الدليل الفني علم المواد 2026
السيليكا المدخنة
SiO₂ البيروجيني — من الشعلة إلى التركيب
كل ما تحتاج معرفته عن السيليكا المدخنة: كيف تُصنع، ولماذا تعمل، وأين تُستخدم. مُعَدٌّ للمهندسين والمركِّبين والمتخصصين في المشتريات.
CAS 112945-52-5 الصيغة SiO₂ BET 50–400 m²/g محدَّث مارس 2026
SiCl₄ + 2H₂ + O₂ → SiO₂ + 4HCl التفاعل الأساسي — الهيدرولز اللهبي في >1500 °C
المحتويات
مواصفات سريعة النقاء >99.8% الجسيم 7–40 nm الكثافة 20–60 g/L السطح 50–400 m²/g
ما هي السيليكا المدخنة؟
ثاني أكسيد سيليكون آمورف اصطناعي فائق النقاء يُصنع بحرق SiCl₄ في شعلة هيدروجين فوق 1500 °C.
السيليكا المدخنة — المعروفة أيضاً بـالسيليكا البيروجينية — تجارياً لأول مرة عام 1944 من قِبل Degussa (Evonik حالياً) تحت علامة AEROSIL®. الجسيمات الأولية بالمقياس النانوي ومساحة السطح العالية للغاية وانعدام المسامية يجعلانها من أكثر الإضافات الوظيفية تعدداً في علم المواد.
الأسماء التجارية: HJSIL® (Minmetals East) · SEMISIL® (Semitech) · HMMAT® عامل إمات مدخن
المظهر
يبدو كالثلج الطازج — مسحوق أبيض خفيف للغاية وهش. يمكن أن تنخفض كثافة التعبئة إلى 20 g/L. يتطاير مع أدنى تيار هوائي.
الشكل 1 — مسحوق السيليكا المدخنة النقي.
الشكل 2 — تفاصيل القوام، درجة 130 m²/g.
كيف تُصنع السيليكا المدخنة
يدخل SiCl₄ المتبخر إلى شعلة هيدروجين–أكسجين (>1500 °C) داخل مفاعل مشعل. يُبرَّد SiO₂ المتشكل ويُفصل بمرشحات حلقية ويُزال حموضته ويُعبأ. المنتج الثانوي HCl يُستعاد لإعادة استخدامه.
تشكيل الجسيمات — 4 مراحل في ميلي ثانية
01 جسيمات بروتو <1 nm تتنوى جزيئات SiO₂ في لب الشعلة 02 جسيمات أولية 7–40 nm تتشكل كرات كثيفة غير مسامية 03 آحاد 100–500 nm تتماهى الجسيمات الأولية المنصهرة في سلاسل دائمة 04 تجمعات 1–200 µm ترتبط الآحاد برابطة H بشكل فضفاض
رافعات العملية: تتحكم درجة حرارة الشعلة ومعدل تغذية SiCl₄ ووقت الإقامة ونسبة H₂/O₂ في حجم الجسيمات ومساحة السطح.
النانومورفولوجيا ثلاثية المستويات
كل خاصية أداء تعود إلى هذا الهيكل ثلاثي المستويات. فهمه هو مفتاح اختيار الدرجة الصحيحة.
| المستوى | الحجم | الرابطة | قابل للعكس؟ |
|---|---|---|---|
| الجسيم الأولي | 7–40 nm | تساهمية (SiO₂ السائبة) | لا |
| الحاد | 100–500 nm | جسور تلبيد (Si–O–Si) | لا |
| التجمع | 1–200 µm | روابط هيدروجينية (Si–OH⋯OH–Si) | نعم |
الآحاد هي الوحدة الوظيفية — سلاسل دائمة تمنح السيليكا المدخنة قدرة التسميك والتعزيز. التجمعات تتفكك تحت القص وتتشكل من جديد في الراحة — مصدر الثيكسوتروبية.
الخصائص الرئيسية
99.8% نقاء SiO₂ 7–40 nm جسيم أولي 50–400 m²/g مساحة BET 2.2 g/cm³ كثافة حقيقية
| الخاصية | القيمة |
|---|---|
| كثافة التعبئة (غير مضغوط) | 20–60 g/L |
| pH (4% في الماء) | 3.7–4.5 |
| الفقد عند الجفاف (105 °C، 2h) | <1.5 wt% |
| الفقد عند الاحتراق (1000 °C، 2h) | <2.0 wt% |
| كثافة السيلانول | ~2–3 OH/nm² |
| معامل الانكسار | 1.46 |
الكيمياء السطحية
مجموعات السيلانول السطحية (Si–OH) تقود المحبة للماء وشبكات الرابطة الهيدروجينية وتفاعل البوليمر. الدرجات الكارهة للماء تستبدل –OH بـ–CH₃ للأنظمة غير القطبية.
التطبيقات
التحكم في الريولوجيا
التسميك والثيكسوتروبية ومنع الترهل في الطلاءات والمواد اللاصقة والمواد الإحكامية والأحبار وراتنجات UPE.
تعزيز السيليكون
استحكام الشد ومقاومة التمزق والصلابة في لاستيك سيليكوني HTV/RTV.
مساعد تدفق المسحوق
بارگذاری 0.1–1% الجسيمات، يقلل التماسك. دواء، غذاء، حبر الطابعة.
عامل منع الترسيب
هلام ضعيف يعلق الأصباغ في التخزين. يتمائع من جديد عند التحريك.
العزل الحراري
مادة القلب في VIP. تحقق توصيلية حرارية <0.005 W/(m·K).
جل الإلكتروليت
يسمك الإلكتروليتات في بطاريات الرصاص-الحمض وليثيوم أيون. يمنع التسرب.
المدخنة مقابل المترسبة
| المعيار | المدخنة | المترسبة |
|---|---|---|
| العملية | الهيدرولز اللهبي الغازي | الترسيب الكيميائي الرطب |
| نقاء SiO₂ | >99.8% | ~85–98% |
| بنية الجسيمات | كرات غير مسامية | مسامية وغير منتظمة |
| الرطوبة / LOI | <1.5% / <2% | ~5% / ~5–8% |
| كثافة السيلانول | ~2–3 OH/nm² | ~4–6 OH/nm² |
| كفاءة التسميك | عالية (جرعة أقل) | متوسطة |
| الشفافية | ممتازة | أقل |
| التكلفة | أعلى | أقل |
قاعدة الاختيار: تحتاجون إلى أقصى نقاء وشفافية وكفاءة؟ ← مدخنة. حساسة للتكلفة، التعتيم مقبول؟ ← مترسبة.
الأسئلة الشائعة
هل السيليكا المدخنة هي نفسها سيليكا الدخان؟
لا. السيليكا المدخنة = منتج اصطناعي عالي النقاء (هيدرولز لهبي). سيليكا الدخان = منتج ثانوي لصهر السيليكون، يُستخدم في الخرسانة. مادتان مختلفتان تماماً.
هل هي آمنة للتداول؟
آمورفية، غير مسرطنة. لكن الجسيمات الدقيقة للغاية يمكن أن تهيج الرئتين/العينين. استخدموا أقنعة الغبار والنظارات الواقية والأنظمة المغلقة. اتبعوا صحيفة SDS.
ما درجة BET التي يجب استخدامها؟
السيليكون: 150–200 m²/g. الطلاءات: 150–300 m²/g. مساعد التدفق: 200+ m²/g. سطح أعلى = تأثير أقوى، تشتيت أصعب.
هل يمكن تشتيتها في الماء؟
الدرجات المحبة للماء: نعم — تُشكِّل هلاماً ثيكسوتروبياً فوق ~3–5 wt%. الدرجات الكارهة للماء: SEMISIL R272, R110, R202, R620.
بيانات من صحائف بيانات الشركات المصنعة المتاحة للعموم. لاختيار المنتج وSDS، استشيروا Semisil