Les microsphères de verre creuses sont des particules sphériques légères de la taille d’un micron (généralement de 10 à 150 μm), constituées d’une fine enveloppe de verre enfermant un gaz (tel que l’azote ou le dioxyde de carbone). Grâce à leur structure unique, elles présentent une faible densité, une résistance élevée, des propriétés d’isolation thermique et acoustique, entre autres. Elles sont largement utilisées dans les matériaux composites, les revêtements, l’aérospatiale, l’industrie pétrolière et d’autres domaines.
1. Structure et caractéristiques
(1) Structure physique
Coque : Fabriquée en verre sodocalcique-silicium ou en verre borosilicaté, avec une épaisseur de paroi d’environ 1 à 2 μm.
Gaz interne : Généralement un gaz inerte (N₂, CO₂), offrant une faible densité et une isolation thermique.
(2) Caractéristiques de performance clés
Valeurs typiques Avantages de l’application
Densité 0,1-0,6 g/cm³ Plus léger que l’eau, réduisant le poids du matériau
Résistance à la compression 5-100 MPa Peut supporter la pression de traitement
Conductivité thermique 0,05-0,12 W/(m·K) Excellentes performances d’isolation thermique
Taille des particules 10-150 μm Facile à disperser dans divers substrats
Stabilité chimique Résistant aux acides et aux alcalis (pH 2-12) Convient aux environnements difficiles
2. Processus de préparation
Il existe deux méthodes principales pour la fabrication de billes de verre creuses :
(1) Méthode de soufflage à la flamme
Matières premières : poudre de verre (SiO₂, Na₂O, CaO, etc.) mélangée à un agent moussant (tel que le sulfate de sodium).
Fusion à haute température : En fondant à 1400-1600℃, l’agent moussant se décompose pour produire du gaz.
Moulage par soufflage : les gouttelettes de verre fondu sont soufflées par un flux d’air à grande vitesse et forment des microsphères creuses après refroidissement.
(2) Méthode sol-gel
Applicable aux microbilles de haute pureté et de petite taille (< 50 μm), mais le coût est relativement élevé.
3. Principaux domaines d’application
(1) Matériaux composites légers
Automobile/aérospatiale : Ajouter une matrice en plastique, en caoutchouc ou en métal pour réduire le poids des composants (tels que les intérieurs d’avion, les pare-chocs de voiture).
Matériaux de flottabilité en haute mer : utilisés dans les submersibles et les câbles sous-marins pour assurer une flottabilité stable.
(2) Revêtements et matériaux de construction
Revêtements d’isolation thermique : Réduire la consommation d’énergie des bâtiments (comme les murs extérieurs des bâtiments et l’isolation des canalisations).
Agent matifiant : Ajuste la brillance des revêtements (comme la peinture mate).
(3) Industrie pétrolière
Ciment à faible densité : utilisé pour cimenter les puits de pétrole et de gaz afin d’éviter la rupture de la formation.
Additifs pour fluides de forage : réduisent la densité et améliorent l’efficacité du forage.
(4) Autres domaines
Impression 3D : Améliorer la fluidité et la légèreté des matériaux.
Cosmétiques : Utilisé comme adoucissant pour améliorer la sensation de la peau.
4. Avantages et défis
(1) Avantages
✔ Ultra-léger : La densité n’est que de 1/10 de celle des billes de verre solides.
✔ Isolation thermique et phonique : La couche d’air creuse bloque efficacement la conduction thermique et les ondes sonores.
✔ Bonne fluidité : La structure sphérique améliore les performances de traitement des matériaux.
