[发明专利]一种使用火焰法制备纳米球形硅微粉的方法

说明书

本发明公开了一种使用火焰法制备纳米球形硅微粉的方法，包括步骤：以天然脉石英为原料经提纯制砂并超细粉碎、分级，再将分级得到的超微细石英粉通过倒焰燃烧装置进行燃烧球形化；将球形化粉末在水等分散剂作用下，以搅拌磨、行星磨、或砂磨机等机械研磨，然后陈化；将经陈化并分层的浆料分离，分别得到下沉浓缩浆料和上层悬浮浆料；将悬浮浆料以水溶性溶剂稀释后放入超重力分离装置，定速3000r/分钟～13000r/分钟、定时3分钟～60分钟超重力沉降分离，提取沉淀便得到不同粒级的纳米级球形硅微粉粒子。本发明可分别获得粒径分布范围在30nm～1200nm不同粒级范围、表面光滑的亚微米及纳米级球形硅微粉粒子，其球形度99％达到以上，球化率达100％。

技术领域

本发明属于无机非金属功能材料技术领域，更具体地，涉及一种使用火焰法制备纳米球形硅微粉的方法。

背景技术

纳米技术被公认为是21世纪最有发展前途、最具影响力的高技术。纳米级球形硅微粉是纳米材料的重要成员之一，由于其粒径小、比表面积大、表面能大、化学纯度高、分散性好，具有高熔点、低膨胀系数、低吸水性、高介电常数及低摩擦系数等许多特异的热学、光学、电学及磁学性能，是一种理想的电子电器、化工产品的优质填充料及特种喷涂材料，而被用来制造纳米陶瓷、超大规模集成电路封装材料、超薄薄膜、复合光学玻璃、高强高韧、导电、耐光、屏蔽、阻燃等聚合物复合功能纤维等许多先进新材料，对电子、医药、生物工程、国防军工、航空航天等高技术领域的发展具有举足轻重的作用。

以天然石英石为原料制备球形硅微粉是近几年发展起来的一种物理方法，但目前这种物理法球形化技术还很不成熟，与国外相比差距很大，小于3μm高端优质球形硅微粉几乎都来自于进口，1μm以下亚微米级球形硅微粉球化技术基本处于空白，纳米级球形硅微粉技术在国内完全处于技术空白。而在国外，亚微米级石英粉的球化技术已达较高水平，尤其是日本，其球形化技术居于世界前茅。

目前，也可以通过化学合成方法制备球形硅微粉，其首先是将硅石溶解制成可溶性硅酸盐或可水解的有机硅化合物，再经过溶胶-凝胶制备、沉淀、水热合成等液相法或气相沉积法等化学过程。然而，这些过程要使用大量的化学试剂，工艺流程长，投资大，环境污染严重，工业化难度大；此外，这些化学方法制备的粉体粒子具有堆积密度小、表面活性高、极易团聚结块等缺点，给实际应用带来困扰。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种使用火焰法制备纳米球形硅微粉的方法，其目的在于，解决目前国内物理方法制备纳米球形硅微粉存在的技术空白、以及现有采用化学方法制备纳米球形硅微粉存在的使用大量的化学试剂导致工艺流程长、投资大、环境污染严重、以及工业化难度大的技术问题，以及化学方法制备的粉体粒子堆积密度小、表面活性高、极易团聚结块等缺点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种使用火焰法制备纳米球形硅微粉的方法，包括如下步骤：

(1)将天然脉石英矿破碎并分级制成50目～325目石英砂，对该石英砂进行提纯精制，对提纯精制后得到的石英砂进行粉碎，并采用气流分级机对粉碎后的石英砂进行分级，以得到粒径D₉₀＜5μm的超细石英粉。

(2)采用气流输送方式将分级后的超细石英粉送往倒焰燃烧器中进行富氧燃烧，富氧空气中氧气体积浓度为40％～80％，火焰温度为1650℃～2200℃；

(3)使用旋风收集器和布袋除尘器对富氧燃烧后得到的石英粉进行处理，以得到球形硅微粉粉末。将粉末加去离子水或纯净水按固液重量比为(1：10)～(3：2)调浆，加入占浆料重量比为0.01％～5％的助剂，将混合溶液转移到研磨机中进行研磨；

(4)用200目以上细筛网把研磨后的混合溶液中的浆料与研磨介质分离；将浆料盛装入干净容器中，加入水溶性有机溶液进行稀释，使固相含量为5％～20％，对稀释后的水溶性有机溶液进行高速搅拌和分散，并静置陈化24小时以上。