球形硅微粉為白色粉末，因純度高、顆粒細(xì)、介電性能優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高等優(yōu)越性能而具有廣闊的發(fā)展前景 。球形硅微粉主要用于大規(guī)模集成電路封裝，在航空、航天、涂料、催化劑、醫(yī)藥、特種陶瓷及日用化妝品等高新技術(shù)領(lǐng)域也有應(yīng)用 。大規(guī)模集成電路對球形硅微粉的純度有嚴(yán)格的要求，一般要求SiO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 99. 5% 、Fe2O3 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 50×10-6 、Al2 O3 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 10×10-6 ，還要求放射性元素鈾 (U) 和釷 (Th)含量很低。目前，大部分高質(zhì)量球形硅微粉還依賴進(jìn)口。制備高純、超細(xì)的球形硅微粉已成為國內(nèi)粉體研究的熱點(diǎn)。
目前，球形硅微粉的制備方法主要包括物理法和化學(xué)法，物理法包括火焰成球法、高溫熔融噴射法、等離子體法; 化學(xué)法主要是氣相法、液相法 ( 溶膠-凝膠法、沉淀法、微乳液法) 等。
1 氣相法
氣相法 SiO2 ( 俗稱氣相法白炭黑) 是由硅的鹵化物在高溫下水解制得的一種精細(xì)、特殊的無定形粉體材料。其反應(yīng)原理 見式 1。
SiCl4 ( g) + 2H2 + O2 →SiO2 ( s) + 4HCI( g) ( 1)
K. Hoey 首次提出兩步法水解 SiCl4 的氣相合成法制備粒徑為 250 ～ 300 nm 的單分散近球形SiO2。吳利民等人采用有機(jī)硅單體副產(chǎn)物甲基三氯硅烷作為生產(chǎn)原料，利用氣相法生成純度大于 99. 8% ，比表面積為 100 ～ 400 m2/g，折射率為 1. 46 且介電性極好的 SiO2。
氣相法 SiO2 產(chǎn)品純度高、平均原生粒徑為 7～40 nm、比表面積 50 ～ 380 m2 /g、SiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99. 8% ， 但在有機(jī)物中難以分散 。
2 溶膠 － 凝膠法
溶膠－凝膠法是金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而形成的氧化物或其他化合物固體的方法 。此法的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)均勻性好、顆粒細(xì)、純度高、設(shè)備簡單，粉體活性高，但原材料較貴，顆粒間燒結(jié)性差，干燥時(shí)收縮性大，易出現(xiàn)團(tuán)聚問題。其反應(yīng)機(jī)理如式 2 ～ 式 4。
M( OR) n + xH2 O →M( OR) x ( OR) n － x + xROH ( 2)
—M—OH + HO—M → —M—O—M + H2 O ( 失水縮聚)( 3)
—M—OR + HO—M → —M—O—M + ROH ( 失醇縮聚) ( 4)
K. Fuchigami 等人以正硅酸乙酯為原料、氨水為催化劑，采用溶膠－凝膠法合成球形納米SiO2 粒子。所得多孔 SiO2 可用做適當(dāng)硬度原料 ( 牙科填料) 。
E. Mily 以正硅酸乙酯為原料、氨水為催化劑，在微波加熱下用溶膠 － 凝膠法合成出納米 SiO2 。微波加熱法與傳統(tǒng)加熱法相比，反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)品粒徑分布窄且轉(zhuǎn)化率高 。申曉毅也以正硅酸乙酯為原料、氨水作催化劑，采用微波輔助的溶膠 － 凝膠法在醇－水－氨體系中制備了單分散球形 SiO2 。產(chǎn)品為非晶態(tài)的球形顆粒，粒徑分布范圍窄，表面光滑，粒徑約為 150 nm 且具有良好的紫外線吸收能力 。
3 沉淀法
沉淀法以水玻璃和酸化劑為原料，適時(shí)加入表面活性劑，控制反應(yīng)溫度，在沉淀溶液 pH 值為 8 時(shí)加穩(wěn)定劑，所得沉淀經(jīng)洗滌、干燥，煅燒后形成硅微粉。其反應(yīng)原理如式 5 ～ 式 6。沉淀法生成的 SiO2 粒徑均勻且成本低，工藝易控制，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，但存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。
NaSiO3 + 2H + 2HSiO3 + 2Na+ ( 5)
H2SiO3 →SiO2 + H2O ( 6)
韓靜香等人以硅酸鈉作硅源、氯化銨作沉淀劑制備納米 SiO2 ?？刂乒杷徕c的濃度、pH 值及乙醇與水的體積比，可制備出粒徑為 5 ～ 8 nm、分散性好的無定形納米 SiO2。何清玉等人以水玻璃和硫酸為原料，利用沉淀法在超重力反應(yīng)器中生成粒徑小、比表面積大的超細(xì) SiO2 粉體 。
此法與傳統(tǒng)方法相比 反應(yīng)時(shí)間短 不需要晶種的制備或分段加酸，直接向旋轉(zhuǎn)床中加入濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)，工藝過程簡單、操作方便、易于工業(yè)化。吳明明等人利用化學(xué)沉淀法原理，以多晶硅生產(chǎn)中的副產(chǎn)物四氯化硅和硅酸鈉為硅源、聚乙二醇為表面活性劑、無水乙醇為添加劑，成功合成了 SiO2 粉體。通過控制硅酸鈉濃度，制備出粒徑分布均勻、平均粒徑為 150 nm、近似球形的非晶 SiO2 顆粒。此方法工藝流程簡單，容易操作，對設(shè)備要求低，可以解決國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的副產(chǎn)物問題，產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)效益 。
4 微乳液法
微乳液法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，使成核、生產(chǎn)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程局限在一個(gè)微小的球形液滴內(nèi)，從乳液中析出固相，形成球形顆粒，避免了顆粒間進(jìn)一步團(tuán)聚 。利用微乳液法制備 SiO2 大多以正硅酸乙酯為硅源，通過正硅酸乙酯分子擴(kuò)散透過反膠束界面膜向水核內(nèi)滲透，繼而發(fā)生水解縮合反應(yīng)，制得 SiO2。此法制備的產(chǎn)品具有粒度分布窄、粒徑可控、分散性好等優(yōu)點(diǎn)。
駱鋒等人以硅酸鹽溶液 / 環(huán)己烷 / 聚乙二醇辛基苯基醚 / 正戊醇體系的微乳液反應(yīng)為基礎(chǔ)，以
濃硫酸為沉淀劑，采用微乳液法制備非晶態(tài)球形納米 SiO2 粉體，粉體的粒徑為 15 ～ 35 nm、比表面積達(dá) 580 ～ 630 m2 /g。
羅潔等人采用乙醇、水、十六烷基三甲基溴化銨形成反相微膠束體系，加入氨水和 TEOS，制備出均勻度高、分散性好的介孔 SiO2 微球，比表面積為 952. 4 m2 /g，平 均孔徑為 2. 0 nm。此法克服了化學(xué)共沉淀法中易出現(xiàn)的硬團(tuán)聚及顆粒分布不均勻的缺點(diǎn)。
J. Teofil 等人以環(huán)己烷做有機(jī)相、非離子表面活性劑做乳化劑，在乳液中通過沉淀技術(shù)從偏硅酸鈉和鹽酸溶液中制備球形 SiO2 粉末，生成平均粒徑小、性能均一、團(tuán)聚少且活性高、表面積為
340 ～ 390 m2 /g 的 SiO2。
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