Didelio -grynumo silicio dioksido mikromilteliai yra itin smulkūs milteliai, daugiausia sudaryti iš silicio dioksido (SiO₂). Jo grynumas paprastai viršija 99,9%. Jis plačiai naudojamas puslaidininkių pakuotėse, integrinių grandynų substratuose, aukščiausios klasės keramikoje ir preciziškam šlifavimui. Jo gamybos procesas apima sudėtingą žaliavų valymą, fizinį smulkinimą ir cheminį apdorojimą, galiausiai taikant griežtus kontrolės metodus, siekiant dviejų tikslų – didelio grynumo ir smulkių dalelių dydžio.
Žaliavų parinkimas ir išankstinis apdorojimas
Didelio -grynumo silicio dioksido mikromilteliai pradedami ruošti nuo didelio-grynumo silicio dioksido žaliavų, visų pirma natūralaus kvarcinio smėlio, lydyto kvarco arba pramoninio -klasio silano hidrolizato. Natūralus kvarcas valomas keliais etapais, įskaitant plovimą rūgštimi (naudojant vandenilio fluorido rūgštį, vandenilio chlorido rūgštį ir kt., kad pašalintų metalines priemaišas), kalcinavimą aukštoje -temperatūroje (organiniams teršalams skaidyti) ir plovimą vandeniu bei filtravimą, kad priemaišos, pvz., geležis, aliuminis ir kalcis, būtų sumažintos iki itin žemo lygio. Lydytas kvarcas gaminamas lydant natūralų kvarcą aukštoje temperatūroje elektros lanko krosnyje arba plazmoje. Po aušinimo susidaro didelio -grynumo amorfinis SiO₂, kurio struktūra yra tolygesnė ir tinkamas tolesniam apdorojimui. Smulkinimo ir klasifikavimo procesas
Išgrynintos žaliavos toliau rafinuojamos mechaninio smulkinimo arba cheminės sintezės būdu. Mechaniniuose metoduose naudojama įranga, pvz., oro srovės malūnai, rutuliniai malūnai arba vibraciniai malūnai, kad būtų galima susmulkinti birų arba granuliuotą SiO₂ iki mikronų ar net submikronų dydžio (paprastai 1–100 mikronų). Siekiant išvengti metalo užteršimo, šlifavimo terpės ir įrangos pamušalai dažnai gaminami iš inertinių medžiagų, tokių kaip cirkonio oksidas arba volframo karbidas. Susmulkinti milteliai yra atskiriami pagal dalelių dydį, naudojant oro srauto klasifikavimo technologiją, kad būtų užtikrintas koncentruotas dalelių dydžio pasiskirstymas.
Cheminis valymas ir paviršiaus apdorojimas (neprivaloma)
Esant ypač dideliems grynumo reikalavimams (pvz., daugiau nei 99,99 %), tolesnis valymas gali būti atliekamas naudojant cheminius metodus. Pavyzdžiui, silano hidrolizės metodas apima silicio tetrachlorido (SiCl4) hidrolizę su vandeniliu aukštoje temperatūroje, kad susidarytų itin smulkios SiO2 dalelės. Tada chloro jonų likučiai pašalinami plaunant. Sol-gelio metodas apima silicio alkoksidų hidrolizę ir polikondensaciją, kad susidarytų vientisas gelis, kuris vėliau kalcinuojamas ir gaunami didelio -grynumo nano-dydžio silicio mikromilteliai. Kai kurioms reikmėms taip pat reikia modifikuoti silicio dioksido miltelių paviršių (pvz., padengti silano jungiamąja priemone), kad būtų pagerintas dispersiškumas ir suderinamumas su matricos medžiaga.
Kristalizacijos kontrolė ir galutinis bandymas
Kad kristalų defektai nepakenktų veikimui, dauguma didelio -grynumo silicio dioksido miltelių turi likti amorfinės būsenos (amorfinis SiO₂). Greitas lydyto kvarco aušinimas arba kontroliuojama kalcinavimo temperatūra (paprastai žemesnė nei 1200 laipsnių) gali slopinti virsmą kristobalitu arba tridimitu. Gataviems gaminiams atliekama lazerinė dalelių dydžio analizė, ICP-MS (induktyviai susietos plazmos masės spektrometrijos) grynumo bandymai ir paviršiaus ploto bandymai, siekiant užtikrinti atitiktį elektroniniams arba optiniams standartams.
Apibendrinant galima pasakyti, kad didelio{0}}grynumo silicio dioksido miltelių gamyba yra sinerginis žaliavų gryninimo, tikslaus apdorojimo ir kokybės kontrolės rezultatas. Techninės jo kliūtys yra efektyvus priemaišų pašalinimas ir tiksli mikrostruktūros kontrolė, kuri patvirtina jo nepakeičiamą statusą aukščiausios klasės -gamyboje.
