Is-silikon metalliku huwa metall semikonduttur griż u tleqq li jintuża biex jagħmel l-azzar, ċelloli solari u mikroċipps. Is-silikon huwa t-tieni l-aktar element abbundanti fil-qoxra tad-Dinja (wara l-ossiġnu biss) u t-tmien l-aktar komuni fl-univers. Kważi 30 fil-mija tal-piż tal-qoxra tad-dinja jista 'jiġi attribwit għas-silikon.
Dan l-element bin-numru atomiku 14 iseħħ b'mod naturali f'minerali tas-silikat bħal silika, feldspar u majka, li huma l-komponenti ewlenin ta 'blat komuni bħal kwarz u ġebel ramli. Is-silikon, semimetall (jew metallojd), għandu xi proprjetajiet kemm ta 'metalli kif ukoll mhux metalli.
Bħall-ilma, iżda b'differenza mill-biċċa l-kbira tal-metalli, is-silikon jikkuntratta fi stat likwidu u jespandi meta jissolidifika. Għandu punti tat-tidwib u tat-togħlija relattivament għoljin, u meta jiġi kristallizzat jifforma struttura tal-kristall kubi tad-djamanti. L-istruttura atomika tas-silikon, li tinkludi erba 'elettroni ta' valenza li jippermettu li s-silikon jgħaqqad faċilment ma 'elementi oħra, hija kritika għall-funzjoni tagħha bħala semikonduttur u l-użu tagħha fl-elettronika.
Proprjetajiet
Simbolu Atomika: Iva
Numru atomiku: 14
Kategorija tal-Element: Metalloid
Densità: 2,329g/cm3
Punt tat-tidwib: 2577 grad F (1414 grad)
Punt tat-togħlija: 5909 grad F (3265 grad)
Ebusija ta' Moh: 7
Produzzjoni
Il-biċċa l-kbira tas-silikon li jiġi raffinat kull sena, madwar 80 fil-mija, huwa prodott bħala ferrosilicon għall-użu fil-produzzjoni tal-ħadid u l-azzar. Ferrosilicon jista 'jkun fih bejn 15 u 90 fil-mija silikon, skond il-ħtiġijiet tal-funderija.
Il-liga tal-ħadid-silikon hija prodotta f'forn tal-ark elettriku mgħaddas bl-użu ta 'tidwib ta' tnaqqis. Minerali b'ħafna silika u sors tal-karbonju bħal faħam għall-kokk (faħam metallurġiku) huma mgħaffġa u ċċarġjati fil-forn flimkien mar-ruttam.
F'temperaturi 'l fuq minn 1900 grad (3450 grad F), il-karbonju jirreaġixxi ma' l-ossiġnu preżenti fil-minerali, u jifforma gass tal-monossidu tal-karbonju. Il-ħadid u s-silikon li jifdal, sadanittant, jingħaqdu biex jiffurmaw ferro-silikon imdewweb, li jista 'jinġabar billi ttektek fuq il-qiegħ tal-forn. Ladarba jitkessaħ u mwebbes, il-ferrosilicon jista 'jinġarr u jintuża direttament fil-manifattura tal-ħadid u l-azzar.
L-istess metodu, li ma jinkludix ħadid, jintuża biex jipproduċi silikon ta 'grad metallurġiku b'purità akbar minn 99 fil-mija. Is-silikon metallurġiku jintuża wkoll fl-ikkastjar tal-azzar, kif ukoll fil-manifattura ta 'ligi tal-aluminju fondut u kimiċi tas-silan.
Is-silikon metallurġiku huwa kklassifikat mil-livelli ta 'impurità tal-ħadid, aluminju u kalċju preżenti fil-liga. Pereżempju, silikon metalliku 553 fih inqas minn 0.5 fil-mija ta 'kull wieħed mill-metalli, ħadid u aluminju, u inqas minn 0.3 fil-mija ta' kalċju.
Madwar 8 miljun tunnellata ta 'ferro-silikon huma prodotti madwar id-dinja kull sena, biċ-Ċina tammonta għal madwar 70 fil-mija ta' dan it-total. Produtturi ewlenin jinkludu Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Group OM Materials u Elkem.
2.6 miljun tunnellata oħra ta 'silikon metallurġiku huma prodotti kull sena, jiġifieri madwar 20 fil-mija tat-total tas-silikon metalliku raffinat. Iċ-Ċina, għal darb'oħra, tammonta għal madwar 80 fil-mija ta 'din il-produzzjoni. Sorpriża għal ħafna hija li l-gradi tas-silikon solari u elettroniċi jammontaw biss għal ammont żgħir (inqas minn tnejn fil-mija) tal-produzzjoni kollha tas-silikon raffinat. Biex timxi għal silikon metalliku ta 'grad solari (polysilicon), il-purità trid tiżdied għal aktar minn 99.9999 fil-mija (6N) silikon pur. Dan isir b'wieħed minn tliet metodi, l-aktar komuni jkun il-proċess Siemens.
Il-proċess Siemens jinvolvi d-depożizzjoni kimika tal-fwar ta 'gass volatili magħruf bħala trichlorosilane. Trichlorosilane jintefaħ f'1150 grad (2102 gradi F) fuq żerriegħa tas-silikon ta 'purità għolja immuntata fuq it-tarf ta' virga. Hekk kif jgħaddi minn fuqu, is-silikon ta 'purità għolja fil-gass jiġi depożitat fuq iż-żerriegħa.
Reattur tas-sodda fluwidu (FBR) u teknoloġija tas-silikon ta 'grad metallurġiku msaħħaħ (UMG) jintużaw ukoll biex jaġġornaw il-metall f'polysilicon adattat għall-industrija fotovoltajka. Fl-2013, ġew prodotti 230.000 tunnellata ta 'polysilicon. Il-produtturi ewlenin huma GCL Poly, Wacker-Chemie u OCI.
Fl-aħħarnett, biex is-silikon ta 'grad elettroniku jkun adattat għall-użu fl-industrija tas-semikondutturi u ċerti teknoloġiji fotovoltajċi, il-polysilicon għandu jiġi kkonvertit għal silikon monokristallin ultrapur bl-użu tal-proċess Czochralski. Biex tagħmel dan, il-polysilicon jiġi mdewweb fi griġjol f'1425 grad (2597 grad F) f'atmosfera inerta. Kristall taż-żerriegħa immuntat fuq virga mbagħad jiġi mgħaddas fil-metall imdewweb u mdawwar bil-mod u mneħħija, u b'hekk iż-żmien li s-silikon jikber fil-materjal taż-żerriegħa.
Il-prodott li jirriżulta huwa virga (jew boule) ta 'metall tas-silikon ta' kristall wieħed li jista 'jilħaq 99.999999999 (11N) fil-mija purità. Din il-virga tista 'tiġi drogata bil-boron jew bil-fosfru, kif meħtieġ, biex timmodifika l-proprjetajiet mekkaniċi quantum. Il-virga monokristallina tista 'tiġi mibgħuta lill-klijenti kif inhi, jew maqtugħa f'wejfers u illustrata jew minsuġa għal utenti speċifiċi.
Applikazzjonijiet
Għalkemm xi għaxar miljun tunnellata metrika ta 'ferrosilicon u metall tas-silikon huma raffinati kull sena, ħafna mis-silikon użat kummerċjalment huwa fil-forma ta' minerali tas-silikon, li jintużaw fil-manifattura ta 'kollox mis-siment, mehrież u ċeramika, sa ħġieġ u polimeri.
Ferrosilicon, kif innutat, huwa l-aktar forma użata ta 'silikon metalliku. Peress li l-ewwel intuża madwar 150 sena ilu, ferrosilicon baqa 'aġent deossidant importanti fil-produzzjoni tal-karbonju u l-istainless steel. Illum, l-ikkastjar ta 'l-azzar jibqa' l-akbar konsumatur ta 'ferrosilicon.
Madankollu, ferrosilicon għandu użi oħra minbarra li jagħmel l-azzar. Huwa prealloy fil-produzzjoni tal-ferrosilicon tal-manjeżju, pelletizer użat biex jipproduċi ħadid duttili, kif ukoll matul il-proċess Pidgeon biex jirfina l-manjeżju ta 'purità għolja. Ferrosilicon jista 'jintuża wkoll biex jagħmel ligi tas-silikon tal-ħadid reżistenti għas-sħana u l-korrużjoni, kif ukoll azzar tas-silikon, li jintuża fil-manifattura ta' muturi elettriċi u qlub tat-trasformaturi.
Is-silikon metallurġiku jista 'jintuża fl-industrija tal-azzar u bħala aġent tal-liga fil-funderija tal-aluminju. Il-partijiet tal-karozzi tal-aluminju-silikon (Al-Si) huma eħfef u aktar b'saħħithom minn ikkastjar tal-aluminju pur. Partijiet tal-karozzi bħall-blokki tal-magni u r-rimmijiet huma wħud mill-aktar partijiet tal-aluminju-silikon fondut.
Kważi nofs is-silikon metallurġiku jintuża fl-industrija kimika biex jagħmel silika fumed (aġent li jħaxxen u tnixxif), silanes (aġent ta 'akkoppjar), u silikon (siġillanti, adeżivi u lubrikanti). Il-polysilicon ta 'grad fotovoltajku jintuża primarjament fil-manifattura ta' ċelloli solari tal-polysilicon. Madwar ħames tunnellati ta 'polysilicon huma meħtieġa biex jagħmlu megawatt wieħed ta' moduli solari.
Bħalissa, it-teknoloġija solari polysilicon tammonta għal aktar minn nofs l-enerġija solari prodotta fid-dinja, filwaqt li t-teknoloġija monosilicon tikkontribwixxi madwar 35 fil-mija. B'kollox, 90 fil-mija tal-enerġija solari użata mill-bnedmin tinġabar minn teknoloġija bbażata fuq is-silikon.
Is-silikon tal-kristall wieħed huwa wkoll materjal semikonduttur fundamentali fl-elettronika moderna. Bħala materjal ta 'sottostrat użat fil-produzzjoni ta' transistors ta 'effett ta' kamp (FETs), LEDs, u ċirkwiti integrati, is-silikon jinstab fil-kompjuters moderni, telefowns ċellulari, pilloli, televiżjonijiet, radjijiet u apparat ieħor ta 'komunikazzjoni prattikament. Huwa stmat li aktar minn terz tal-apparat elettroniku kollu fih teknoloġija tas-semikondutturi bbażata fuq is-silikon.
Fl-aħħarnett, il-karbur tas-silikon ta 'liga iebsa jintuża f'varjetà wiesgħa ta' applikazzjonijiet elettroniċi u mhux elettroniċi, bħal ġojjellerija sintetika, semikondutturi b'temperatura għolja, ċeramika iebsa, għodod tal-qtugħ, diski tal-brejkijiet, abrażivi, eċċ vests bulletproof u elementi li jsaħħnu.
