Hohlglasmikrokugeln sind leichte, kugelförmige Partikel im Mikrometerbereich (üblicherweise 10–150 μm), die aus einer dünnwandigen Glashülle bestehen, die ein Gas (wie Stickstoff oder Kohlendioxid) umschließt. Aufgrund ihrer einzigartigen Struktur zeichnen sie sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit, Wärmedämmung, Schalldämmung und weitere Eigenschaften aus und finden breite Anwendung in Verbundwerkstoffen, Beschichtungen, der Luft- und Raumfahrt, der Erdölindustrie und anderen Bereichen.
1. Aufbau und Eigenschaften
(1) Physikalischer Aufbau
Schale: Aus Kalk-Natron-Silizium-Glas oder Borosilikatglas, mit einer Wandstärke von ca. 1-2 μm.
Internes Gas: Normalerweise ein Inertgas (N₂, CO₂), das für geringe Dichte und Wärmeisolierung sorgt.
(2) Wichtige Leistungsmerkmale
Typische Werte Anwendungsvorteile
Dichte 0,1–0,6 g/cm³ Leichter als Wasser, daher geringeres Materialgewicht
Druckfestigkeit 5–100 MPa Hält Verarbeitungsdruck stand
Wärmeleitfähigkeit 0,05–0,12 W/(m·K) Hervorragende Wärmedämmleistung
Partikelgröße 10–150 μm Lässt sich leicht in verschiedenen Substraten verteilen
Chemische Stabilität Säure- und alkalibeständig (pH 2–12) Geeignet für raue Umgebungen
2. Herstellungsverfahren
Es gibt zwei Hauptverfahren zur Herstellung von Hohlglasperlen:
(1) Flammblasverfahren.
Rohstoffe: Glaspulver (SiO₂, Na₂O, CaO usw.), gemischt mit einem Treibmittel (wie Natriumsulfat).
Schmelzen bei hoher Temperatur: Beim Schmelzen bei 1400–1600 °C zersetzt sich das Treibmittel und es entsteht Gas.
Blasformen: Geschmolzene Glaströpfchen werden durch einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom weggeblasen und bilden nach dem Abkühlen hohle Mikrokugeln.
(2) Sol-Gel-Methode:
Anwendbar auf hochreine, kleine (<50 μm) Mikrokügelchen, aber die Kosten sind relativ hoch.
3. Hauptanwendungsgebiete
(1) Leichte Verbundwerkstoffe
Automobil/Luftfahrt: Hinzufügen einer Kunststoff-, Gummi- oder Metallmatrix zur Gewichtsreduzierung von Komponenten (z. B. Flugzeuginnenausstattung, Autostoßstangen).
Auftriebsmaterialien für die Tiefsee: Werden in Tauchbooten und Unterseekabeln verwendet, um einen stabilen Auftrieb zu gewährleisten.
(2) Beschichtungen und Baumaterialien
Wärmedämmbeschichtungen: Reduzieren den Energieverbrauch von Gebäuden (z. B. Isolierung von Außenwänden und Rohrleitungen).
Mattierungsmittel: Passen Sie den Glanz von Beschichtungen (z. B. Mattlack) an.
(3) Erdölindustrie
Zement mit geringer Dichte: Wird zum Zementieren von Öl- und Gasquellen verwendet, um Formationsbrüche zu verhindern.
Bohrflüssigkeitszusätze: Reduzieren die Dichte und verbessern die Bohrleistung.
(4) Andere Bereiche
des 3D-Drucks: Verbesserung der Materialfließfähigkeit und des geringen Gewichts.
Kosmetik: Wird als Weichmacher verwendet, um das Hautgefühl zu verbessern.
4. Vorteile und Herausforderungen
(1) Vorteile
✔ Ultraleicht: Die Dichte beträgt nur 1/10 der Dichte von massiven Glasperlen.
✔ Wärme- und Schalldämmung: Die hohle Luftschicht blockiert wirksam Wärmeleitung und Schallwellen.
✔ Gute Fließfähigkeit: Die sphärische Struktur verbessert die Materialverarbeitungsleistung.
