Ņemot vērā elektroniskās informācijas nozares straujo iterāciju uz miniaturizāciju, augstfrekvences darbību un augstu uzticamību, silīcija mikro-pulveris kā būtisks jauns pamatmateriāls, kas atbalsta augstākās klases elektronikas attīstību, saskaras ar nepārtraukti pieaugošiem veiktspējas sliekšņiem. Tradicionāli apstrādātas sasmalcinātas silīcija mikro{4}pulvera daļiņas to neregulārās morfoloģijas dēļ cieš no raksturīgiem defektiem, piemēram, slikta pulvera plūstamība, zems iepakojuma blīvums un izteikta materiāla spriedzes koncentrācija. Lietojot uz elektroniskiem iekapsulēšanas materiāliem, šie defekti viegli izraisa substrāta plaisāšanu, nepietiekamu līdzenumu un dielektrisko īpašību svārstības, padarot tos nepiemērotus progresīvu elektronisko ierīču precizitātes un augstajām{6}}integrācijas prasībām. Līdz ar to sferonizācijas modifikācija ir kļuvusi par galveno izrāvienu silīcija mikro{8}}pulvera rūpniecības modernizēšanā no zemas kvalitātes- rupjas apstrādes uz augstas{10}}klases, jaunu{11}}materiālu ražošanu.
Pašlaik tirgū pieejamās galvenās silīcija mikro{0}pulvera sferonizācijas tehnoloģijas galvenokārt ietver mehānisko formēšanu, liesmas saplūšanu, tiešās sadedzināšanas/VMC metodi, plazmas sferonizāciju un ķīmiskās sintēzes metodes.
01 Mehāniskās formēšanas metode
Mehāniskā formēšanas metode ir visvienkāršākais fiziskās modifikācijas process, kas galvenokārt balstās uz ātrgaitas mehāniskās maisīšanas, trieciena un slīpēšanas/veidošanas principiem. Tajā tiek izmantotas specializētas formēšanas iekārtas, piemēram, ātrgaitas-trieciena dzirnavas un vidējas-maisīšanas dzirnavas, lai nepārtraukti mehāniski iedarbotos uz sasmalcinātu silīcija mikro-pulveri, pakāpeniski noapaļojot asas malas un stūrus, lai uzlabotu daļiņu cirkularitāti un labotu virsmas defektus. Tas arī sadala cietos aglomerātus, uzlabojot tilpuma blīvumu un plūstamību.
Mehāniskās formēšanas metodes priekšrocības ir tās zemās izmaksas, esošo resursu pilnīga izmantošana, vienkāršs process, videi draudzīgums un rūpnieciskā mērogojamība. Tomēr iegūtā pulvera sfērisko daļiņu attiecību, blīvumu un apstrādes ražu nevar droši garantēt, tāpēc tas ir piemērots tikai sfērisku pulveru ražošanai ar zemākām kvalitātes prasībām.
02 Liesmas saplūšanas metode
Liesmas saplūšanas metode pašlaik ir galvenais tehnoloģiskais ceļš sfēriskā silīcija dioksīda pulvera industrializācijai Ķīnā, ko raksturo nobriedusi tehnoloģija, salīdzinoši zemas kopējās ražošanas izmaksas, liela jauda un piemērotība liela mēroga nepārtrauktai ražošanai. Konkrēti kā izejmateriāls tiek izmantots leņķiskais silīcija dioksīda pulveris, kam tiek veiktas priekšapstrādes darbības, piemēram, strūklas frēzēšana, daudzpakāpju sijāšana un attīrīšana. Atbilstoša izmēra pulveris pēc tam tiek ievadīts augstas temperatūras liesmā, kur daļiņas acumirklī izkūst un virsmas spraigumā saraujas sfēriskās formās, kam seko ātra dzesēšana un sacietēšana.
Siltuma avots liesmas metodē parasti izmanto tīras gāzes, piemēram, acetilēnu vai dabasgāzi, radot tīru liesmu bez piesārņojuma. Tomēr sferonizācijas iznākumu būtiski ietekmē faktori, tostarp izejvielu daļiņu izmērs, liesmas temperatūras lauks, uzturēšanās laiks un barošanas stabilitāte. Nepareiza procesa kontrole var izraisīt tādas problēmas kā daļiņu aglomerācija, dobas sfēras, daļiņu izmēra sadalījuma paplašināšanās, nepietiekama sferonizācijas konsistence un zems sferonizācijas ātrums īpaši smalkiem un submikroniem pulveriem.
03 Plazmas sferonizācijas metode
Plazmas sferonizācijas metode ir paņēmiens, kurā materiālu apstrādei tiek izmantots plazmas augsts{0}enerģijas stāvoklis. Tās princips paredz silīcija mikro-pulvera ievietošanu plazmas reaktorā, kam ir veikta īpaši-smalka slīpēšana un ķīmisko piemaisījumu noņemšana. Pulveris ātri izkūst plazmas degļa augstas temperatūras zonā, pēc tam virsmas spraigumā veido sfēriskus pilienus un pēc ātras atdzesēšanas sacietē sfēriskās daļiņās. Salīdzinot ar liesmas saplūšanas metodi, plazmas sferonizācijai ir ļoti īss augstas temperatūras iedarbības ilgums, kas efektīvi novērš silīcija dioksīda kristāliskās fāzes transformāciju. Turklāt, pateicoties tā augstajai automatizācijas pakāpei un labai stabilitātei, tas nodrošina augstāku sferonizācijas ātrumu, izcilu daļiņu izmēra viendabīgumu un ārkārtīgi zemu piemaisījumu saturu.
Tomēr šī metode joprojām saskaras ar ievērojamām problēmām rūpnieciskā{0}}pieņemšanā. Pirmkārt, termisko plazmu galvenokārt silda ar elektrību, un, pārvēršot elektroenerģiju plazmā, rodas ievērojami zaudējumi, kā rezultātā tiek izmantota zema enerģijas izmantošana un līdz ar to ir augstas apkures izmaksas. Otrkārt, indukcijas termisko plazmas ģeneratoru jaudu ierobežo strāvas padeves aprīkojums, un lielas-strāvas barošanas avoti ir dārgi, kas ietver ievērojamus kapitālieguldījumus, kas ierobežo rūpniecisko pielietojumu. Turklāt Japānas un Vācijas uzņēmumi joprojām monopolizē galveno aprīkojumu, piemēram, plazmas sferonizācijas krāsnis. Augstās sākotnējās investīcijas izmaksas ir arī būtisks faktors, kas ierobežo tā plašo pielietojumu{6}}.
04 Tiešās sadedzināšanas/VMC metode
Tiešās sadedzināšanas metodi (pazīstama arī kā VMC metode) sākotnēji izstrādāja Japānas uzņēmums Admatechs, un tā tiek uzskatīta par klasisku etalonprocesu globālajā augstākās -pusvadītāju iepakošanas jomā. Šajā metodē kā izejmateriāls tiek izmantots augstas-tīrības metāla silīcija pulveris. Īpaši smalks metāla silīcija pulveris tiek vienmērīgi izkliedēts skābekļa plūsmā, lai pakļautu kontrolētu deflagrācijas reakciju, radot silīcija dioksīdu. Vienlaikus momentānais īpaši lielais reakcijas siltums, ko izdala silīcija oksidēšana, izraisa radītā silīcija dioksīda tūlītēju izkusumu un iztvaikošanu, pēc tam virsmas spraiguma rezultātā{6}}atjauno formu un ātri atdziest un sacietē, veidojot amorfas sfēriskas silīcija dioksīda daļiņas. Visā procesa laikā precīza skābekļa koncentrācijas, temperatūras un plūsmas ātruma kontrole ļauj precīzi regulēt daļiņu izmēru un morfoloģiju.
Salīdzinot ar citām fizikālām metodēm, VMC metode pārvar dabisko kvarca rūdas izejvielu piemaisījumu ierobežojumus. Sintezējot no augstas-tīrības metāliskā silīcija, produkts sasniedz ārkārtīgi zemu metālu piemaisījumu saturu, bez kristāliskās fāzes paliekām, izcilām dielektriskajām īpašībām, šauru daļiņu izmēra sadalījumu, izcilu monodispersitāti un ārkārtīgi augstu daļiņu apaļumu. Tā produkta konsistence ievērojami pārspēj tradicionālo liesmas metožu konsistenci. Produkti galvenokārt tiek izmantoti augstas -vērtības-scenārijos, piemēram, augstākās klases Tomēr, tā kā metāliskā silīcija pulvera uzliesmošanas reakcijai ir nepieciešama ārkārtīgi augsta aprīkojuma blīvējuma un parametru kontroles sistēmas precizitāte, aprīkojuma ieguldījumu un uzturēšanas izmaksas ir ievērojamas, procesa drošības pārvaldība ir ārkārtīgi sarežģīta, ražošanas sliekšņi ir augsti un tehnoloģiskais monopols ir spēcīgs -ilgtermiņā,{10}}dominē Japānas Admatechs.
05 Ķīmiskās sintēzes metode
Ķīmiskās sintēzes metodes galvenokārt ietver sol{0}}gela, gāzes-fāzes sintēzi, mikroemulsijas reakciju, nogulsnēšanos/sēklu audzēšanu un citas. Atšķirībā no fizikālās modifikācijas pēc-apstrādes formēšanas loģikas, šajā procesā kā izejmateriāli tiek izmantoti silāna prekursori, augstas -tīrības pakāpes silikāti utt. Kontrolējot silīcija avota hidrolīzes, kondensācijas, nukleācijas un daļiņu augšanas procesus, sfēriskās silīcija dioksīda daļiņas tiek sintezētas tieši in situ molekulārā līmenī, nepaļaujoties uz sasmalcināta kvarca pulvera izejvielām. Produktam ir ārkārtīgi augsta tīrības pakāpe, un tam ir lielāks potenciāls attiecībā uz smalko daļiņu izmēru, šauru izmēru sadalījumu un strukturālo dizainu.
Ņemot par piemēru klasisko sol{0}}gela metodi, tajā tiek izmantota Stöber sistēma, izmantojot tetraetilortosilikātu (TEOS) kā silīcija avotu bāzes (piem., amonjaka) katalītiskā etanola -ūdens šķīdinātāju sistēmā hidrolīzes un kondensācijas reakcijām. TEOS vispirms hidrolizējas, veidojot silanola monomērus, kas tiek pakļauti dehidratācijas kondensācijai, veidojot silīcija dioksīda (SiO₂) oligomērus, kas galu galā aug uz kodoliem, veidojot monodispersas silīcija dioksīda mikrosfēras. Lielāka -diametra sfērisku daļiņu pagatavošanai var izmantot sēklu augšanas un nogulsnēšanas metodes, kas nomāc sekundāro kodolu veidošanos un veicina esošo daļiņu epitaksiālo augšanu.