中國粉體網(wǎng)訊  隨著全球范圍內(nèi)天然水晶和高品質(zhì)石英礦脈的逐漸枯竭,，而高純石英砂需求有缺口，資源短缺成為制約高純石英行業(yè)發(fā)展的重要因素,。但囿于現(xiàn)實條件,，行業(yè)目前沒有快速解決短缺的方案�,；瘜W(xué)合成石英砂的工藝逐漸得到重視和研究,。

合成高純石英砂技術(shù)現(xiàn)狀

相關(guān)資料顯示，合成砂的技術(shù)路線分為氣相合成法,、液相合成法（化學(xué)沉淀法,、溶膠-凝膠法、四氯化硅液相水解法等）和氟硅酸法工藝過程,。目前國內(nèi)合成石英砂尚處于研究階段,，幾種方法均處于實驗室小試階段，仍沒有大型生產(chǎn)線建成生產(chǎn),。

一,、氣相合成法

以SiCl₄等為原料，在氫-氧氣流高溫下（1200-1600℃）水解制得煙霧狀的SiO₂,，經(jīng)冷卻,、分離、脫酸等過程后即得到成品的SiO₂顆粒,。通過控制溫度,、分兩步的氣相水解方法制備合成SiO₂粉，但其技術(shù)工藝較復(fù)雜,，效率低,，技術(shù)還不成熟,，目前也僅適于實驗室的研制，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)困難,。

氣相合成法制備SiO₂流程圖

二,、液相合成法

1.化學(xué)沉淀法

合成石英粉體較為廣泛的方法之一，目前技術(shù)已經(jīng)成熟,，已用于工業(yè)化生產(chǎn)。采用硅酸鈉與二氧化碳或酸溶液(加鹽酸,、硫酸或硝酸)作為原料,，在一定合成溫度和表面活性劑作用下混合反應(yīng)，得到偏硅酸沉淀,，再經(jīng)過濾,、洗滌、干燥,、煅燒工序制備出SiO₂,。

化學(xué)沉淀法制備SiO₂流程圖

2.溶膠-凝膠法

以無機(jī)鹽或金屬醇鹽(一般為硅酸乙酯)為原料，以醇作為共溶劑,，加入酸或堿溶液作為催化劑,，進(jìn)行水解，縮聚反應(yīng)形成SiO₂凝膠,，過濾并對凝膠中的有機(jī)溶劑進(jìn)行洗滌,，干燥、煅燒得到SiO₂粉體,。

3.四氯化硅液相水解法

SiCl₄與純水接觸發(fā)生水解或縮聚反應(yīng),，之后將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過濾,、干燥,、煅燒、篩選等流程,，制備SiO₂粉體,。

三、氟硅酸法

先制得無定型二氧化硅,、副產(chǎn)氟化銨,，再高溫加熱至熔融狀態(tài)，分階段冷卻,，得到沙粒狀的晶體石英砂,。二氧化硅純度達(dá)6N，可用于制造拉制單晶硅或多晶硅的石英坩堝,。

氟硅酸法制備二氧化硅流程圖

應(yīng)用領(lǐng)域

合成石英砂具有高硬度,、高耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等良好的物理和化學(xué)性質(zhì),，其物理性質(zhì)與天然石英砂相似，具有良好的耐高溫性能,、耐磨損性能,、耐腐蝕性能、耐壓強(qiáng)度高,、絕緣性能強(qiáng)等優(yōu)點,。

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，合成石英砂主要用于制造晶圓和LCD基板等關(guān)鍵部件,，它的優(yōu)良性能和穩(wěn)定性對于提高半導(dǎo)體制造的質(zhì)量和效率具有關(guān)鍵作用,。雖然石英砂在半導(dǎo)體制造中起到重要作用，但是石英砂并不是半導(dǎo)體制造的主要材料,，半導(dǎo)體制造的主要材料是具有良好半導(dǎo)體性質(zhì)的硅,。但是，石英砂與其它材料的結(jié)合應(yīng)用,，如與硅的結(jié)合,，能夠幫助實現(xiàn)更高的性能和穩(wěn)定性，制造出更高性能的半導(dǎo)體器件,。

在太陽能電池制造方面,，合成石英砂可以作為電池背板和電池支撐基座等關(guān)鍵部件，幫助提高太陽能電池的性能和穩(wěn)定性,。在《設(shè)備》雜志上發(fā)表的一項概念驗證研究顯示,，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員使用合成石英捕獲太陽能，獲得超過1000℃的溫度,。

在光伏領(lǐng)域,，生產(chǎn)光伏行業(yè)用石英坩堝時，由于光伏單晶熱場對使用壽命的要求較高,，石英坩堝不僅要求石英砂SiO₂含量高,，還需要控制雜質(zhì)元素鋁、鋰,、鈉,、鉀、鐵,、鈦等,；此外，羥基含量的控制也至關(guān)重要,。但從業(yè)界進(jìn)度來看,，摻雜工藝并未全面突破。

在化工行業(yè)，合成石英砂可用作催化劑載體,，也可用于制造催化劑和吸附劑等,。合成石英砂硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),，也使其成為制造耐酸玻璃器皿,、化學(xué)儀器和實驗器材的理想材料。

在光電領(lǐng)域,，合成石英砂因其出色的折射率和透過率,，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)薄膜、光學(xué)儀器以及激光器等設(shè)備中,。

2024年8月9日,，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024（第二屆）全國集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”將在江蘇鹽城召開，中建材衢州金格蘭石英有限公司的花寧副總經(jīng)理將做《合成石英砂的制備技術(shù)及應(yīng)用》的報告,，屆時，他將結(jié)合公司實際研發(fā)經(jīng)驗,，詳細(xì)解讀合成石英砂的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域,。

參考來源：

[1]張鵬遠(yuǎn)等，合成石英砂工藝概況及幾種石英砂的檢測數(shù)據(jù)對比分析

[2]李愛民等,，高純合成石英的制備技術(shù)和應(yīng)用

[3]韓靜香等,，化學(xué)沉淀法制備納米二氧化硅

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

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