راهنمای فنی علم مواد ۲۰۲۶
سیلیکای فیومد
SiO₂ پیروژنیک — از شعله تا فرمولاسیون
هر چیزی که باید درباره سیلیکای فیومد بدانید: چگونه ساخته میشود، چرا کار میکند و کجا استفاده میشود. برای مهندسان، فرمولاتورها و متخصصان تدارکات.
CAS 112945-52-5 فرمول SiO₂ BET 50–400 m²/g بهروزرسانی مارس ۲۰۲۶
SiCl₄ + 2H₂ + O₂ → SiO₂ + 4HCl واکنش اصلی — هیدرولیز شعله در >1500 °C
محتوا
مشخصات سریع خلوص >99.8% ذرات 7–40 nm دانسیته 20–60 g/L سطح 50–400 m²/g
سیلیکای فیومد چیست؟
یک دیاکسید سیلیسیم آمورف مصنوعی و فوقخالص که با سوزاندن SiCl₄ در شعله هیدروژن در دمای بیش از 1500 °C ساخته میشود.
سیلیکای فیومد — که سیلیکای پیروژنیک نیز نامیده میشود — اولین بار در سال ۱۹۴۴ توسط Degussa (اکنون Evonik) تحت برند AEROSIL® تجاریسازی شد. ذرات اولیه در مقیاس نانو، سطح بسیار بالا و فقدان تخلخل آن را به یکی از چندگونهترین افزودنیهای عملکردی در علم مواد تبدیل کردهاند.
نامهای تجاری: HJSIL® (Minmetals East) · SEMISIL® (Semitech) · HMMAT® عامل خشکی فیومد
ظاهر
مثل برف تازه به نظر میرسد — پودر سفید فوقسبک و پفکی. دانسیته توده میتواند به 20 g/L برسد. با کمترین جریان هوا به هوا پخش میشود.
شکل ۱ — پودر سیلیکای فیومد خالص.
شکل ۲ — جزئیات بافت، درجه 130 m²/g.
چگونه سیلیکای فیومد ساخته میشود
SiCl₄ تبخیر شده وارد یک شعله هیدروژن–اکسیژن (>1500 °C) در داخل یک راکتور مشعل میشود. SiO₂ تشکیلشده خنک، توسط فیلترهای سیکلون جدا، اسیدزدایی و بستهبندی میشود. محصول فرعی HCl برای استفاده مجدد بازیابی میشود.
تشکیل ذرات — ۴ مرحله در میلیثانیه
01 پروتو ذرات <1 nm مولکولهای SiO₂ در هسته شعله هستهزایی میکنند 02 ذرات اولیه 7–40 nm کرههای متراکم و بدون تخلخل تشکیل میشوند 03 آگرگاتها 100–500 nm ذرات اولیه مذاب به زنجیرههای دائمی ذوب میشوند 04 آگلومراتها 1–200 µm آگرگاتها از طریق پیوندهای H به هم متصل میشوند
اهرمهای فرآیند: دمای شعله، نرخ تغذیه SiCl₄، زمان ماند، و نسبت H₂/O₂ اندازه ذرات و سطح را کنترل میکنند.
نانومورفولوژی سهلایه
هر ویژگی عملکردی به این ساختار سهسطحی باز میگردد. درک آن کلید انتخاب درجه مناسب است.
| سطح | اندازه | پیوند | برگشتپذیر؟ |
|---|---|---|---|
| ذره اولیه | 7–40 nm | کووالانسی (SiO₂ توده) | خیر |
| آگرگات | 100–500 nm | پلهای تفجوشی (Si–O–Si) | خیر |
| آگلومرات | 1–200 µm | پیوندهای هیدروژنی (Si–OH⋯OH–Si) | بله |
آگرگاتها واحد عملکردی هستند — زنجیرههای دائمی که به سیلیکای فیومد قدرت ضخیمکنندگی و تقویت میدهند. آگلومراتها در زیر برش از هم میپاشند و در حالت استراحت دوباره تشکیل میشوند — منشأ تیکسوتروپی.
ویژگیهای کلیدی
99.8% خلوص SiO₂ 7–40 nm ذره اولیه 50–400 m²/g BET سطح 2.2 g/cm³ دانسیته واقعی
| ویژگی | مقدار |
|---|---|
| دانسیته توده (بدون تراکم) | 20–60 g/L |
| pH (4% در آب) | 3.7–4.5 |
| افت در خشککردن (105 °C، 2h) | <1.5 wt% |
| افت در احتراق (1000 °C، 2h) | <2.0 wt% |
| دانسیته سیلانول | ~2–3 OH/nm² |
| ضریب شکست | 1.46 |
شیمی سطح
گروههای سیلانول سطحی (Si–OH) آبدوستی، شبکهسازی پیوند هیدروژنی و برهمکنش پلیمری را هدایت میکنند. درجههای آبگریز –OH را با –CH₃ برای سیستمهای غیرقطبی جایگزین میکنند.
کاربردها
کنترل رئولوژی
ضخیمسازی، تیکسوتروپی، ضد-آویزان شدن در پوششها، چسبها، آببندها، جوهرها، رزینهای UPE.
تقویت سیلیکون
استحکام کششی، مقاومت به پارگی، سختی در لاستیک سیلیکونی HTV/RTV.
کمک جریان پودر
بارگذاری 0.1–1% ذرات را پوشش میدهد و چسبندگی را کاهش میدهد. دارو، غذا، تونر.
عامل ضد-تهنشینی
ژل ضعیف رنگدانهها را در نگهداری معلق نگه میدارد. زیر هم زدن مجدداً مایع میشود.
عایق حرارتی
مواد اصلی VIP. به هدایت حرارتی <0.005 W/(m·K) دست مییابد.
ژل الکترولیت
الکترولیتها را در باتریهای اسید-سرب و Li-ion ضخیم میکند. از نشت جلوگیری میکند.
فیومد در مقابل رسوبی
| پارامتر | فیومد | رسوبی |
|---|---|---|
| فرآیند | هیدرولیز شعله فاز گازی | رسوبگذاری شیمیایی تر |
| خلوص SiO₂ | >99.8% | ~85–98% |
| ساختار ذرات | کرههای بدون تخلخل | متخلخل، نامنظم |
| رطوبت / LOI | <1.5% / <2% | ~5% / ~5–8% |
| دانسیته سیلانول | ~2–3 OH/nm² | ~4–6 OH/nm² |
| کارایی ضخیمسازی | بالا (دوز کمتر) | متوسط |
| شفافیت | عالی | پایینتر |
| هزینه | بالاتر | پایینتر |
قانون انتخاب: نیاز به حداکثر خلوص، شفافیت، کارایی؟ ← فیومد. حساس به هزینه، کدری قابل قبول است؟ ← رسوبی.
سوالات متداول
آیا سیلیکای فیومد همان سیلیکا فوم است؟
خیر. سیلیکای فیومد = محصول مصنوعی با خلوص بالا (هیدرولیز شعله). سیلیکا فوم = محصول فرعی ذوب سیلیسیم، در بتون استفاده میشود. مواد کاملاً متفاوتی هستند.
آیا کار با آن ایمن است؟
آمورف است، سرطانزا نیست. اما ذرات فوقریز میتوانند ریهها/چشمها را تحریک کنند. از ماسک گرد، عینک ایمنی، سیستمهای محفظهای استفاده کنید. SDS را دنبال کنید.
چه درجه BET باید استفاده کنم؟
سیلیکون: 150–200 m²/g. پوششها: 150–300 m²/g. کمک جریان: 200+ m²/g. سطح بالاتر = اثر قویتر، پراکنده شدن سختتر.
آیا میتواند در آب پراکنده شود؟
درجههای آبدوست: بله — ژلهای تیکسوتروپیک بالای ~3–5 wt% تشکیل میدهد. درجههای آبگریز: SEMISIL R272, R110, R202, R620.
دادهها از برگههای اطلاعات سازنده در دسترس عموم. برای انتخاب محصول و SDS، با Semisil مشورت کنید