14 phương pháp phủ bề mặt bột siêu mịn
Bột siêu mịn thường đề cập đến các hạt có kích thước hạt là micromet hoặc nanomet. So với vật liệu thông thường dạng khối, chúng có diện tích bề mặt riêng lớn hơn, hoạt động bề mặt và năng lượng bề mặt cao hơn, do đó thể hiện các đặc tính quang học, nhiệt, điện, từ, xúc tác và các đặc tính khác tuyệt vời. Bột siêu mịn đã được nghiên cứu rộng rãi như một vật liệu chức năng trong những năm gần đây và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực phát triển kinh tế quốc gia.
Tuy nhiên, do các vấn đề kết tụ và phân tán độc đáo của bột siêu mịn, chúng đã mất đi nhiều đặc tính tuyệt vời, điều này hạn chế nghiêm trọng việc ứng dụng bột siêu mịn trong công nghiệp.
Các phương pháp phủ bề mặt bột siêu mịn
1. Phương pháp trộn cơ học. Sử dụng các lực cơ học như đùn, va đập, cắt và ma sát để phân phối đều chất điều chỉnh trên bề mặt ngoài của các hạt bột, để các thành phần khác nhau có thể thâm nhập và khuếch tán vào nhau để tạo thành lớp phủ. Các phương pháp chính hiện đang được sử dụng là nghiền bi, nghiền khuấy và tác động luồng không khí tốc độ cao.
2. Phương pháp phản ứng pha rắn. Trộn và nghiền một số muối kim loại hoặc oxit kim loại theo công thức, sau đó nung chúng để thu được trực tiếp bột phủ siêu mịn thông qua phản ứng pha rắn.
3. Phương pháp thủy nhiệt. Trong một hệ thống kín có nhiệt độ và áp suất cao, nước được sử dụng làm môi trường để thu được môi trường vật lý và hóa học đặc biệt không thể thu được trong điều kiện áp suất bình thường, để tiền chất phản ứng được hòa tan hoàn toàn và đạt đến một mức độ quá bão hòa nhất định, do đó hình thành một đơn vị tăng trưởng, sau đó hình thành hạt nhân và kết tinh để thu được bột tổng hợp.
4. Phương pháp sol-gel. Đầu tiên, tiền chất biến tính được hòa tan trong nước (hoặc dung môi hữu cơ) để tạo thành dung dịch đồng nhất, và chất tan và dung môi được thủy phân hoặc rượu hóa để thu được sol biến tính (hoặc tiền chất của nó); sau đó các hạt phủ được xử lý trước được trộn đều với sol để làm cho các hạt phân tán đều trong sol, và sol được xử lý để chuyển thành gel, và nung ở nhiệt độ cao để thu được bột phủ chất biến tính trên bề mặt, do đó đạt được sự biến tính bề mặt của bột.
5. Phương pháp kết tủa. Thêm chất kết tủa vào dung dịch chứa các hạt bột hoặc thêm chất có thể kích hoạt sự tạo ra chất kết tủa trong hệ thống phản ứng, để các ion đã biến tính trải qua phản ứng kết tủa và kết tủa trên bề mặt của các hạt, do đó phủ các hạt.
6. Phương pháp đông tụ không đồng nhất (còn được gọi là "phương pháp kết tụ không đồng nhất"). Một phương pháp được đề xuất dựa trên nguyên tắc các hạt có điện tích trái dấu trên bề mặt có thể thu hút nhau và đông tụ.
7. Phương pháp phủ nhũ tương siêu nhỏ. Đầu tiên, bột siêu mịn cần phủ được chuẩn bị bằng lõi nước nhỏ do nhũ tương loại W/O (nước trong dầu) cung cấp, sau đó bột được phủ và biến tính bằng quá trình trùng hợp nhũ tương.
8. Phương pháp tạo hạt không đồng nhất. Theo lý thuyết quá trình kết tinh LAMER, lớp phủ được hình thành bằng cách tạo hạt không đồng nhất và phát triển các hạt biến tính trên ma trận hạt phủ.
9. Phương pháp mạ hóa học. Đây là quá trình kết tủa kim loại bằng phương pháp hóa học mà không cần sử dụng dòng điện bên ngoài. Có ba phương pháp: phương pháp thay thế, phương pháp mạ tiếp xúc và phương pháp khử.
10. Phương pháp chất lỏng siêu tới hạn. Đây là một công nghệ mới vẫn đang được nghiên cứu. Trong điều kiện siêu tới hạn, việc giảm áp suất có thể dẫn đến quá bão hòa và có thể đạt được tốc độ quá bão hòa cao, do đó chất tan rắn kết tinh từ dung dịch siêu tới hạn.
11. Lắng đọng hơi hóa học. Ở nhiệt độ tương đối cao, hỗn hợp khí tương tác với bề mặt của chất nền, khiến một số thành phần trong hỗn hợp khí phân hủy và tạo thành lớp phủ kim loại hoặc hợp chất trên chất nền.
12. Phương pháp năng lượng cao. Phương pháp phủ hạt nano bằng tia hồng ngoại, tia cực tím, tia gamma, phóng điện corona, plasma, v.v. được gọi chung là phương pháp năng lượng cao. Phương pháp năng lượng cao thường sử dụng một số chất có nhóm chức năng hoạt động để đạt được lớp phủ bề mặt của hạt nano dưới tác động của các hạt năng lượng cao.
13. Phương pháp phân hủy nhiệt phun. Nguyên lý của quy trình là phun dung dịch hỗn hợp gồm một số muối chứa các ion dương cần thiết vào sương mù, đưa vào buồng phản ứng được gia nhiệt đến nhiệt độ đã đặt và tạo ra các hạt bột composite mịn thông qua phản ứng.
14. Phương pháp vi nang. Một phương pháp biến đổi bề mặt bao phủ một lớp màng đồng nhất có độ dày nhất định trên bề mặt bột. Kích thước hạt của các vi nang thường được chuẩn bị là 2 đến 1000 μm và độ dày vật liệu thành là 0,2 đến 10 μm.
Bột niken siêu mịn: kích thước nhỏ, hiệu quả lớn!
Bột niken siêu mịn thường dùng để chỉ niken có kích thước hạt nhỏ hơn 1μm. Theo kích thước hạt, bột niken siêu mịn thường được chia thành bột niken cấp micron (kích thước hạt trung bình ≥ 1μm), bột niken cấp dưới micron (kích thước hạt trung bình 0,1-1,0μm) và bột niken cấp nano (kích thước hạt trung bình 0,001-0,100μm). Bột niken siêu mịn có đặc điểm là kích thước nhỏ, hoạt động bề mặt cao, độ dẫn điện tốt và độ dẫn từ tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong cacbua xi măng, tụ gốm nhiều lớp chip, vật liệu từ tính, chất xúc tác hiệu suất cao, bùn dẫn điện, vật liệu hấp thụ, vật liệu che chắn điện từ và các lĩnh vực khác. Nhiều lĩnh vực có yêu cầu cao về độ tinh khiết, độ phân tán và độ cầu của bột niken, vì vậy việc chế tạo bột niken siêu mịn hình cầu có độ cầu tốt, độ tinh khiết cao và độ phân tán cao đã trở thành trọng tâm nghiên cứu hiện nay trong việc chế tạo bột niken.
Bột niken siêu mịn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao và công nghiệp do có diện tích bề mặt riêng lớn, độ dẫn điện tuyệt vời, hoạt động xúc tác và tính chất từ tính.
Lĩnh vực điện tử và bán dẫn
Tụ gốm nhiều lớp (MLCC): Bột niken siêu mịn là vật liệu chính cho điện cực bên trong của MLCC, thay thế hợp kim paladi/bạc kim loại quý truyền thống, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất, đồng thời đáp ứng nhu cầu về linh kiện điện tử thu nhỏ và tần số cao.
Keo dán và bao bì dẫn điện: Do có độ dẫn điện và khả năng phân tán cao, keo dán và bao bì dẫn điện được sử dụng trong keo dán điện tử và lớp phủ dẫn điện trên bảng mạch in (PCB) để cải thiện hiệu suất dẫn điện và tản nhiệt của các thiết bị điện tử.
Vật liệu bán dẫn: Là chất độn dẫn điện trong bao bì chip, keo dán và bao bì này giúp tăng cường độ dẫn nhiệt và độ ổn định cơ học của vật liệu.
Lưu trữ và chuyển đổi năng lượng
Pin lithium-ion: Là vật liệu điện cực dương (như LiNiO2), keo dán và bao bì này cải thiện đáng kể mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ của pin, đặc biệt là đối với xe năng lượng mới và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Pin nhiên liệu: Được sử dụng làm chất xúc tác (như chất xúc tác phản ứng hydro-oxy) để cải thiện hiệu suất phản ứng, giảm việc sử dụng kim loại quý bạch kim và giảm chi phí.
Siêu tụ điện: Tăng cường khả năng lưu trữ điện tích của vật liệu điện cực thông qua tối ưu hóa cấu trúc nano.
Xúc tác và bảo vệ môi trường
Hóa dầu: được sử dụng làm chất xúc tác hiệu quả trong quá trình hydro hóa, tách hydro và các phản ứng khác để cải thiện năng suất và độ tinh khiết của sản phẩm, chẳng hạn như quá trình hydro hóa toluen để tạo ra metylcyclohexan.
Bảo vệ môi trường: được sử dụng để xử lý khí thải và nước thải, phân hủy xúc tác các chất ô nhiễm và giảm phát thải chất độc hại.
Xúc tác năng lượng mới: trong sản xuất năng lượng hydro, sản xuất hydro hiệu quả thông qua phản ứng cải cách hơi nước (SMR) thúc đẩy sự phát triển của năng lượng sạch.
Vật liệu từ tính và công nghệ hấp thụ sóng
Chất lỏng từ tính và môi trường lưu trữ: phân tán trong chất lỏng mang để tạo thành chất lỏng từ tính hoặc được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ từ tính mật độ cao (như đĩa lượng tử).
Vật liệu chắn điện từ và hấp thụ sóng: bột niken siêu mịn có đặc tính điện và từ tuyệt vời. Vật liệu chắn sóng điện từ có thể được chế tạo bằng cách kết hợp bột niken siêu mịn với vật liệu ma trận polyme. Vật liệu composite đa thành phần như đồng và niken có đặc tính hấp thụ và chắn sóng tốt ở vùng tần số cao và có thể được sử dụng làm vật liệu tàng hình ở vùng tần số cao. Dựa trên lớp phủ dẫn điện bột niken siêu mịn, nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tàng hình quân sự và thiết bị điện tử dân dụng.
Hàng không vũ trụ và sản xuất cao cấp
Hợp kim chịu nhiệt độ cao: Là chất phụ gia để cải thiện khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn của hợp kim, phù hợp với các bộ phận động cơ máy bay.
Cacbua xi măng: Thay thế coban làm kim loại liên kết, được sử dụng trong các dụng cụ cắt và các bộ phận chống mài mòn, giúp giảm chi phí và cải thiện hiệu suất.
Y sinh học và vật liệu mới
Chất mang thuốc và chẩn đoán và điều trị: Sử dụng khả năng phản ứng từ tính và khả năng tương thích sinh học của nó để đưa thuốc có mục tiêu và phát hiện dấu hiệu từ tính.
In 3D và vật liệu composite: Là chất độn cho khuôn ép phun kim loại (MIM), nó cải thiện các đặc tính cơ học và độ chính xác của khuôn đúc của các bộ phận phức tạp.
Ưu điểm của bột niken siêu mịn là thay thế các vật liệu kim loại quý đắt tiền hơn, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất. Tuy nhiên, các lĩnh vực ứng dụng này yêu cầu bột niken nano được sử dụng phải có cấu trúc hình cầu đều đặn, kích thước hạt nhỏ và phân bố kích thước hạt đồng đều, khả năng phân tán tốt, mật độ khai thác cao, khả năng chống oxy hóa mạnh và các đặc tính khác, điều này cũng đặt ra thách thức cho quá trình chế tạo bột niken nano.
Ưu điểm của vật liệu carbon trong dẫn nhiệt và tản nhiệt
Trong ngành công nghiệp điện tử và quang điện tử hiện nay, khi các thiết bị điện tử và sản phẩm của chúng phát triển theo hướng tích hợp cao và tính toán cao, công suất tiêu tán đã tăng gấp đôi. Tản nhiệt dần trở thành yếu tố chính hạn chế sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp điện tử. Việc tìm kiếm vật liệu quản lý nhiệt có độ dẫn nhiệt tuyệt vời là rất quan trọng đối với thế hệ mạch tích hợp và thiết kế sản phẩm điện tử ba chiều tiếp theo.
Độ dẫn nhiệt của vật liệu gốm truyền thống (như bo nitrua, nhôm nitrua) và vật liệu kim loại (như đồng, nhôm) chỉ tối đa là vài trăm W/(m·K). So sánh với vật liệu carbon như kim cương, than chì, graphene, ống nano carbon và sợi carbon thậm chí còn tuyệt vời hơn. Ví dụ, than chì có độ dẫn nhiệt lý thuyết lên tới 4180W/mk theo hướng song song với lớp tinh thể, cao hơn gần 10 lần so với vật liệu kim loại truyền thống như đồng, bạc và nhôm. Ngoài ra, vật liệu carbon còn có các đặc tính tuyệt vời như mật độ thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp và tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
Graphene
Graphene là vật liệu bề mặt nguyên tử carbon một lớp được tách ra từ than chì. Nó có cấu trúc mặt phẳng hai chiều hình tổ ong bao gồm các nguyên tử carbon một lớp được sắp xếp chặt chẽ theo hình lục giác đều. Cấu trúc này rất ổn định. Sự kết nối giữa các nguyên tử carbon bên trong graphene rất linh hoạt. Khi lực bên ngoài tác dụng vào graphene, bề mặt nguyên tử carbon sẽ uốn cong và biến dạng, do đó các nguyên tử carbon không phải sắp xếp lại để thích ứng với lực bên ngoài, do đó duy trì được tính ổn định của cấu trúc. Cấu trúc mạng ổn định này mang lại cho graphene khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời.
Ống nano carbon
Kể từ khi phát hiện ra ống nano carbon vào năm 1991, nó đã trở thành trọng tâm, thu hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu về khả năng dẫn nhiệt của ống nano carbon. Ống nano carbon được tạo thành từ các tấm than chì một lớp hoặc nhiều lớp cuộn tròn lại và được chia thành ba loại: một lớp, hai lớp và nhiều lớp.
Cấu trúc đặc biệt mang lại cho ống nano carbon khả năng dẫn nhiệt cực cao. Một số nhà nghiên cứu đã tính toán rằng độ dẫn nhiệt của ống nano carbon đơn lớp ở nhiệt độ phòng là 3980 W/(m·K), độ dẫn nhiệt của ống nano carbon đôi lớp là 3580 W/(m·K) và độ dẫn nhiệt của ống nano carbon đa lớp là 2860 W/(m·K).
Kim cương
Cấu trúc tinh thể của kim cương là sự sắp xếp chặt chẽ các nguyên tử carbon trong tứ diện và tất cả các electron đều tham gia vào liên kết. Do đó, độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng của nó cao tới 2000~2100 W/(m·K), đây là một trong những vật liệu có độ dẫn nhiệt tốt nhất trong tự nhiên. Đặc điểm này khiến nó trở nên không thể thay thế trong lĩnh vực tản nhiệt cao cấp.
Sợi carbon
Sợi carbon được xử lý bằng quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ cao để tạo thành cấu trúc than chì turbostratic. Nếu mạng than chì trục của nó được định hướng cao, nó có thể đạt được độ dẫn nhiệt cực cao. Ví dụ, độ dẫn nhiệt của sợi carbon mesophase dựa trên pitch là 1100 W/(m·K), và độ dẫn nhiệt của sợi carbon phát triển bằng hơi có thể đạt tới 1950 W/(m·K).
Graphite
Graphite có cấu trúc tinh thể lục giác, bao gồm sáu mặt và hai mặt phẳng cơ sở đóng chặt. Lớp đầu tiên của lưới lục giác các nguyên tử carbon được so le bởi 1/2 đường chéo lục giác và chồng lên song song với lớp thứ hai. Lớp thứ ba và lớp đầu tiên được lặp lại ở vị trí, tạo thành chuỗi ABAB... Độ dẫn nhiệt của graphite tự nhiên dọc theo mặt phẳng tinh thể (002) là 2200 W/(m·K), và độ dẫn nhiệt trong mặt phẳng của graphite nhiệt phân định hướng cao cũng có thể đạt tới 2000 W/(m·K).
Tất cả các vật liệu carbon trên đều có độ dẫn nhiệt cực cao, vì vậy chúng đã thu hút được nhiều sự chú ý trong lĩnh vực yêu cầu tản nhiệt cao. Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét một số vật liệu dẫn nhiệt/tản nhiệt gốc carbon cổ điển.
Vật liệu carbon, với cấu trúc tinh thể độc đáo và các tính chất vật lý và hóa học, đã chứng minh được những lợi thế không thể thay thế trong lĩnh vực dẫn nhiệt và tản nhiệt. Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo và sự mở rộng các kịch bản ứng dụng, các vật liệu gốc carbon như graphene và kim cương được kỳ vọng sẽ thúc đẩy các giải pháp tản nhiệt trong các ngành công nghiệp như điện tử và hàng không vũ trụ lên một tầm cao mới.
Ứng dụng chế tạo bột dựa trên công nghệ plasma nhiệt trong vật liệu quản lý nhiệt
Việc thu nhỏ và tích hợp các thiết bị điện tử đưa ra yêu cầu tản nhiệt cao hơn đối với vật liệu quản lý nhiệt gốc polyme. Việc phát triển các chất độn dẫn nhiệt cao mới để xây dựng các đường dẫn nhiệt hiệu quả là chìa khóa để đạt được vật liệu quản lý nhiệt hiệu suất cao.
Công nghệ plasma nhiệt có những ưu điểm lớn trong việc chế tạo bột hình cầu có kích thước nano và micron, chẳng hạn như bột silicon hình cầu và bột alumina, do nhiệt độ cao, bầu không khí phản ứng có thể kiểm soát, mật độ năng lượng cao và ô nhiễm thấp.
Công nghệ plasma nhiệt
Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất ngoài rắn, lỏng và khí. Nó là một tập hợp trung hòa về điện tổng thể bao gồm các electron, cation và các hạt trung hòa. Theo nhiệt độ của các hạt nặng trong plasma, plasma có thể được chia thành hai loại: plasma nóng và plasma lạnh.
Nhiệt độ của các ion nặng trong plasma nóng có thể đạt tới 3×103 đến 3×104K, về cơ bản đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động lực học cục bộ. Ở trạng thái này, plasma nhiệt có mối quan hệ sau: nhiệt độ electron Te = nhiệt độ plasma Th = nhiệt độ kích thích Tex = nhiệt độ phản ứng ion hóa Treac, do đó plasma nhiệt có nhiệt độ nhiệt động đồng đều.
Chuẩn bị bột hình cầu bằng plasma
Dựa trên đặc điểm nhiệt độ cao và tốc độ làm mát nhanh của plasma nhiệt tần số cao, công nghệ lắng đọng hơi vật lý được sử dụng để chuẩn bị bột nano.
Có hai cách chính để chuẩn bị bột hình cầu bằng plasma.
Một là đưa bột nguyên liệu có hình dạng không đều và kích thước lớn vào hồ quang nhiệt độ cao của plasma nhiệt và sử dụng môi trường nhiệt độ cao do plasma nhiệt tạo ra để nhanh chóng làm nóng và làm tan chảy các hạt nguyên liệu (hoặc làm tan chảy bề mặt). Do sức căng bề mặt, bột nóng chảy tạo thành hình cầu và đông đặc ở tốc độ làm mát phù hợp để thu được bột hình cầu. Thứ hai là sử dụng bột không đều hoặc tiền chất làm nguyên liệu và plasma nhiệt làm nguồn nhiệt độ cao. Nguyên liệu phản ứng với các hạt hoạt động bên trong và được làm mát nhanh chóng và lắng đọng để tạo ra vật liệu bột lý tưởng.
Tận dụng đặc điểm nhiệt độ cao, năng lượng cao, khí quyển có thể kiểm soát và không gây ô nhiễm plasma nhiệt, bột hình cầu có độ tinh khiết cao, độ cầu cao và kích thước khác nhau có thể được chế tạo bằng cách kiểm soát các thông số trong quá trình chế tạo như cấp liệu, tốc độ làm mát và công suất plasma. Do đó, việc sử dụng công nghệ plasma để chế tạo bột hình cầu ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực năng lượng, hàng không vũ trụ, công nghiệp hóa chất và các lĩnh vực khác.
Các lĩnh vực ứng dụng chính và đặc điểm của bột silicon
Bột silica là vật liệu phi kim loại vô cơ có thành phần chính là silicon dioxide. Nó được làm từ thạch anh tinh thể, thạch anh nóng chảy, v.v. làm nguyên liệu thô và được xử lý bằng cách nghiền, phân loại chính xác, loại bỏ tạp chất và các quy trình khác. Nó có đặc tính điện môi tuyệt vời, hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ dẫn nhiệt cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong các tấm phủ đồng, hợp chất đúc epoxy, vật liệu cách điện, chất kết dính, lớp phủ, gốm sứ và các lĩnh vực khác.
1. Tấm phủ đồng
Tấm phủ đồng là chất nền quan trọng để sản xuất bảng mạch in có cấu trúc "lá đồng + lớp cách điện điện môi (vật liệu nhựa và gia cố) + lá đồng". Đây là vật liệu cơ bản đầu nguồn cho nhiều hệ thống mạch khác nhau.
Các lựa chọn chất độn cho tấm phủ đồng bao gồm bột vi silicon, nhôm hydroxit, magiê hydroxit, bột talc, bột mica và các vật liệu khác. Trong số đó, bột vi silicon có lợi thế tương đối về khả năng chịu nhiệt, tính chất cơ học, tính chất điện và khả năng phân tán trong hệ thống nhựa. Có thể dùng để cải thiện khả năng chịu nhiệt và chống ẩm, cải thiện độ cứng của các tấm đồng mỏng, giảm hệ số giãn nở nhiệt, cải thiện độ ổn định kích thước, cải thiện độ chính xác định vị khoan và độ nhẵn của thành trong, cải thiện độ bám dính giữa các lớp hoặc giữa các lớp cách điện và lá đồng, v.v., do đó được ưa chuộng trong chất độn tấm đồng.
Vi bột silic hình cầu có hiệu suất tốt nhất nhưng giá thành cao, chỉ được sử dụng trong lĩnh vực tấm đồng cao cấp. Về độ dẫn nhiệt, độ lấp đầy, độ giãn nở nhiệt và tính chất điện môi, hiệu suất của vi bột silic hình cầu tốt hơn, nhưng về giá cả, vi bột silic góc lại thấp hơn. Do đó, xét về hiệu suất và chi phí toàn diện, vi bột silic hình cầu hiện chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực tấm đồng cao cấp, chẳng hạn như tấm đồng cao tần và tốc độ cao, chất mang IC, v.v., và kịch bản ứng dụng càng cao thì tỷ lệ bổ sung càng cao.
2. Hợp chất đúc Epoxy
Hợp chất đúc Epoxy là hợp chất đúc dạng bột được làm từ nhựa Epoxy làm nhựa nền, nhựa Phenolic hiệu suất cao làm chất đóng rắn, bột Silicon làm chất độn và nhiều loại phụ gia khác. Đây là vật liệu thiết yếu cho bao bì bán dẫn như mạch tích hợp (hơn 97% bao bì bán dẫn sử dụng hợp chất đúc Epoxy).
3. Vật liệu cách điện
Bột Silicon được sử dụng trong các sản phẩm cách điện có thể làm giảm hiệu quả hệ số giãn nở tuyến tính của sản phẩm đã đóng rắn và tỷ lệ co ngót trong quá trình đóng rắn, giảm ứng suất bên trong và cải thiện độ bền cơ học của vật liệu cách điện, do đó cải thiện và nâng cao hiệu quả các tính chất cơ học và điện của vật liệu cách điện. Do đó, các yêu cầu về chức năng của khách hàng trong lĩnh vực này đối với bột silicon vi mô được phản ánh nhiều hơn ở hệ số giãn nở tuyến tính thấp, khả năng cách điện cao và độ bền cơ học cao, trong khi các yêu cầu về tính chất điện môi và độ dẫn nhiệt của nó tương đối thấp.
Trong lĩnh vực vật liệu cách điện, các sản phẩm bột vi silicon đơn quy cách có kích thước hạt trung bình từ 5-25µm thường được lựa chọn theo đặc tính của sản phẩm cách điện và yêu cầu của quy trình sản xuất, đồng thời có yêu cầu cao về độ trắng của sản phẩm, phân bố kích thước hạt, v.v.
4. Chất kết dính
Bột vi silicon được nhồi trong nhựa kết dính có thể làm giảm hiệu quả hệ số giãn nở tuyến tính của sản phẩm đã lưu hóa và tỷ lệ co ngót trong quá trình lưu hóa, cải thiện độ bền cơ học của chất kết dính, cải thiện khả năng chịu nhiệt, chống thấm và hiệu suất tản nhiệt, do đó cải thiện hiệu ứng liên kết và bịt kín.
Sự phân bố kích thước hạt của bột vi silicon sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt và lắng đọng của chất kết dính, do đó ảnh hưởng đến khả năng xử lý của chất kết dính và hệ số giãn nở tuyến tính sau khi lưu hóa.
5. Gốm tổ ong
Chất mang gốm tổ ong để làm sạch khí thải ô tô và bộ lọc khí thải ô tô bằng vật liệu cordierite DPF để làm sạch khí thải động cơ diesel được làm bằng alumina, bột vi silicon và các vật liệu khác thông qua quá trình trộn, ép đùn, sấy khô, thiêu kết và các quy trình khác. Bột silic hình cầu có thể cải thiện tốc độ đúc và độ ổn định của sản phẩm gốm tổ ong.
Sửa đổi lớp phủ titan dioxide
Việc biến đổi lớp phủ của titanium dioxide (titanium dioxide) là một phương tiện quan trọng để cải thiện hiệu suất của nó (như khả năng phân tán, khả năng chống chịu thời tiết, độ bóng, độ ổn định hóa học, v.v.). Các phương pháp biến đổi lớp phủ phổ biến chủ yếu bao gồm ba loại: lớp phủ vô cơ, lớp phủ hữu cơ và lớp phủ tổng hợp. Sau đây là phân loại cụ thể và giới thiệu ngắn gọn:
Biến đổi lớp phủ vô cơ
Bằng cách phủ một lớp oxit hoặc muối vô cơ lên bề mặt các hạt titanium dioxide, một rào cản vật lý được hình thành để cải thiện độ ổn định hóa học và tính chất quang học của nó.
1. Lớp phủ oxit
Nguyên lý: Sử dụng hydrat của oxit kim loại (như SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, v.v.) để kết tủa trên bề mặt titanium dioxide để tạo thành một lớp phủ đồng nhất.
Quy trình: Thông thường thông qua phương pháp lắng đọng pha lỏng, các muối kim loại (như natri silicat, nhôm sunfat) được thêm vào bùn titanium dioxide và giá trị pH được điều chỉnh để kết tủa và phủ hydrat oxit kim loại.
2. Lớp phủ oxit tổng hợp
Nguyên lý: Phủ hai hoặc nhiều oxit kim loại (như Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂, v.v.), kết hợp các ưu điểm của từng thành phần.
Tính năng: Hiệu suất tổng thể tốt hơn, ví dụ, lớp phủ Al₂O₃-SiO₂ có thể đồng thời cải thiện khả năng phân tán và khả năng chống chịu thời tiết, phù hợp với sơn ô tô và lớp phủ cuộn dây có nhu cầu cao.
3. Lớp phủ muối
Nguyên lý: Sử dụng muối kim loại (như phosphat, silicat, sulfat, v.v.) để tạo thành lớp muối khó hòa tan trên bề mặt titan dioxide.
Biến đổi lớp phủ hữu cơ
Thông qua phản ứng của các hợp chất hữu cơ với các nhóm hydroxyl trên bề mặt titan dioxide, một lớp phân tử hữu cơ được hình thành để cải thiện khả năng tương thích của nó với môi trường hữu cơ.
1. Lớp phủ chất kết dính
Nguyên lý: Sử dụng cấu trúc lưỡng tính của các phân tử chất kết dính (như silan, titanat, aluminat), một đầu kết hợp với nhóm hydroxyl trên bề mặt titan dioxit, đầu còn lại phản ứng với chất nền hữu cơ (như nhựa, polyme).
Chất kết dính silan: Cải thiện khả năng phân tán của titan dioxit trong các hệ thống gốc nước, thường được sử dụng trong lớp phủ gốc nước và mực in.
Chất kết dính titanat/aluminat: Tăng cường khả năng tương thích trong các hệ thống dầu như nhựa và cao su, đồng thời giảm sự kết tụ trong quá trình xử lý.
2. Lớp phủ chất hoạt động bề mặt
Nguyên lý: Chất hoạt động bề mặt (như axit béo, sulfonat, muối amoni bậc bốn, v.v.) bám vào bề mặt titan dioxit thông qua quá trình hấp phụ vật lý hoặc phản ứng hóa học để tạo thành lớp tích điện hoặc lớp kỵ nước.
Chức năng:
Chất hoạt động bề mặt anion (như axit stearic): Cải thiện khả năng phân tán trong môi trường dầu, thường được sử dụng trong nhựa và cao su.
Chất hoạt động bề mặt cation (như dodecyltrimethylammonium chloride): Thích hợp cho các hệ phân cực để cải thiện độ ổn định.
3. Lớp phủ polyme
Nguyên lý: Ghép các polyme (như acrylat, nhựa epoxy, siloxan, v.v.) trên bề mặt titan dioxide thông qua các phản ứng trùng hợp.
Chức năng:
Tạo lớp phủ dày để cô lập thêm sự xói mòn hóa học và cải thiện khả năng chống chịu thời tiết và các tính chất cơ học.
Cải thiện khả năng tương thích với các loại nhựa cụ thể, thích hợp cho vật liệu composite và lớp phủ hiệu suất cao.
4. Lớp phủ silicon
Nguyên lý: Sử dụng các đặc tính năng lượng bề mặt thấp của polysiloxan (dầu silicon, nhựa silicon, v.v.) để phủ các hạt titan dioxide.
Chức năng: Giảm sức căng bề mặt, cải thiện khả năng phân tán và độ mịn, thường được sử dụng trong mực và mỹ phẩm.
III. Sửa đổi lớp phủ composite
Kết hợp các ưu điểm của lớp phủ vô cơ và hữu cơ, lớp phủ kép được thực hiện theo từng giai đoạn hoặc đồng thời để đạt được hiệu suất bổ sung.
1. Phủ vô cơ trước rồi đến phủ hữu cơ
2. Phủ đồng bộ vô cơ-hữu cơ
Các công nghệ phủ đặc biệt khác
1. Phủ nano
2. Phủ vi nang
Nguyên lý: Bao bọc các hạt titanium dioxide trong các vi nang polymer, giải phóng titanium dioxide bằng cách kiểm soát các điều kiện vỡ nang (như nhiệt độ, giá trị pH), phù hợp với các lớp phủ thông minh và hệ thống giải phóng chậm.
Vật liệu hợp kim magiê trong nền kinh tế tầm thấp
Là một vật liệu nhẹ, hợp kim magiê đã trở thành lựa chọn lý tưởng cho máy bay kinh tế tầm thấp do mật độ thấp, độ bền cao, khả năng hấp thụ sốc và che chắn sóng điện từ. So với các vật liệu truyền thống, hợp kim magiê nhẹ hơn, có thể kéo dài đáng kể thời gian bay và cải thiện hiệu quả năng lượng. Ngoài ra, khả năng hấp thụ sốc và che chắn điện từ của hợp kim magiê cũng có thể cải thiện độ an toàn khi vận hành và khả năng tương thích điện từ của máy bay trong môi trường phức tạp.
Máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng điện (eVTOL)
Khung cầu chì: Mật độ của hợp kim magiê chỉ bằng 2/3 so với hợp kim nhôm và 1/4 so với thép. Sử dụng nó cho khung thân máy bay có thể giảm đáng kể trọng lượng của máy bay, cải thiện khả năng chịu tải và tầm bay. Ví dụ, eVTOL chở hàng 2 tấn của Fengfei Aviation sử dụng hợp kim magiê để sản xuất một số thành phần khung thân máy bay, giúp đạt được trọng lượng nhẹ hiệu quả trong khi vẫn đảm bảo độ bền của cấu trúc.
Cấu trúc cánh: Hợp kim magiê có độ bền riêng cao và có thể duy trì độ ổn định về cấu trúc của cánh dưới tải trọng khí động học lớn, đồng thời giảm trọng lượng của cánh, giúp cải thiện hiệu suất bay của máy bay.
Vỏ động cơ: Hợp kim magiê có tính dẫn nhiệt và che chắn điện từ tốt, có thể tản nhiệt hiệu quả do hoạt động của máy phát điện, bảo vệ mạch bên trong của động cơ khỏi nhiễu điện từ, kéo dài tuổi thọ của động cơ và cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ. Ví dụ, vỏ động cơ của xe bay điện thông minh Traveler X2 của Xiaopeng Huitian được làm bằng vật liệu hợp kim magiê.
Ngăn chứa pin: Hợp kim magiê có thể được sử dụng để sản xuất ngăn chứa pin. Mật độ thấp của nó giúp giảm tổng trọng lượng của máy bay và hiệu suất che chắn điện từ của nó có thể ngăn pin bị nhiễu điện từ bên ngoài, đảm bảo an toàn và hoạt động ổn định của pin.
Giá đỡ bảng điều khiển: Giá đỡ bảng điều khiển bằng hợp kim magiê có độ cứng và độ ổn định tốt, có thể hỗ trợ nhiều thiết bị và thiết bị hiển thị khác nhau của bảng điều khiển eVTOL. Đồng thời, đặc tính nhẹ của nó cũng giúp giảm tổng trọng lượng của máy bay.
UAV
Khung thân máy bay: Hợp kim magiê có mật độ thấp, có thể làm giảm đáng kể trọng lượng của máy bay không người lái, tăng độ bền và khả năng chịu tải, và cường độ riêng cao có thể đảm bảo rằng thân máy bay có thể chịu được nhiều ứng suất khác nhau trong quá trình bay. Ví dụ, máy bay không người lái nhiều cánh quạt "Hybrid Flyer" có khung hợp kim magiê nhẹ hơn khoảng 30% so với khung vật liệu truyền thống và thời gian chịu đựng cũng được kéo dài.
Cánh và đuôi: có thể được sử dụng để chế tạo cấu trúc hỗ trợ bên trong hoặc lớp da tổng thể của cánh và đuôi, đồng thời đảm bảo độ bền kết cấu và hiệu suất khí động học, giảm lực cản bay và mức tiêu thụ năng lượng của máy bay không người lái, đồng thời cải thiện hiệu quả và tính linh hoạt của chuyến bay.
Giá đỡ bảng mạch điều khiển: cung cấp hỗ trợ ổn định cho bảng mạch điều khiển. Đặc điểm nhẹ của nó giúp hạ thấp trọng tâm của máy bay không người lái và cải thiện độ ổn định khi bay. Đồng thời, hiệu suất che chắn điện từ có thể làm giảm nhiễu điện từ giữa các bảng mạch và đảm bảo truyền tín hiệu điều khiển chính xác.
Vỏ cảm biến: dùng để đóng gói nhiều loại cảm biến khác nhau, chẳng hạn như camera, mô-đun GPS, v.v., đồng thời bảo vệ cảm biến, giảm trọng lượng tải trọng của máy bay không người lái, cho phép máy bay không người lái mang nhiều thiết bị hơn hoặc kéo dài thời gian bay và khả năng chống ăn mòn của hợp kim magiê có thể thích ứng với các yêu cầu làm việc của cảm biến trong các môi trường khác nhau.
Cánh quạt: hợp kim magiê có thể được sử dụng để sản xuất cánh quạt. Mật độ thấp và cường độ riêng cao giúp cải thiện hiệu suất quay của cánh quạt, giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm trọng lượng và do đó cải thiện hiệu suất tổng thể của máy bay không người lái.
Trọng lượng nhẹ, chi phí thấp và trữ lượng cao của magiê khiến nó có lợi thế hơn so với các vật liệu truyền thống và dự kiến sẽ giải quyết được tình trạng khó khăn về chi phí nguyên liệu thô cao và hiệu quả vận hành thấp trong xây dựng kinh tế tầm thấp. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ sản xuất hợp kim magiê, sản xuất quy mô lớn sẽ tiếp tục giảm chi phí, do đó thúc đẩy ứng dụng quy mô lớn của nó trong lĩnh vực tầm thấp.
Tính chất vật liệu composite sợi thủy tinh
Sợi thủy tinh là vật liệu bao gồm nhiều sợi thủy tinh cực mịn. Nó được tạo ra bằng cách ép thủy tinh nóng chảy qua một cái sàng, sau đó quay thành sợi và sau đó kết hợp để tạo thành sợi thủy tinh.
Vật liệu composite sợi thủy tinh là vật liệu nhựa gia cường bao gồm các sợi thủy tinh được nhúng trong một ma trận nhựa. Vật liệu composite sợi thủy tinh có độ bền riêng tuyệt vời, trọng lượng nhẹ nhưng có các tính chất cơ học gần giống với kim loại; chúng chống gỉ và có thể chịu được môi trường axit, kiềm, độ ẩm và phun muối trong thời gian dài và có tuổi thọ cao hơn so với vật liệu kim loại truyền thống; hiệu suất có thể được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh lớp sợi và loại nhựa, và có thể được xử lý thành các hình dạng phức tạp; chúng không dẫn điện và trong suốt đối với sóng điện từ, và phù hợp với các thành phần chức năng đặc biệt như thiết bị điện và mái che radar; so với các vật liệu composite cao cấp như sợi carbon, sợi thủy tinh rẻ hơn và là lựa chọn vật liệu hiệu suất cao tiết kiệm.
Vật liệu composite sợi thủy tinh được sử dụng trong nền kinh tế tầm thấp
Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực máy bay không người lái
Thân máy bay và các thành phần cấu trúc: Nhựa gia cường sợi thủy tinh (GFRP) được sử dụng rộng rãi trong các thành phần cấu trúc chính như thân máy bay, cánh và đuôi máy bay không người lái do trọng lượng nhẹ và độ bền cao.
Vật liệu cánh: Trong sản xuất cánh quạt máy bay không người lái, sợi thủy tinh được sử dụng kết hợp với các vật liệu như nylon để tăng độ cứng và độ bền.
Các vật liệu quan trọng cho máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL)
Khung cầu chì và cánh: Máy bay eVTOL có yêu cầu cực kỳ cao về trọng lượng nhẹ và vật liệu composite gia cường sợi thủy tinh thường được sử dụng kết hợp với sợi carbon để tối ưu hóa cấu trúc thân máy bay và giảm chi phí.
Các thành phần chức năng: Sợi thủy tinh cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử hàng không eVTOL (như bộ khuếch đại công suất RF) và khả năng chịu nhiệt độ cao và tính chất cách điện của nó khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng.
Là một vật liệu cơ bản chiến lược trong nền kinh tế tầm thấp, sợi thủy tinh có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong máy bay không người lái, eVTOL và các lĩnh vực khác. Với sự hỗ trợ của chính sách và tiến bộ công nghệ, nhu cầu thị trường sẽ tiếp tục tăng và trở thành động lực quan trọng thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế vùng thấp.
Vàng bị lãng quên: bột đánh bóng đất hiếm
Bột đánh bóng gốc đất hiếm là bột đánh bóng đất hiếm chính thống hiện nay. Nó có hiệu suất đánh bóng tuyệt vời và có thể cải thiện bề mặt hoàn thiện của sản phẩm hoặc bộ phận. Nó được gọi là "vua của bột đánh bóng". Ngành chế biến thủy tinh và ngành điện tử là các lĩnh vực ứng dụng hạ nguồn chính của bột đánh bóng đất hiếm. Chất thải của bột đánh bóng đất hiếm bị hỏng sau khi đánh bóng chiếm khoảng 70% sản lượng mỗi năm. Các thành phần chất thải chủ yếu đến từ cặn thải bột đánh bóng đất hiếm, chất lỏng thải, mảnh thủy tinh từ phôi đánh bóng, da mài (polyme hữu cơ) từ vải đánh bóng, dầu và các tạp chất khác, và tỷ lệ các thành phần đất hiếm là 50%. Cách xử lý bột đánh bóng đất hiếm bị hỏng đã trở thành một vấn đề lớn đối với các công ty ứng dụng hạ nguồn.
Hiện nay, các phương pháp thường được sử dụng để tái chế chất thải bột đánh bóng đất hiếm là tách vật lý và tách hóa học.
Phương pháp tách vật lý
(1) Phương pháp tuyển nổi
Trong những năm gần đây, công nghệ tuyển nổi đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý chất thải rắn. Do sự khác biệt về tính ưa nước của các thành phần trong bột đánh bóng đất hiếm thải, nên các tác nhân tuyển nổi khác nhau được lựa chọn để cải thiện ái lực của các thành phần trong dung dịch nước, để lại các hạt ưa nước trong nước, do đó đạt được mục đích tách. Tuy nhiên, kích thước của các hạt bột đánh bóng ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi tuyển nổi và độ tinh khiết thu hồi không đủ.
Trong quá trình tuyển nổi, các bộ thu khác nhau được lựa chọn và hiệu quả loại bỏ tạp chất thay đổi rất nhiều. Yang Zhiren và cộng sự phát hiện ra rằng khi độ pH của axit styrenephosphonic là 5, tỷ lệ thu hồi oxit xeri và oxit lanthan sau khi tuyển nổi đạt 95%, trong khi tỷ lệ thu hồi canxi florua và fluoroapatite chỉ đạt tối đa 20%. Các hạt có đường kính nhỏ hơn 5 micron cần được tách thêm để loại bỏ tạp chất do hiệu ứng tuyển nổi kém.
(2) Phương pháp tách từ
Bột đánh bóng đất hiếm thải có từ tính. Dựa trên điều này, Mishima và cộng sự đã thiết kế một thiết bị có từ trường thẳng đứng để thu hồi bùn đánh bóng đất hiếm. Khi lưu lượng bùn bột thải là 20 mm/giây, thời gian tuần hoàn là 30 phút, nồng độ bùn là 5% và độ pH của bùn là 3, hiệu suất tách cerium dioxide và chất kết bông sắt có thể đạt tới 80%. Nếu hướng từ trường được thay đổi thành một gradient ngang và sau đó dung dịch MnCl2 được thêm vào, silicon dioxide và nhôm oxit có tính chất từ ngược lại có thể được tách ra khỏi cerium dioxide.
(3) Các phương pháp khác
Takahashi và cộng sự đã đông lạnh bùn bột thải có các hạt không dễ lắng ở nhiệt độ -10°C, sau đó rã đông trong môi trường 25°C. Các tạp chất và oxit đất hiếm tạo thành một lớp, tạo điều kiện cho quá trình kết tụ và thu hồi các chất hữu ích trong chất thải.
Phương pháp tách hóa học
Phương pháp hóa học chủ yếu áp dụng quy trình thu hồi sau khi hòa tan axit và rang kiềm, và sử dụng chất khử làm thuốc thử phụ trợ để thu được nguyên liệu bột đánh bóng đất hiếm thông qua quá trình loại bỏ tạp chất, chiết xuất và kết tủa. Phương pháp này có tỷ lệ thu hồi đất hiếm cao, nhưng quy trình dài và chi phí cao. Axit mạnh hoặc kiềm mạnh quá mức tạo ra một lượng lớn nước thải. (1) Xử lý kiềm
Nhôm oxit và silic dioxit là tạp chất chính trong chất thải bột đánh bóng đất hiếm. Sử dụng dung dịch NaOH 4 mol/L để phản ứng với chất thải bột đánh bóng đất hiếm trong 1 giờ ở 60°C để loại bỏ tạp chất silic dioxit và nhôm oxit trong chất thải bột đánh bóng đất hiếm.
(2) Xử lý axit
Khi thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ chất thải bột đánh bóng, axit nitric, axit sunfuric và axit clohydric thường được sử dụng để ngâm chiết. Xeri dioxit, thành phần chính của chất thải bột đánh bóng đất hiếm, hòa tan nhẹ trong axit sunfuric.
(3) Chiết xuất axit hỗ trợ chất khử
Nếu CeO2 được chiết xuất trực tiếp bằng axit, hiệu ứng không lý tưởng. Nếu thêm chất khử để khử Ce4+ thành Ce3+, tốc độ chiết xuất đất hiếm có thể được cải thiện. Sử dụng chất khử H2O2 để hỗ trợ chiết xuất axit clohydric từ chất thải bột đánh bóng đất hiếm có thể cải thiện đáng kể kết quả thực nghiệm.
Sáu quy trình sản xuất thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cao
Thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cao, độ truyền quang phổ cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt, ăn mòn và bức xạ cực tím sâu tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp cao cấp như quang học, hàng không vũ trụ và chất bán dẫn.
Thủy tinh thạch anh có thể được phân loại theo quy trình chế tạo. Có hai loại nguyên liệu chính để chế tạo thủy tinh thạch anh. Loại thứ nhất là cát thạch anh có độ tinh khiết cao, được sử dụng để nấu chảy điện và tinh chế khí để chế tạo thủy tinh thạch anh nóng chảy ở nhiệt độ cao vượt quá 1800°C; loại thứ hai là hợp chất chứa silicon, được sử dụng để chế tạo thủy tinh thạch anh tổng hợp thông qua các phản ứng hóa học.
Phương pháp nấu chảy điện
Phương pháp nấu chảy điện là làm tan chảy nguyên liệu thạch anh dạng bột trong nồi nấu bằng cách nung điện, sau đó tạo thành thủy tinh thạch anh thông qua quá trình thủy tinh hóa làm nguội nhanh. Các phương pháp gia nhiệt chính bao gồm điện trở, hồ quang và cảm ứng tần số trung bình.
Phương pháp tinh chế khí
Trong công nghiệp, phương pháp tinh chế khí ra đời muộn hơn một chút so với phương pháp nấu chảy điện. Nó sử dụng ngọn lửa hydro-oxy để làm tan chảy thạch anh tự nhiên, sau đó dần dần tích tụ trên bề mặt mục tiêu thủy tinh thạch anh. Thủy tinh thạch anh nóng chảy được sản xuất bằng phương pháp tinh chế khí chủ yếu được sử dụng cho các nguồn sáng điện, ngành công nghiệp bán dẫn, đèn xenon hình cầu, v.v. Vào những ngày đầu, các ống thủy tinh thạch anh trong suốt cỡ lớn và nồi nấu chảy được nấu chảy trực tiếp bằng cát thạch anh có độ tinh khiết cao trên thiết bị đặc biệt sử dụng ngọn lửa hydro-oxy. Hiện nay, phương pháp tinh chế khí thường được sử dụng để chế tạo thỏi thạch anh, sau đó các thỏi thạch anh được xử lý lạnh hoặc nóng để tạo ra các sản phẩm thủy tinh thạch anh cần thiết.
Phương pháp CVD
Nguyên lý của phương pháp CVD là đun nóng chất lỏng dễ bay hơi SiCl4 để biến nó thành khí, sau đó cho SiCl4 dạng khí đi vào ngọn lửa hydro-oxy được hình thành do quá trình đốt cháy hydro và oxy dưới sự dẫn động của khí mang (O2), phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao để tạo thành các hạt vô định hình, lắng đọng trên chất nền lắng đọng quay, sau đó nóng chảy ở nhiệt độ cao để tạo thành thủy tinh thạch anh.
Phương pháp PCVD
Quy trình PCVD lần đầu tiên được Corning đề xuất vào những năm 1960. Quy trình này sử dụng plasma để thay thế ngọn lửa hydro-oxy làm nguồn nhiệt để chế tạo thủy tinh thạch anh. Nhiệt độ của ngọn lửa plasma được sử dụng trong quy trình PCVD cao hơn nhiều so với ngọn lửa thông thường. Nhiệt độ lõi của nó có thể lên tới 15000K và nhiệt độ trung bình là 4000~5000K. Khí làm việc có thể được lựa chọn phù hợp theo yêu cầu quy trình cụ thể.
Phương pháp CVD hai bước
Phương pháp CVD truyền thống còn được gọi là phương pháp một bước hoặc phương pháp trực tiếp. Vì hơi nước tham gia vào phản ứng nên hàm lượng hydroxyl trong thủy tinh thạch anh được chế tạo bằng phương pháp CVD một bước thường cao và khó kiểm soát. Để khắc phục nhược điểm này, các kỹ sư đã cải tiến phương pháp CVD một bước và phát triển phương pháp CVD hai bước, còn được gọi là phương pháp tổng hợp gián tiếp.
Biến tính nhiệt
Phương pháp biến tính nhiệt đầu tiên làm mềm vật liệu nền thủy tinh thạch anh bằng cách nung nóng, sau đó thu được sản phẩm mong muốn thông qua các phương pháp như chìm máng và kéo. Trong lò biến tính nhiệt, thân lò được nung nóng bằng phương pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ. Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm ứng trong lò tạo ra trường điện từ xoay chiều trong không gian và trường điện từ tác động lên bộ phận gia nhiệt để tạo ra dòng điện và nhiệt. Khi nhiệt độ tăng, vật liệu nền thủy tinh thạch anh mềm ra và tại thời điểm này, có thể tạo thành thanh/ống thủy tinh thạch anh bằng cách kéo xuống bằng máy kéo. Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ trong lò và tốc độ kéo, có thể kéo ra các thanh/ống thủy tinh thạch anh có đường kính khác nhau. Bố trí cuộn dây và cấu trúc lò của lò gia nhiệt cảm ứng điện từ có ảnh hưởng lớn đến trường nhiệt độ trong lò. Trong sản xuất thực tế, trường nhiệt độ trong lò cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm thủy tinh thạch anh.