Koja je razlika između metalnog silicija s kisikom i bez kisika?

Metalni silicij je silikonski materijal čistoće do 99,999%. Kao temeljni materijal moderne industrije, naširoko se koristi u-suvremenim poljima kao što su solarni fotonapon, poluvodiči i integrirani krugovi.

U industrijskoj proizvodnji, ovisno o tome je li kisik uveden tijekom procesa taljenja, metalni silicij se može podijeliti na metalni silicij-propusni za kisik i metalni silicij koji nije{1}}propustan za-kisik. Ove dvije procesne staze ne samo da određuju mikrostrukturu silicijevog materijala, već također izravno utječu na njegova fizikalna i kemijska svojstva i scenarije primjene.

Oksigenirani silicon metalodnosi se na silikonske materijale proizvedene uvođenjem kisika tijekom procesa taljenja. Putem redoks reakcija u peći za grijanje (npr. Si + O₂ → SiO₂), kisik reagira sa sirovim silicijem i stvara stabilan sloj silicijevog dioksida (SiO₂) na površini.

Ovaj proces poboljšava uklanjanje nečistoća (npr. željezo, aluminij) i rezultira silicijem čistoće koja se obično kreće od 99,5% do 99,9%. Površinski sloj SiO₂ djeluje kao izolator i barijera-otporna na koroziju, kemijski i fizički ga razlikuju od ne-oksigeniranih parnjaka.

Metalni silicij bez kisika proizvodi se bez namjernog unosa kisika tijekom obrade. Zadržava strukturu čistog silicija (Si) bez površinskog oksidnog sloja, što dovodi do veće kemijske reaktivnosti. Ova se metoda često koristi za aplikacije visoke -čistoće, gdje se silicij može dodatno pročistiti do 99,9%–99,9999% čistoće (npr. 9N-silicij za poluvodiče).

Odsutnost kisika omogućuje preciznu kontrolu električne vodljivosti, što je čini kritičnom za elektroniku i napredne materijale.

Strukturno, sloj silicijevog dioksida na površini -oksigeniranog silikona ima stabilnu kemijsku strukturu koja pruža dobra izolacijska svojstva i kemijsku stabilnost. S druge strane, struktura ne-oksigeniranog silicija relativno je homogenija i ima veću kemijsku aktivnost.

Što se tiče fizičkih svojstava, tvrdoća i otpornost na habanje oksigeniranog silikona obično je bolja nego kod ne-oksigeniranog silikona zbog sloja silicijeva dioksida na površini. Električna vodljivost ne-oksigeniranog silicija je relativno dobra.

Što se tiče električnih svojstava, izolacijska svojstva silicijevog oksiklorida čine ga naširoko upotrebljavanim u proizvodnji integriranih sklopova za učinkovito sprječavanje curenja struje i kratkog-spoja. Ne-peroksigenirani silicij obično se koristi u proizvodnji vodljivih dijelova u poluvodičkim uređajima zbog svoje dobre električne vodljivosti.

Ova razlika ima važne implikacije za materijalne primjene. U proizvodnji integriranih sklopova, dobra izolacijska svojstva i stabilnost -oksigeniranog silicija ključni su za osiguravanje performansi i pouzdanosti čipa. Nasuprot tome, visoka vodljivost neoksidiranog silicija čini ga važnim u scenarijima gdje je potrebna učinkovita vodljivost, kao što su određene specifične strukture tranzistora.

Osim toga, kemijska stabilnost ne-perovskitnog silicija omogućuje mu da zadrži svoje performanse u teškim okruženjima, dok je ne-perovskitni silicij bolji u primjenama koje zahtijevaju vrlo visoku vodljivost i relativno dobre uvjete okoline.

U proizvodnji metalnog silicija, dva procesa oksigenacije i de-deoksigenacije imaju svoje jedinstvene prednosti i prikladni su za različite proizvodne potrebe i scenarije primjene.

Visoko učinkovito uklanjanje nečistoća: proces oksigenacije može brzo i učinkovito ukloniti nečistoće kao što su željezo i aluminij izsilicijski metalkroz redoks reakcije. U usporedbi s postupkom bez-oksigenacije, učinkovitost uklanjanja nečistoća može se povećati za 40%-60%, omogućujući da čistoća silicija dosegne više od 99,5%, postavljajući temelje za proizvodnju visokokvalitetnih silicijskih materijala.

Poboljšana proizvodna učinkovitost: Kisik se uvodi u proces taljenja, što potiče ravnomjerno zagrijavanje taline silicija i uvelike poboljšava ujednačenost temperature peći. Ovo ne samo da pomaže skraćivanju ciklusa taljenja za 20%-30%, već također poboljšava stopu iskorištenja proizvodne opreme, što je vrlo pogodno za veliku industrijaliziranu proizvodnju.

Optimiziranje svojstava materijala: Proces oksigenacije ima pozitivan učinak na kristalnu strukturu silikonskog tijela, poboljšavajući cjelovitost kristalne strukture i time poboljšavajući fizikalna i kemijska svojstva silicija.

Jednostavan i lak za upravljanje: proces bez kisika koristi-kvarcni pijesak i drveni ugljen kao sirovine za smanjenje visoke-temperature, eliminirajući potrebu za složenim dovodom kisika i redoks procesima i pojednostavljujući proizvodni proces za više od 50%. To čini proces lakšim za rukovanje i lakšim za kontrolu, posebno pogodan za-malu proizvodnju.

Ušteda energije i smanjenje potrošnje: Budući da proces-bez kisika ne troši veliku količinu kisika, ima očitu prednost u smislu troškova energije. Dodatna oprema i sigurnosni troškovi povezani s upotrebom kisika također se mogu izbjeći.

Izvanredan potencijal visoke čistoće: postupak bez -oksigenacije ima prirodnu prednost u pripremi metalnog silicija visoke -čistoće. Više{3}}stupanjskom destilacijom, zonskim taljenjem i drugim naknadnim sredstvima pročišćavanja, čistoća silicija može se povećati na 99,9%-99,9999%, što udovoljava strogim zahtjevima poluvodiča, fotonapona i drugih vrhunskih područja za čistoću materijala.

Metalurška industrija (deoksidacija i legiranje)

Proizvodnja čelika, lijevanje: kao deoksidizator (kao što je ferosilicij, kalcijev silicij-aluminijev kompozitni deoksidizator), kroz reakciju između silicija i kisika za stvaranje silicijevog dioksida (SiO₂) za smanjenje sadržaja kisika u čeliku, i u isto vrijeme, kao legirajući element za reguliranje performansi čelika (kao što je poboljšanje čvrstoće, tvrdoće).

Proizvodnja lijevanog željeza: koristi se u liječenju trudnoće, potiče grafitizaciju, poboljšava mehanička svojstva lijevanog željeza (kao što su žilavost, otpornost na trošenje).

Aditivi aluminijske legure: silicij Aluminijska legura koja sadrži silicij oksid dodaje se pri topljenju aluminija kako bi se regulirala fluidnost i čvrstoća aluminijske tekućine.

Kemijska industrija (priprava spojeva silicija)

Proizvodnja natrijevog silikata (vodeno staklo): kvarcni pijesak koji sadrži silicijev oksid koristi se kao sirovina i reagira s kaustičnom sodom da bi se proizveo natrijev silikat, koji se koristi u proizvodnji ljepila, deterdženata i vatrostalnih materijala.

Priprema silikonskih međuproizvoda: rafiniranje industrijskog silicija kroz rude koje sadrže silicijev oksid (kao što je kvarc), a zatim daljnja sintetizacija silikonskih proizvoda kao što su silikonsko ulje, silikonska guma itd. (ali zahtjevi za čistoćom niži su od onih za poluvodički-silicij).

Vatrostalni materijali i keramika

Vatrostalne opeke i materijali za peći: Koristeći karakteristike visoke točke taljenja silicijevog dioksida (SiO₂), proizvodimo vatrostalne materijale otporne na-visoku-temperaturu za upotrebu u metalurškim pećima, staklenim pećima i drugoj visoko{2}}temperaturnoj opremi.

Sirovine za keramiku: koriste se kao sastavni dijelovi za prerade ili glazure za poboljšanje tvrdoće i kemijske stabilnosti keramike.

Bez{0}}oksidasilicijski metal(vrlo nizak sadržaj kisika, čistoća je obično veća od ili jednaka 99,9%) uglavnom se koristi u elektroničkim informacijama, novoj energiji, visoko-proizvodnji i drugim poljima koja zahtijevaju vrlo visoku čistoću.

Vrhunske-legure i posebni materijali

Zrakoplovne legure: koriste se u pripremi silicij-aluminijskih legura visoke -čistoće (kao što su komponente zrakoplovnih-motora), za povećanje male težine i otpornosti materijala na koroziju.

Posebna keramika i premazi: koristi se kao sirovina za preciznu keramiku (npr. keramika silicijevog nitrida) ili za visoko{2}}temperaturne premaze (npr. silicidni premazi za poboljšanje otpornosti metala na oksidaciju).

Industrija poluvodiča i elektronike

Proizvodnja čipova: poluvodički -silicij visoke-čistoće (čistoće 99,999999999% ili više, naziva se "9N silicij") izrađuje se u silikonske pločice postupkom izvlačenja kristala, rezanja, fotolitografije itd., što je temeljni supstrat za integrirane sklopove (CPU, memorija itd.).

Fotonaponska (solarna) industrija

Solarni paneli: polisilicij visoke čistoće (čistoće od 99,999% ili više) izrađuje se u ingote/šipke procesima lijevanja ili izvlačenja kristala i reže u fotonaponske ćelije za pretvaranje svjetlosne energije u električnu.

Zaključno, razlika između oksigeniranog i neoksigeniranog silicija, od kojih svaki ima svoja jedinstvena svojstva, određuje njihovu prikladnost u različitim područjima i scenarijima primjene, pružajući niz izbora za razvoj moderne elektroničke i poluvodičke industrije.