中國粉體網訊  高純二氧化硅是一種性能較好的硅材料，具有良好的物理性質，例如抗劃傷、耐高溫、耐腐蝕等，主要應用在高科技領域，用來制備石英玻璃、集成電路板、光纖通訊、多晶硅以及光學儀器等。近些年來，由于高純二氧化硅在電子封裝領域的廣泛應用極大地提升了其市場價值，當純度達到6N(99.9999%)時其售價可達到數萬美金一噸。

“高純二氧化硅”通常是指二氧化硅中含有的金屬雜質總量小于10×10^-6，單個非金屬雜質含量小于10×10^-6。當應用于電子領域時，還要求高純二氧化硅中的放射性元素U和Th各小于1.0×10^-9，有的甚至要求U和Th各小于0.1×10^-9。

高純二氧化硅大體上分為兩類：天然的和合成的。天然的二氧化硅是由石英、硅石等通過精制而得，但其中的放射性元素U和Th只能降至1.0×10^-9左右，難以滿足電子材料的要求。而合成高純二氧化硅可由硅的鹵化物、硅醇或硅酸鈉制得，其質量可以滿足電子領域的要求。合成高純二氧化硅的方法有以下三種。

1氣相法

該工藝的主要原料包括四氯化硅和甲基三氯硅烷。利用硅烷與氫氣氧氣混合后，高溫條件下發生水解生成無定型的SiO₂，溫度需要達到1200~1600℃，然后通過驟然降溫、旋風分離等氣固分離得到產品。反應原理用反應式表示為：

工藝流程圖如下：

氣相法SiO₂生產流程

工藝特點：生產工藝簡單；由于過程中需要高溫環境，所以對設備要求高；制備的SiO₂產品品質好，生產成本較高。

2沉淀法

目前國內SiO₂需求量的70%是通過沉淀法制備的。沉淀法的主要原料是水玻璃，即硅酸鈉。沉淀法生產SiO₂的原理是使硅酸鈉與空氣中的二氧化碳或酸溶液反應生成偏硅酸沉淀，經過濾、洗滌、干燥、煅燒后得到SiO₂。反應方程式如下：

工藝特點：該生產工藝操作簡單，條件易控制，生產成本低，但是產品性能不高，純度低，容易發生團聚，粒徑大。

3溶膠—凝膠法

溶膠凝膠法制備SiO₂的原理是利用金屬鹽的水解，水解過程中會產生凝膠，過濾并對凝膠中的有機溶劑進行洗滌，干燥后得到產品SiO₂。工藝過程原理用下面的方程式表示：

工藝特點：生產工藝簡單，對設備的要求低，生產過程中除了原料有機溶劑沒有添加其他物質，所以制備出的SiO₂是純凈的，雜質含量較少。但是，因為實驗過程中可變因素較多，不能達到準確控制，目前只停留在實驗室小試階段。

2019年10月30日-31日，由中國粉體網主辦的“2019全國石英大會”將在江蘇徐州舉行，屆時來自武漢工程大學的姜興茂教授將帶來《高純晶體二氧化硅的人工合成》的精彩報告，介紹更多關于高純二氧化硅的關鍵技術的探討，敬請期待！

姜興茂個人簡介

 姜興茂，男，新墨西哥大學化學工程博士，國家特聘專家，江蘇省雙創人才。現為武漢工程大學教授，博士生導師，美國Lovelace呼吸研究所客座科學家。在美國期間，曾完成美國能源部、美國空軍、美國自然科學基金、美國國立衛生研究院等重大研究項目。回國以來先后主持或參與國家自然科學基金面上項目、重點項目三項。發表SCI論文60多篇，引用超過2000次。2011年獲美國新墨西哥大學創造發明獎。出版英文學術專著1部。已申請或授權國內外發明專利60多項，其中，已授權美國發明專利10項。2016年獲中國產學研合作創新獎、江蘇省優秀企業家。

參考來源：

盧芳儀.高純二氧化硅的研制

張琪.氨化法制備高純二氧化硅及高純石英的過程研究

徐偉.以天然硅藻土為原料的高純二氧化硅制備以及純度表征

（中國粉體網編輯整理/墨玉）

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