Մետաղական պրոֆիլը `սիլիկոն է մետաղ

Նայեք կիսաթանկարժեք մետաղական սիլիկոնին

Սիլիկոնային մետաղը մոխրագույն եւ փայլուն կիսաթափանցիկ մետաղ է, որն օգտագործվում է պողպատե, արեգակնային բջիջների եւ միկրոիպսի արտադրության համար:

Սիլիկոնը Երկրի խառնուրդի երկրորդ ամենաշատ տարրն է (միայն թթվածնի մեջ) եւ տիեզերքի ութերորդ ամենատարածված տարրը: Իրականում, երկրի խառնուրդի գրեթե 30 տոկոսը կարող է վերագրվել սիլիկոնին:

Ատոմային թիվ 14 տարրը, բնականաբար, տեղի է ունենում սիլիկատային հանքանյութերի մեջ, ներառյալ սիլիկոն, շաքարավազ եւ միկա, որոնք ընդհանուր ժայռերի հիմնական բաղադրիչներն են, ինչպիսիք են քվարցը եւ ավազաքարը:

Semi-metal (կամ metalloid ), սիլիցիում ունի երկու մետաղների եւ ոչ մետաղների որոշ հատկություններ:

Ջրի նման, բայց ի տարբերություն մետաղների մեծ մասի `սիլիկոնային պայմանագրերը իր հեղուկ վիճակում են եւ ընդլայնվում, քանի որ այն ամրանում է: Այն ունի համեմատաբար բարձր հալեցման եւ եռացող կետեր, եւ երբ բյուրեղացնում է ադամանդե խորանարդային բյուրեղային կառուցվածքը:

Քիմիական է սիլիկոնային դերի համար որպես կիսահաղորդիչ եւ դրա օգտագործումը էլեկտրոնիկայի մեջ տարրերի ատոմային կառուցվածքն է, որը բաղկացած է չորս վալենս էլեկտրոններից, որոնք թույլ են տալիս սիլիկոնին կապել մյուս տարրերի հետ:

Հատկություններ `

• Ատոմային խորհրդանիշ. Si
• Ատոմային համարը `14
• Element Կատեգորիա: Metalloid
• Խտություն `2.329 գ / սմ3
• Հալման կետ `2577 ° F (1414 ° C)
• Եռման կետ `5909 ° F (3265 ° C)
• Moh's Hardness: 7

Պատմություն.

Շվեդական քիմիկոս Ջոնս Յակոբ Բերզերլիուսը 1823 թ.-ին հաշվառվում է առաջին մեկուսացման սիլիկոնով: Բերզերլիուսը դա կատարել է մետաղական կալիումի ջերմության շնորհիվ (որն ընդամենը մեկ տասնամյակ էր միայն մեկ անգամ) մեկ կաթիլային ֆտորոսիլիկատի հետ միասին:

Արդյունքը ամորֆային սիլիկոն էր:

Սակայն, բյուրեղային սիլիկոն պատրաստելը, ավելի շատ ժամանակ է պահանջում: Բյուրեղային սիլիկոնի electrolytic նմուշը չի պատրաստվում եւս երեք տասնամյակների ընթացքում:

Սիլիկոնի առաջին առեւտրային օգտագործումը ֆերոսիլիկոնի տեսքով էր:

Հենրի Բեսեմերի կողմից 19-րդ դարի կեսերին պողպատե արտադրության արդյունաբերության արդիականացման արդյունքում պողպատի մետալուրգիայի եւ պողպատե արտադրության տեխնիկայի ուսումնասիրության մեծ հետաքրքրություն առաջացավ:

1880-ական թթ. Ֆերոսիլիկոնի առաջին արդյունաբերական արտադրության ժամանակ, սիլիցիոնի կարեւորությունը բավականին լավ հասկացվում էր խողովակի երկաթի եւ դեզոդիդիզացվող պողպատի մակերեւույթի բարելավման գործում:

Ֆերոսիլիկոնի վաղ արտադրությունը կատարվել է պայթյունավտանգ վառարաններում, նվազեցնելով խարխլով սիլիկոնով պարունակվող հանքաքարերը, ինչը հանգեցրեց արծաթե խողովակի երկաթի, մինչեւ 20 տոկոս սիլիկոնային պարունակությամբ ֆերոսիլիկոն:

20-րդ դարի սկզբին էլեկտրական դարաշրջանի վառարանների զարգացումը թույլ տվեց ոչ միայն ավելի մեծ պողպատի արտադրության , այլեւ ֆերոսիլիկոնի արտադրության:

1903 թ-ին ֆերոլալյոյին (Compagnie Generate d'Electrochimie) արտադրության մեջ մասնագիտացած մի խումբ սկսել է գործել Գերմանիայում, Ֆրանսիայում եւ Ավստրիայում, եւ 1907 թվականին ԱՄՆ-ում ստեղծվել է առաջին առեւտրային սիլիկոնային գործարանը:

Steelmaking- ը սիլիցիումային միացությունների միակ կիրառությունն էր առեւտրայինացված մինչեւ 19-րդ դարի վերջ:

1890-ին արհեստական ​​ադամանդներ արտադրելու համար Էդվարդ Գուդրիխ Աչսոնը ջերմացվում է ալյումինե սիլիկատով փոշու քոքով եւ պատահաբար արտադրում է սիլիկոնային կարբիդ (SiC):

Երեք տարի անց Acheson- ը արտոնագրեց իր արտադրության մեթոդը եւ հիմնեց Carborundum ընկերությունը (կարբորունդը `սիլիցիումի կարբիդի համար ընդհանուր անունը)` հղկող արտադրանք պատրաստելու եւ վաճառելու նպատակով:

20-րդ դարի սկզբին իրականացվել է նաեւ սիլիկոնային կարբիդի վարիչ հատկություններ, եւ բարդը օգտագործվել է որպես դետեկտոր վաղ շրջանի ռադիոյում: 1906 թ-ին GW Pickard- ին շնորհվեց սիլիկոնային բյուրեղյա դետեկտորների արտոնագիր:

1907 թ.-ին առաջին լույսի էլեկտրական դիոդը (LED) ստեղծվեց լարման կիրառմամբ սիլիկոնային կարբիդ բյուրեղի վրա:

1930-ականների ընթացքում սիլիկոնային օգտագործումը աճեց նոր քիմիական արտադրանքի, այդ թվում `սիլանների եւ սիլիկոնների մշակման հետ:

Անցյալ դարում էլեկտրոնիկայի աճը նույնպես անխուսափելիորեն կապված է սիլիկոնային եւ իր յուրահատուկ հատկությունների հետ:

Չնայած առաջին տրանզիստորների ստեղծմանը, 1940-ական թվականներին, ժամանակակից միկրոպրոպեկտորների նախահայրերը հիմնվելով գերմանացիների վրա , վաղուց էր, որ սիլիկոնն իր մետաղայական զարմիկն էր, որպես երկարակյաց մակերեսային կիսահաղորդչային նյութ:

Bell Labs- ը եւ Texas Instruments- ը սկսեցին արտադրել սիլիկոնային տրանզիստորներ, 1954 թվականին:

Առաջին սիլիկոնային ինտեգրալ սխեմաները կատարվել են 1960-ականներին, եւ 1970-ական թվականներին մշակվել են սիլիկոնային պարունակող պրոցեսորներ:

Հաշվի առնելով, որ սիլիկոնային կիսահաղորդչային տեխնոլոգիան դարձնում է ժամանակակից էլեկտրոնիկայի եւ հաշվարկի հիմքը, չպետք է զարմանալի լինի, որ մենք վերաբերում ենք այս ոլորտի գործունեության կենտրոնին, որպես «Սիլիկոնային հովիտ»:

(Սիլիկոնյան հովտի եւ միկրոչիպ տեխնոլոգիայի պատմության եւ զարգացման մանրամասն ուսումնասիրության համար ես խորհուրդ եմ տալիս ամերիկյան փորձի վավերագրական ֆիլմը, որը կոչվում է Սիլիկոնային հովիտ):

Առաջին տրանզիստորները բացելուց անմիջապես հետո Bell Labs- ի սիլիկոնային աշխատանքը հանգեցրեց երկրորդ խոշոր առաջխաղացմանը 1954 թ.-ին. Առաջին սիլիկոնային ֆոտոգալվանային (արեւային) բջիջ:

Մինչեւ արեւի տակ էներգիա օգտագործելու մտադրությունը երկրի վրա իշխանություն ստեղծելու մասին մտածելն անհնար էր համարել: Սակայն ընդամենը չորս տարի անց, 1958 թ.-ին, առաջին արբանյակն էր սիլիկոնային արեգակնային բջիջները, որոնք շարժվում էին երկիրը:

1970-ական թվականներին արեգակնային տեխնոլոգիաների առեւտրային հայտերը աճել են երկրային ծրագրերի վրա, որոնք օժտված են օֆշորային նավթարդյունաբերության եւ երկաթուղային անցումների վրա:

Վերջին երկու տասնամյակների ընթացքում արեգակնային էներգիայի օգտագործումը մեծապես աճեց: Այսօր սիլիկոնային ֆոտոգալվանային տեխնոլոգիաները կազմում են գլոբալ արեւային էներգիայի շուկայի շուրջ 90 տոկոսը:

Արտադրություն `

Սիլիկոնի մեծամասնությունը վերամշակվում է ամեն տարի `մոտ 80 տոկոսը, արտադրվում է որպես երկաթ եւ պողպատե արտադրության համար օգտագործվող ֆերոսիլիկոն : Ferosilicon- ը կարող է պարունակել 15-90 տոկոս սիլիցիում `կախված մածուցիկի պահանջներից:

Երկաթի եւ սիլիցիի խառնուրդն արտադրվում է օգտագործելով ջրատար էլեկտրական դանակի վառարանով, օգտագործելով ցածր ճնշումը: Silica- ի հարուստ հանքաքարը եւ ածխածնի աղբյուրը, ինչպիսիք են քոքած ածուխը (մետալուրգիական ածուխ), մանրացված է եւ բեռնված է երկաթի փոշով:

1900 ° C (3450 ° F) ջերմաստիճանում , ածխածինն արձագանքում է հանքաքարի մեջ առկա թթվածին, կազմելով ածխածնի երկօքսիդի գազ: Մնացած երկաթ եւ սիլիկոն, միեւնույն ժամանակ, միավորում է հալեցվող ֆերոսիլիկոն պատրաստելու համար, որը կարող է հավաքվել հնոցը հիմնելու միջոցով:

Երբ սառեցված եւ կարծրացրած, ֆերոսիլիկոնը կարող է առաքվել եւ ուղղակիորեն օգտագործվել երկաթի եւ պողպատի արտադրության մեջ:

Նույն մեթոդը, առանց երկաթի ներգրավման, օգտագործվում է մետաղագործական դասարանի սիլիկոնային արտադրության համար, որը 99% -ից ավելի մաքուր է: Մետալուրգիական սիլիկոնն օգտագործվում է նաեւ պղնձաձուլություններում, ինչպես նաեւ ալյումինե հանքանյութերի եւ սիլանային քիմիական նյութերի արտադրություն:

Մետալուրգիական սիլիկոն դասակարգվում է երկաթի, ալյումինի եւ խառնուրդի մեջ առկա կալցիումի խառնուրդի մակարդակով: Օրինակ, 553 սիլիկոնային մետաղը պարունակում է յուրաքանչյուր երկաթի եւ ալյումինի 0.5% -ից պակաս եւ 0,3% -ից պակաս կալցիում:

Ամեն տարի աշխարհում արտադրվում է մոտ 8 միլիոն մետր տոննա ֆերոսիլիկոն, Չինաստանը, որը կազմում է այդ ընդհանուր գումարի մոտ 70 տոկոսը: Խոշոր արտադրողներն են Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Group OM Materials եւ Elkem.

Ամեն տարի արտադրվում է լրացուցիչ 2.6 միլիոն մետր տոննա մետալուրգիական սիլիկոն - կամ մոտավորապես 20 տոկոսը, զտված սիլիկոնային մետաղից: Չինաստանը, կրկին, կազմում է այս արտադրանքի մոտ 80 տոկոսը:

Շատերի համար անակնկալ է այն, որ սիլիկոնային արեւային եւ էլեկտրոնային դասարանները հաշվի են առնվում բոլոր նուրբ սիլիկոնային արտադրության միայն մի փոքր գումարի (երկու տոկոսից պակաս):

Արեգակնային սիլիկոնային մետաղի (polysilicon) բարձրացման համար մաքրությունը պետք է բարձրացվի 99,9999% (6N) մաքուր սիլիկոնին: Սա կատարվում է երեք եղանակներից մեկի միջոցով, առավել հաճախակի լինելով Siemens- ի գործընթացը:

Siemens- ի գործընթացը ներառում է տրիխլոսլանիան հայտնի փոթորիկ գազի քիմիական այս գոլորշիների տեղադրում: 1150 ° C (2102 ° F) տրիխլոսլանանը պայթեցվել է գավազանների վերջում տեղադրված բարձր մաքրության սիլիկոնային սերմերի վրա: Քանի որ անցնում է, գազի բարձր մաքրության սիլիկոն է պահվում սերմի վրա:

Fluid bed reactor (FBR) եւ արդիականացված մետալուրգիական դասարանի (UMG) սիլիկոնային տեխնոլոգիաները նույնպես օգտագործվում են ֆոտոգալվանային արդյունաբերության համար պիտանի պոլիսիլիկոնի մետաղի բարձրացման համար:

2013 թվականին արտադրվել է 230.000 մետր տոննա պոլիսիլիկոն: Առաջատար արտադրողները ներառում են GCL Poly, Wacker-Chemie եւ OCI:

Վերջապես, կիսահաղորդչային արդյունաբերության եւ որոշ ֆոտոգալվանային տեխնոլոգիաների համար պիտանի էլեկտրոնիկայի սիլիկոն պատրաստելու համար, պոլիսիլիկոնը պետք է վերածվի Czochralski գործընթացի միջոցով չափազանց մաքուր մոնոկրիսլային սիլիկոնին:

Դա անելու համար պոլիսիլիկոնը հալվում է անխռով մթնոլորտում 1425 ° C (2597 ° F): Անձրեւապատվող սերմացու բյուրեղը այնուհետեւ ցցված է մետաղի մեջ եւ դանդաղ պտտվում եւ հեռացվում, ժամանակի համար սիլիցիում սերմացուի վրա աճելու համար:

Արդյունքում ապրանքը հանդիսանում է մեկ բյուրեղյա սիլիկոնային մետաղի գավազան (կամ բուլ), որը կարող է լինել 99.999999999 (11N) տոկոս մաքուր: Այս գավազանը կարող է կցվել բորով կամ ֆոսֆորով, ինչպես պահանջվում է քվանտային մեխանիկական հատկությունները կարգավորելու համար:

Monocrystal գավազանը կարող է առաքվել հաճախորդներին, ինչպես, կամ, կտրատվել է վաֆլիներ եւ փայլեցված կամ հյուսված կոնկրետ օգտագործողների համար:

Ծրագրեր.

Մինչդեռ ամեն տարի մոտավորապես տաս միլիոն մետր ֆերոսիլիկոնի եւ սիլիկոնային մետաղի վերամշակման աշխատանքները վերամշակվում են, հիմնականում օգտագործվում են սիլիկոնային նյութերի մեծ մասը, իրականում սիլիկոնային հանքանյութերի տեսքով, որոնք օգտագործվում են ցեմենտի, ականազերծման եւ կերամիկայի, ապակու եւ պոլիմերներ:

Ferosilicon, ինչպես նշվեց, մետաղական սիլիկոնի ամենատարածված ձեւն է: 150 տարի առաջ իր առաջին օգտագործման օրվանից ի վեր ferrosilicon մնացել է կարեւոր deoxidizing գործակալ ածխածնի եւ չժանգոտվող պողպատի արտադրության մեջ: Այսօր պողպատե մալուխը մնում է ferrosilicon- ի խոշորագույն սպառողը:

Ferosilicon- ը մի շարք օգտագործում է պողպատե արտադրանքից դուրս: Այն մագնեզիումի ֆերոսիլիկոնի արտադրության նախնական խառնուրդ է, որը օգտագործվում է բորբոքված երկաթի արտադրման համար օգտագործվող nodulizer- ի, ինչպես նաեւ Pidgeon- ի գործընթացի ընթացքում բարձր մաքրության մագնեզիում:

Ferosilicon- ը կարող է օգտագործվել նաեւ ջերմային եւ կորոզիայի դիմացկուն երկաթի սիլիկոնային համաձուլվածքների, ինչպես նաեւ սիլիկոնային պողպատի համար, որը օգտագործվում է էլեկտրաշարժիչների եւ տրանսֆորմատորային ճառագայթների արտադրության մեջ:

Մետալուրգիական սիլիցիումը կարող է օգտագործվել պողպատե պատրաստումներում, ինչպես նաեւ ալյումինե ձուլման նյութի օժանդակ նյութ: Ալյումինե-սիլիկոնային (Al-Si) ավտոմեքենաների մասերը թեթեւ եւ ուժեղ են, քան մաքուր ալյումինից պատրաստված բաղադրիչները: Ավտոմոբիլային մասեր, ինչպիսիք են շարժիչի բլոկները եւ անվադողերը, ամենատարածված ալյումինե սիլիկոնային մասերից են:

Մետաղագործական սիլիցիի գրեթե կեսը օգտագործվում է քիմիական արդյունաբերության կողմից, որպեսզի մշուշոտ սիլիկեթը (խտացնող նյութը եւ դենիկանտը), սիլանները (միակցիչը) եւ սիլիկոնին (կնիքները, սոսինձները եւ քսանյութերը):

Photovoltaic դասի POLYSIICON- ը հիմնականում օգտագործվում է օրգանական քիմիական նյութերի պատրաստման ժամանակ: Մոտ մեկ հեկտար մեգավատ արեւային մոդուլների համար անհրաժեշտ է մոտ հինգ տոննա պոլիսիլիկոն:

Ներկայումս Polysilicon արեւային տեխնոլոգիաները կազմում են գլոբալ աշխարհում արտադրված արեւային էներգիայի կեսից ավելին, իսկ մոնոսիլիկոնային տեխնոլոգիաները կազմում են մոտ 35 տոկոս: Ընդհանուր առմամբ, մարդկանց կողմից օգտագործվող արեւային էներգիայի 90 տոկոսը հավաքվում է սիլիկոնային տեխնոլոգիայով:

Monocrystal սիլիկոնն էլ ժամանակակից էլեկտրոնիկայի հայտնաբերող կարեւորագույն կիսահաղորդչային նյութ է: Որպես դաշտային ազդեցության տրանզիստորների (FETs), LED- ների եւ ինտեգրալ սխեմաների արտադրության մեջ օգտագործվող նյութեր, սիլիկոն կարելի է գտնել գրեթե բոլոր համակարգիչներում, բջջային հեռախոսներում, պլանշետներում, հեռուստացույցներում, ռադիոյներում եւ այլ ժամանակակից կապի սարքերի մեջ:

Ենթադրվում է, որ բոլոր էլեկտրոնային սարքերի ավելի քան մեկ երրորդը պարունակում է սիլիկոնային կիսահաղորդչային տեխնոլոգիա:

Ի վերջո, քիմիական խառնուրդ սիլիկոնային կարբիդը օգտագործվում է մի շարք էլեկտրոնային եւ ոչ էլեկտրոնային տարբեր ծրագրերում, այդ թվում `սինթետիկ ոսկերչական իրեր, բարձր ջերմաստիճանի կիսահաղորդիչներ, կոշտ կերամիկա, կտրող գործիքներ, արգելակային սկավառակներ, հղկող նյութեր, փամփուշտներ եւ ջեռուցման տարրեր:

Աղբյուրները.

Պղնձի համաձուլվածքների եւ ֆերոլալյան արտադրության կարճ պատմություն:
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri եւ Seppo Louhenkilpi: مور

SteelOrching- ի ֆերոալսաների դերում: Հունիսի 9-13, 2013 թ. Տասներեքերորդ միջազգային ֆերոլալսների կոնգրես: URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf

Հետեւեք Terence- ին Google+ ում