[发明专利]二氧化硅空心球及其制备方法和其应用

说明书

本发明涉及材料化学技术领域，具体涉及一种二氧化硅空心球及其制备方法和其应用；所述方法包括下述步骤，将石英砂熔融成石英熔体，向石英熔体中喷吹碳粉，收集粉体，即得；本发明提供一种物理法制备二氧化硅空心球的技术方案，以石英砂作为原料，熔融成液体后用压缩气体喷吹的方式制备得到产物，相比化学法而言，产量更大，工艺更简单，成本更低廉，可生产微米级和不同密度的二氧化硅空心球。

技术领域

本发明涉及材料化学技术领域，具体涉及一种二氧化硅空心球及其制备方法和其应用。

背景技术

二氧化硅空心球是指一种具有空腔结构的二氧化硅粒子。基于中空结构特点，二氧化硅空心球具有表观密度小、机械强度高、介电性能好、导热系数低、流动性能好，化学性质稳定等特点。微米级二氧化硅空心球主要是指中位粒径在1-200微米的二氧化硅空心球，相较纳米级二氧化硅空心球而言，具有分散性好、不易团聚的优点，在电子材料、生物医药等方面具有广阔的应用前景，开展其工业化制备方法研究具有重要的产业价值。

现有技术中，文献1和文献2均公开了关于微米级二氧化硅空心球的制备方法，两篇文献均采用化学途径的制备方法，存在目标产物产量小，制备成本高等不足之处，难以放大到产业化生产环境中实现稳定量产。

文献1：CN201610364670.0，一种粒径可控的二氧化硅空心球纳米材料及其制备方法。

文献2：CN201510428268.X，一种快速制备单分散有序介孔氧化硅空心球的方法。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种可以实现工业化量产的二氧化硅空心球的制备方法，包括下述步骤，将石英砂熔融成石英熔体，向石英熔体中喷吹碳粉，收集粉体，即得。

本发明的优选技术方案中，所述石英砂中包括如下质量分数的化学成分：SiO₂≥99.8％，Al₂O₃≤0.05％，Fe₂O₃≤0.005％。

本发明的优选技术方案中，所述石英砂的水萃取液中Na⁺≤5.0mg/L，Cl^-≤5.0mg/L。

所述石英砂的水萃取液的获得方法如下：取10g石英砂，加入100mL纯水中，搅拌5分钟后静置，取上清液，即为石英砂的水萃取液。

本发明的优选技术方案中，所述石英砂的粒度为16-120目。

为保证熔体的流动性能和物化性质的稳定性，本发明的优选技术方案中，所述熔融温度为1850-2200℃。

本发明的优选技术方案中，熔融过程在电弧矿热炉中进行。优选使用三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉将石英砂熔融成石英熔体。

本发明的优选技术方案中，喷吹过程在喷吹炉中进行，石英熔体经由溢流管进入喷吹炉。优选的，为避免高温石英熔体对设备的侵蚀，溢流管采用钇稳定氧化锆材质，同时为保证保温效果，避免熔体在罐内凝固造成堵塞，溢流管外管的保温材质为莫来石砖和岩棉，莫来石密度0.5-1.0g/m³，岩棉密度0.1g/m³，导热系数0.1W/m.k。

本发明优选的技术方案中，所述碳粉通过压缩气体送入石英熔体中，压缩气体的压力1.0-1.6MPa，压缩气体的流量10-30m³/min。

本发明优选的技术方案中，所述压缩气体为压缩空气或压缩氮气或压缩氧气或压缩二氧化碳，优选为压缩空气。

为保证碳粉的均匀分散作用，本发明优选的技术方案中，所述碳粉的加入量为5-50kg/h。

本发明优选的技术方案中，所述碳粉的粒度为5-20微米。