ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงเป็นอนุภาคทรงกลมน้ำหนักเบาที่มีขนาดไมครอน (โดยทั่วไปมีขนาด 10-150 ไมโครเมตร) ประกอบด้วยเปลือกแก้วที่มีผนังบางซึ่งห่อหุ้มก๊าซ (เช่น ไนโตรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์) ไว้ เนื่องจากมีโครงสร้างเฉพาะตัว ไมโครสเฟียร์จึงมีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงสูง มีคุณสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อน ฉนวนกันเสียง และคุณสมบัติอื่นๆ และใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุคอมโพสิต สารเคลือบผิว การบินและอวกาศ อุตสาหกรรมปิโตรเลียม และสาขาอื่นๆ
1. โครงสร้างและลักษณะเฉพาะ
(1) โครงสร้างทางกายภาพ
เปลือก: ทำจากแก้วโซดาไลม์ซิลิคอนหรือแก้วโบโรซิลิเกต มีความหนาของผนังประมาณ 1-2 μm
ก๊าซภายใน: โดยทั่วไปเป็นก๊าซเฉื่อย (N₂, CO₂) ซึ่งมีความหนาแน่นต่ำและเป็นฉนวนกันความร้อน
(2) ประสิทธิภาพหลัก ลักษณะ
เฉพาะ ค่าทั่วไป ข้อดีของการใช้งาน
ความหนาแน่น 0.1-0.6 g/cm³ เบากว่าน้ำ ลดน้ำหนักวัสดุ
ความแข็งแรงในการบีบอัด 5-100 MPa ทนต่อแรงกดดันในการประมวลผล
การนำความร้อน 0.05-0.12 W/(m·K) ประสิทธิภาพในการป้องกันความร้อนที่ยอดเยี่ยม
ขนาดอนุภาค 10-150 μm กระจายตัวได้ง่ายในสารตั้งต้นต่างๆ
ความเสถียรทางเคมี ทนกรดและด่าง (pH 2-12) เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
2. กระบวนการเตรียม
มีสองวิธีหลักในการผลิตลูกปัดแก้วกลวง:
(1) วิธีการเป่าเปลวไฟ
วัตถุดิบ: ผงแก้ว (SiO₂, Na₂O, CaO เป็นต้น) ผสมกับสารก่อฟอง (เช่น โซเดียมซัลเฟต)
การหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง: การหลอมเหลวที่ 1,400-1,600℃ สารก่อฟองจะสลายตัวเพื่อผลิตก๊าซ
การเป่าขึ้นรูป: หยดแก้วที่หลอมละลายจะถูกเป่าออกไปด้วยกระแสลมความเร็วสูง และก่อตัวเป็นไมโครสเฟียร์กลวงหลังจากการเย็นตัว
(2) วิธีโซลเจล
ใช้ได้กับไมโครบีดขนาดเล็กที่มีความบริสุทธิ์สูง (<50μm) แต่ต้นทุนค่อนข้างสูง
3. พื้นที่การใช้งานหลัก
(1) วัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบา
ยานยนต์/อวกาศ: เพิ่มเมทริกซ์พลาสติก ยาง หรือโลหะ เพื่อลดน้ำหนักของส่วนประกอบ (เช่น ภายในเครื่องบิน กันชนรถยนต์)
วัสดุลอยตัวในน้ำลึก: ใช้ในเรือดำน้ำและสายเคเบิลใต้น้ำเพื่อให้เกิดการลอยตัวที่มั่นคง
(2) สารเคลือบผิวและวัสดุก่อสร้าง
สารเคลือบผิวฉนวนกันความร้อน: ลดการใช้พลังงานในอาคาร (เช่น ผนังภายนอกอาคารและฉนวนท่อ)
สารเคลือบเงา: ปรับความเงาของสารเคลือบผิว (เช่น สีด้าน)
(3) อุตสาหกรรมปิโตรเลียม ปูนซีเมนต์
ความหนาแน่นต่ำ ใช้ในการยึดบ่อน้ำมันและก๊าซเพื่อป้องกันการแตกของการก่อตัว
สารเติมแต่งของเหลวสำหรับการเจาะ: ลดความหนาแน่นและเพิ่มประสิทธิภาพในการเจาะ
(4) สาขาอื่นๆ
การพิมพ์แบบ 3 มิติ: ปรับปรุงความลื่นไหลของวัสดุและมีน้ำหนักเบา
เครื่องสำอาง : ใช้เป็นสารเพิ่มความนุ่มนวลให้ผิว
4. ข้อดีและความท้าทาย
(1) ข้อดี
✔ น้ำหนักเบามาก: ความหนาแน่นเพียง 1/10 ของลูกปัดแก้วแข็ง
✔ ฉนวนกันความร้อนและเสียง: ชั้นอากาศกลวงจะปิดกั้นการนำความร้อนและคลื่นเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
✔ มีความลื่นไหลดี: โครงสร้างทรงกลมช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลวัสดุ
