球贸易中期这个时机。
耐火/陶瓷
在耐火/陶瓷工业中主要用来两个产品种类:密集性熔融块或由它制成的零件;和用粒状熔融石英压估,铸造,或粉浆浇铸而成的定形零件,这都在1.050℃时去火或重火。
熔融石英产品的主要耐熔特性是极低的热膨胀率(1000℃时,大约在0.06%),这是无裂缝构造的热速度和冷却速度。玻璃工业是融合石英产品主要用户,特别是对硼硅玻璃,热修补材料或温玻璃的传送滚轴的加工制造。其产品包括燃烧器部件,双管口和连动铸造喇叭喷管,非铁工业中的喷管,化学工业中的抗酸炉衬。
RHI AG,世界上最大耐火产品生产商,已将活动范围扩展到玻璃市场,包括新加盟的中国风险投资。中国平面玻璃的总需求量预测每年增加11.5%,2005年重量达360M ,未来五年内,产量和需求量都将随着汽车工业而被持续发展,同时建筑行业仍将是玻璃产品的最大需求客户。预测显示建筑业和汽车业的玻璃市场将以每年10%的速度增长。
领导耐火产品的生产商维苏威,它的玻璃公司可提供多方面的玻璃耐熔制品,Eyrock 和Hepsil 类别由位于威尼斯的厂房所加工的融合石英制成,它受控于威苏威法兰西。另外,大部分领头耐火耐熔制造商都购买它们的熔融石英。2003年,威苏威在中国夸塘(音译)建立了一家新的玻璃锻造滚动厂房—威苏威Zyarock Cermic (苏州)有限公司。
光电的成长
还有一个熔融石英耐熔市场的高额的高产值行业,包括特种陶瓷或耐熔应用,比如光电市场所需的熔炉,导弹自动瞄准头整流罩,各
种混合陶瓷组建。在这个行业中具有领先水平的是Ceradyne 公司,美国。
圣—Gobain 石英,法国和威苏威,比利时。
Ceradyne 公司位于加利福尼亚,哥斯达黎加台地,是一家十分整合的先进的专门进行陶瓷生产的生产商,并于2005年八月被《财富》杂志评为第三名快速增长的企业。Cerayne 的Thermo 矿业公司成立于1967年,从事商用熔融石英技术开发生产,这是由公司创始人所确定的,同时成立了乔治亚洲的亚特兰大建了四家工厂,主要生产干燥器(火炉),处理磨机,同位测量机器和专门设计的研磨设备,包括CNC 圆筒研磨机,用于加工雷达和其他一些高科技应用。
这家公司在熔融石英方面具有世界先进水平,主张一线生产线,其中包括:用于玻璃锻炼炉的熔融石英滚筒,防御用的高科技陶瓷雷达,高温金属的陶瓷解决方案,和玻璃工业。Ceradyne 还在可铸行业内全面熔融石英。
Ceradyne 的Thermo 矿业公司将2000tpa 的熔融石英加工成特殊领域内的混合涛形产品。还按照熔融石英的不同比例加工制成具有不同外形的产品,从小于1kg 到超过500kg ,这些特定的外形用于精密设备的制造。融合石英粉末被制成未经熔烧的外形,用于滑落冶炼或其他陶瓷的密集型加工。这些未经熔烧的“绿色”外形在穿越温度在1300℃和15英尺的长隧道干燥器被培烧。
这家公司从C-E 矿业,Minco 和Pemco 购买的粉碎和阻隔熔融石英原材料。和通过其他渠道购买的纯度极高的熔融试映用PV 熔炉。
在专用陶瓷市场,太阳能电池和光电电池(PV )市场表现出最强劲的增长势头。
三种光电池类型之一的是聚或多晶体PV 电池。有关半导体部分是用电锔成非常瘦小的(250-350i )的薄片,或将金属硅锭在熔炉中冶炼成薄片。最近几年熔融石英是熔炉制造必不可少的组件,且需求量高涨。
并不奇怪,市场参与者已必须对市场的增长作出反应。维苏威针对PV 市场专门新建了熔融石英熔炉工厂。称作维苏威太阳能熔炉S ,r,o ,捷克共和国的Trienc,Moravia 。
未来几年,Ceradyne 公司宣称要新建一个容量为3. 550m 2设备,
以准备进军此市场之用,且最终适应熔融石英熔炉制造的膨胀需求,这条消息来自2004年第二季度中期。
John Griggs ,销售与市场部经理对我说:“用高纯度熔融石英制造独特的高纯度坩埚(熔炉)是一个专有系统。最近这些新研发的熔炉已经表明合量太阳能电池材料在效益上可以产生极大的提高。作为建议,这”标准“电池生产比例为14%,用新的高纯度系统生产的电池,与同级别的Si02原材料生产的电池在效率上高出16%或17%。这些问题仍然处于测试阶段,但是关于这些起初的结果令我们非常乐观。关于高纯度材料的前景以每年超过20%的速度增长。”标准“级别的加工处理相对来说比较稳定。
关于PV 市场的前景,Griggs 说:“光电工业的增长仅受到PV 级别Si02原材料的限制。这个工业的预期增长率在原材料有效允许范围内,在最近和可预测的未来时间内,每年超过30%。PV 市场的发展,可促进利用更高的纯度原材料进行生产的新技术的发展。
根据Solarbuzz 公司的调查,世界PV 市场行业的设备在2004年,总计达到927兆瓦,比2003年增加了62%。伴随令人惊讶的152%的增长,德国已代替日本而成为设备年装配率最高的(虽然日本保持着累计PV 设备总数的领先)。德国和日本,作为最大的PV 市场,2004年,设备总数的69%,内国004年有27%的增长,与前几年的17%相比。
综合世界光电池的生产,2004年增加到1,146兆瓦。日本产业占48%,美国11%,与前五年的26%相比。世界期于产品的总数超过171兆瓦的两倍。2010年世界范围内PV 设备的安装率将达到3.2千兆,是2004年市场设备的三倍。
35插图:
位于美国亚特兰大附近的一个Ceradyne 公司的熔融石英熔炉设备,干燥剂和干燥器用于加热熔炉进行矽土发加工处理,用于多晶性太阳能电池,这个市场表现出强劲的增长势头。
Si02的光明
太阳能电池兴起了熔融石英熔炉市场,同时电子工业,湿蜡浇铸,和耐溶市场保持着强劲的活力。
范文五:二氧化硅的成份表
二氧化硅的分类及分类
二氧化硅是硅的氧化物,它广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石,是一种坚硬难熔的固体。二氧化硅的化学性质不活泼,不与水反应,也不与酸(氢氟酸除外)反应,但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐。
例如,SiO2+CaO CaSiO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
二氧化硅是酸性氧化物,它对应的水化物是硅酸(H2SiO3)。硅酸不能由二氧化硅直接制得,只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水,是一种弱酸,它的酸性比碳酸还要弱。 二氧化硅的用途很广,目前已被使用的高性能通讯材料光导纤维的主要原料就是二氧化硅。
石英的主要成分也是二氧化硅,较纯净的石英可用来制造石英玻璃,我们在实验室中使用的一些耐高温的化学仪器,就是用石英玻璃制成的。利用石英制造的石英电子表、石英钟等也非常受人们的喜爱。
透明的石英晶体,就是我们常说的水晶。水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器,也用来制成高级工艺品和眼镜片等。