中國粉體網訊 隨著全球范圍內天然水晶和高品質石英礦脈的逐漸枯竭，而高純石英砂需求有缺口，資源短缺成為制約高純石英行業發展的重要因素。但囿于現實條件，行業目前沒有快速解決短缺的方案�；瘜W合成石英砂的工藝逐漸得到重視和研究。
合成高純石英砂技術現狀
相關資料顯示，合成砂的技術路線分為氣相合成法、液相合成法（化學沉淀法、溶膠-凝膠法、四氯化硅液相水解法等）和氟硅酸法工藝過程。目前國內合成石英砂尚處于研究階段，幾種方法均處于實驗室小試階段，仍沒有大型生產線建成生產。
一、氣相合成法
以SiCl4等為原料，在氫-氧氣流高溫下（1200-1600℃）水解制得煙霧狀的SiO2，經冷卻、分離、脫酸等過程后即得到成品的SiO2顆粒。通過控制溫度、分兩步的氣相水解方法制備合成SiO2粉，但其技術工藝較復雜，效率低，技術還不成熟，目前也僅適于實驗室的研制，大規模工業化生產困難。
氣相合成法制備SiO2流程圖
二、液相合成法
1.化學沉淀法
合成石英粉體較為廣泛的方法之一，目前技術已經成熟，已用于工業化生產。采用硅酸鈉與二氧化碳或酸溶液(加鹽酸、硫酸或硝酸)作為原料，在一定合成溫度和表面活性劑作用下混合反應，得到偏硅酸沉淀，再經過濾、洗滌、干燥、煅燒工序制備出SiO2。
化學沉淀法制備SiO2流程圖
2.溶膠-凝膠法
以無機鹽或金屬醇鹽(一般為硅酸乙酯)為原料，以醇作為共溶劑，加入酸或堿溶液作為催化劑，進行水解，縮聚反應形成SiO2凝膠，過濾并對凝膠中的有機溶劑進行洗滌，干燥、煅燒得到SiO2粉體。
3.四氯化硅液相水解法
SiCl4與純水接觸發生水解或縮聚反應，之后將反應產物經洗滌、過濾、干燥、煅燒、篩選等流程，制備SiO2粉體。
三、氟硅酸法
先制得無定型二氧化硅、副產氟化銨，再高溫加熱至熔融狀態，分階段冷卻，得到沙粒狀的晶體石英砂。二氧化硅純度達6N，可用于制造拉制單晶硅或多晶硅的石英坩堝。
氟硅酸法制備二氧化硅流程圖
應用領域
合成石英砂具有高硬度、高耐磨性和化學穩定性等良好的物理和化學性質，其物理性質與天然石英砂相似，具有良好的耐高溫性能、耐磨損性能、耐腐蝕性能、耐壓強度高、絕緣性能強等優點。
在半導體制造領域，合成石英砂主要用于制造晶圓和LCD基板等關鍵部件，它的優良性能和穩定性對于提高半導體制造的質量和效率具有關鍵作用。雖然石英砂在半導體制造中起到重要作用，但是石英砂并不是半導體制造的主要材料，半導體制造的主要材料是具有良好半導體性質的硅。但是，石英砂與其它材料的結合應用，如與硅的結合，能夠幫助實現更高的性能和穩定性，制造出更高性能的半導體器件。
在太陽能電池制造方面，合成石英砂可以作為電池背板和電池支撐基座等關鍵部件，幫助提高太陽能電池的性能和穩定性。在《設備》雜志上發表的一項概念驗證研究顯示，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究人員使用合成石英捕獲太陽能，獲得超過1000℃的溫度。
在光伏領域，生產光伏行業用石英坩堝時，由于光伏單晶熱場對使用壽命的要求較高，石英坩堝不僅要求石英砂SiO₂含量高，還需要控制雜質元素鋁、鋰、鈉、鉀、鐵、鈦等；此外，羥基含量的控制也至關重要。但從業界進度來看，摻雜工藝并未全面突破。
在化工行業，合成石英砂可用作催化劑載體，也可用于制造催化劑和吸附劑等。合成石英砂硬度高、化學穩定性強，也使其成為制造耐酸玻璃器皿、化學儀器和實驗器材的理想材料。
在光電領域，合成石英砂因其出色的折射率和透過率，被廣泛應用于光學薄膜、光學儀器以及激光器等設備中。
2024年8月9日，由中國粉體網主辦的“2024（第二屆）全國集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會”將在江蘇鹽城召開，中建材衢州金格蘭石英有限公司的花寧副總經理將做《合成石英砂的制備技術及應用》的報告，屆時，他將結合公司實際研發經驗，詳細解讀合成石英砂的生產技術及應用領域。
參考來源：
[1]張鵬遠等，合成石英砂工藝概況及幾種石英砂的檢測數據對比分析
[2]李愛民等，高純合成石英的制備技術和應用
[3]韓靜香等，化學沉淀法制備納米二氧化硅
（中國粉體網編輯整理/九思）
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