Yarım metal silikonuna baxın
Silikon metal, polad, günəş hüceyrələri və mikroçipləri istehsal etmək üçün istifadə edilən bir boz və parlaq yarı iletken metaldir.
Silikon yerin qabığında (yalnız oksigen arxasında) və kainatda səkkizinci ən çox rast gəlinən elementin ikinci ən zəngin elementidir. Əslində, yer qabığının ağırlığının təxminən 30 faizi silikonla əlaqələndirilə bilər.
Atom sayı 14 olan element təbii olaraq kvars və qumdaşı kimi ümumi qayaların əsas komponentləri olan silika, feldispat və mika da daxil olmaqla silikat minerallerində meydana gəlir.
Semi -metal (və ya metalloid ), silikon həm metalların, həm də qeyri-metalin bəzi xüsusiyyətlərinə malikdir.
Su kimi - lakin ən çox metallardan fərqli olaraq - silikon müqavilələri maye vəziyyətdədir və qatılaşdıqca genişlənir. Nisbətən yüksək ərimə və qaynama nöqtələrinə malikdir və kristalləşdikdə bir almaz kub kristal quruluşu meydana gəlir.
Silikonun yarımkeçirici roluna və elektronikada istifadə edilməsinə kritik olan silikonun digər elementlərlə asanlıqla bağlanmasına imkan verən dörd valent elektrondan ibarət olan elementin atom quruluşudur.
Xüsusiyyətləri:
- Atom Simvolu: Si
- Atom nömrəsi: 14
- Element Kateqoriya: Metalloid
- Yoğunluk: 2,329g / cm3
- Ərimə nöqtəsi: 2577 ° F (1414 ° C)
- Qaynar nöqtəsi: 5909 ° F (3265 ° C)
- Moh'nin sərtliyi: 7
Tarix:
İsveçli kimyaçı Jons Yakob Berzerlius 1823-cü ildə ilk izolyasiya edən silikon ilə hesablanır. Berzerlius bunu potasyum florosilikatla birlikdə bir çınqıl ilə metal qələmi (yalnız on il əvvəl təcrid olunmuşdu) ilə başa çatdırdı.
Nəticə amorf silikon idi.
Lakin kristal silikon edilməsi, daha çox vaxt tələb etdi. Kristal silikon elektrolitik nümunəsi başqa üç onillikdə hazırlanmazdı.
Silikondan ilk ticarəti istifadə ferrosilikon şəklində idi.
19-cu əsrin ortalarında Henry Bessemer'in polad istehsalı sənayesinin modernləşdirilməsindən sonra, polad metallurgiya və poladinq texnikası sahəsində araşdırma böyük maraq gördü.
1880-ci illərdə ferrosilikon istehsalının ilk sənaye dövründə, piqment dəmir və deoksidləşdirici poladda sünilik inkişafında silikonun əhəmiyyəti olduqca yaxşı başa düşülmüşdür.
Ferrosilikonun erkən istehsalı silikon tərkibli kömür ilə cevirlərin azaldılması ilə blast furnituralarında hazırlanmışdır ki, bu da gümüşü piqment dəmir, 20% silikon tərkibli ferrosilikon ilə nəticələnmişdir.
20-ci əsrin əvvəllərində elektrik arc furnitlərinin inkişafı təkcə daha çox polad istehsalı , həm də daha çox ferrosilikon istehsalına imkan vermişdir.
1903-cü ildə ferroalloy (Compagnie Generate d'Electrochimie) istehsalında ixtisaslaşan qrup Almaniya, Fransa və Avstriyada fəaliyyətə başlamışdır və 1907-ci ildə ABŞ-da ilk kommersiya silikon zavodu qurulmuşdur.
19-cu əsrin sonlarından əvvəl silikon bərkitmələri üçün təkrar tətbiq edilən çilingər quruluşu deyil.
1890-cı ildə süni almaz istehsal etmək üçün Edward Goodrich Acheson, toz koksu ilə qızdırılmış alüminium silikat və rasional olaraq silikon karbid (SiC) istehsal etdi.
Üç il sonra Acheson onun istehsal metodunu patentləşdirdi və aşındırıcı məhsulları hazırlamaq və satmaq məqsədi ilə Carborundum Company (karbonundum silikon karbid üçün ümumi ad olan) qurdu.
20-ci əsrin əvvəllərində silikon karbidin keçirici xüsusiyyətləri də həyata keçirilmişdir və bürc erkən gəmi radioslarında detektor kimi istifadə edilmişdir. 1906-cı ildə GW Pickard'a silikon kristal detektorları üçün patent verilmişdir.
1907-ci ildə ilk işıq diodu (LED) silikon karbid kristalına gərginlik tətbiq edərək yaradılmışdır.
1930-cu illərdə silikon istifadəsi silan və silikon daxil olmaqla yeni kimyəvi məhsulların inkişafı ilə böyüdü.
Keçmiş əsrdə elektronika artımı da silikon və unikal xüsusiyyətləri ilə sıx əlaqədardır.
1940-cı illərdə germanyaya əsaslanan ilk transistorlar - müasir mikroçiplər üçün prekursorların yaradılmasına baxmayaraq, silikon onun metaloid kuzenini daha davamlı substrat yarımkeçirici material kimi təzələdi.
Bell Labs və Texas Instruments 1954-cü ildə silikon əsaslı tranzistorları kommersiya istehsalına başladı.
Birinci silisli inteqral sxemlər 1960-cı illərdə hazırlanmış və 1970-ci illərdə silisli tərkibli prosessorlar hazırlanmışdır.
Silikon əsaslı yarımkeçirici texnologiya müasir elektronika və hesablama sisteminin əsasını meydana gətirdiyini nəzərə alsaq, bu sənayenin "Silikon Vadisi" kimi fəaliyyət mərkəzinə müraciət etməsi bizi təəccübləndirməməlidir.
(Silikon vadisinin tarixi və inkişafı və mikroçip texnologiyasını ətraflı şəkildə nəzərdən keçirmək üçün, Silikon Vadisi adlı Amerika Təcrübəsi sənədini çox yüksək qiymətləndirirəm).
İlk tranzistorların açılmasından çox sonra, Bell Labs'in silikon işi 1954-cü ildə ikinci bir böyük atılıma səbəb oldu: İlk silikon fotovoltaik (günəş) hüceyrəsi.
Bundan əvvəl, günəşdən enerjinin yer üzündə güc yaratması düşüncəsinin əksəriyyəti mümkün deyildir. Ancaq dörd il sonra, 1958-ci ildə, silikon günəş hüceyrələri tərəfindən işlənilən ilk peyk yerin orbitində idi.
1970-ci illərdə günəş texnologiyaları üçün kommersiya proqramları offshore neft qurğularında və dəmir yolu keçidlərində işıqlandırma işi kimi yerüstü tətbiqlərə qədər genişlənmişdir.
Son iki onillikdə günəş enerjisindən istifadə dözərək artmışdır. Bu gün silikon əsaslı fotovoltaik texnologiyalar qlobal günəş enerjisi bazarının təxminən 90 faizini təşkil edir.
İstehsalat:
Hər il silikonun əksəriyyəti təmizlənir - təxminən 80 faiz - demir və poladdan istifadə üçün ferrosilikon kimi istehsal olunur. Ferrosilikon istənilən yerdəki tərkibində 15-90% silikon ehtiva edə bilər.
Dəmir və silikon alaşımı aşağı salınma yolu ilə bir sualtı elektrik arc furnace istifadə edərək istehsal olunur. Silika zəngin filiz və kömür kömürü (metalurji kömürü) kimi bir karbon qaynağı ezilmiş və dəmir dəmir ilə birlikdə sobaya yüklənmişdir.
1900 ° C-dən (3450 ° F) yüksək temperaturda karbon karbon qazını təşkil edən cevherdeki oksigenlə reaksiya verir. Bu vaxt qalan dəmir və silikon, ocağın əsasını tıqqıltı ilə toplana bilən eriteli ferrosilikon etmək üçün birləşir.
Sonra soyudulur və bərkidilir, ferrosilikon daha sonra sövq edilə və dəmir-polad istehsalında birbaşa istifadə edilə bilər.
Eyni metod, dəmir əlavə edilmədən, 99% -dən çox təmiz olan metallurgiya sınıqlı silikon istehsal etmək üçün istifadə olunur. Metalurji silikonu da polad əriməsində, eləcə də alüminium döküm alaşımları və silan kimya istehsalında istifadə olunur.
Metalurji silikonu dəmir, alüminium və qələm içində olan kalsiumun tərkib hissəsi ilə təsnif edilir. Məsələn, 553 silikon metal hər bir dəmir və alüminiumdan 0,5% -dən az və 0,3% -dən az kalsium ehtiva edir.
Hər il təxminən 8 milyon metrik ton ferrosilikon istehsal edilir, Çin isə bu məbləğin təxminən 70 faizini təşkil edir. Böyük istehsalçılar arasında Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Qrup OM Materials və Elkem daxildir.
İllik 2.6 milyon metrik ton metalurji silikon - ya da ümumi təmizlənmiş silikon metalin təxminən 20 faizi istehsal olunur. Yenə də Çin bu məhsulun təxminən 80 faizini təşkil edir.
Çoxları bir sürpriz ki, silikon günəş və elektron siniflər, bütün zərif silikon istehsalının az miqdarda (az iki faizdən az) hesabına gəlir.
Günəş dərəcəli silikon metal (polysilicon) səviyyəsinə yüksəltmək üçün təmizliyi 99.9999% (6N) saf silikona qədər artmalıdır. Bu üç metoddan biri sayılır, ən çox Siemens prosesi olur.
Siemens prosesi trichlorosilane kimi tanınan uçucu bir qazın kimyəvi buxar birikimini ehtiva edir. 1150 ° C (2102 ° F) trichlorosilane bir çubuk sonunda monte yüksək təmiz silisium toxumu üzərində partladılmışdır. Oradan keçəndən sonra qazdan təmizlənmiş yüksək saflıq silikon toxumun üzərinə qoyulur.
Fluid yataqlı reaktor (FBR) və təkmilləşdirilmiş metalurji dərəcəli (UMG) silikon texnologiyası da fotovoltaik sənayesi üçün uyğun polysilicon metal artırmaq üçün istifadə olunur.
2013-ci ildə 230 min ton polysilicon istehsal edilmişdir. GCL Poly, Wacker-Chemie və OCI şirkətlərinin aparıcı istehsalçıları daxildir.
Nəhayət, yarımkeçirici sənayesi və müəyyən fotovoltaik texnologiyalara uyğun elektron dərəcəli silikon hazırlamaq üçün polysilicon Czochralski prosesi ilə ultra təmiz monokristal silikaya çevrilməlidir.
Bunu etmək üçün polysilicon 1425 ° C (2597 ° F) bir inert atmosferdə bir crucible ildə əriyir. Bir çubuq quraşdırılmış toxum kristal, daha sonra eritilmiş metalə daldırılır və yavaş-yavaş döndürülür və çıxarılır, silikon toxum materialında böyüməyə vaxt verir.
Nəticədə məhsul 99.999999999 (11N) faiz səviyyəsində yüksək olan tək kristal silikon metalin bir çubukudur (və ya büllə). Bu çubuq, gerektiği kimi kvant mexaniki xüsusiyyətlərini çimdikləmək üçün tələb olunan bor və ya fosforla qatlanmış ola bilər.
Monokristal çubuq müştərilərə göndərilə bilər və ya spesifik istifadəçilər üçün cilalanmış və ya düzəldilmişdir.
Proqramlar:
Hər il təxminən on milyon metrik ton ferrosilikon və silikon metal emal edilərkən, ticari olaraq istifadə edilən silikonun əksəriyyəti sement, havan və keramika, şüşə və s. Hər şeyin istehsalında istifadə olunan silikon minerallar şəklindədir. polimerlər.
Ferosilikon, qeyd olunduğu kimi, ən çox istifadə edilən metal silikon formasıdır. 150 il əvvəl ilk istifadə etdiyindən, ferrosilikon karbon və paslanmayan polad istehsalı üçün əhəmiyyətli bir deoksidləşdirici maddə olaraq qalmışdır. Bu gün ferrosilikon ən böyük istehlakçı polad əriməsi olaraq qalır.
Ferosilikon, poladdan kənarda bir çox istifadə var. Maqnezium ferrosilikonun istehsalında, yüksək səthli maqnezium emalında Pidgeon prosesi zamanı, süni dəmir istehsalında istifadə edilən bir nodulizerdir.
Ferrosilikon da istilik və korroziyaya davamlı ferro-silikon ərintiləri, eləcə də elektromotorlar və transformator nüvələrinin istehsalı üçün istifadə olunan silikon poladdan istifadə etmək üçün istifadə edilə bilər.
Metalurqiya silikonu alüminium dökümdə polimerləşmədə, eləcə də bir ərinti agentində istifadə edilə bilər. Alüminium-silikon (Al-Si) avtomobil hissələri təmiz alüminiumdan tökülmüş komponentlərə nisbətən yüngül və daha güclüdür. Mühərrik blokları və təkər dəzgahları kimi avtomobil parçaları ən çox yayılmış alüminium silikon parçalarıdır.
Bütün metallurgiya silikonlarının təxminən yarısı fumed silika (bir qalınlaşdırıcı maddə və quruducu), silan (bir coupling agent) və silikon (sealants, yapışdırıcılar və yağlar) etmək üçün kimya sənayesi tərəfindən istifadə olunur.
Fotovoltaik dərəcəli polysilicon əsasən polisilon günəş hüceyrələrinin istehsalı üçün istifadə olunur. Bir meqavat günəş modulunu etmək üçün təxminən beş ton polysilicon lazımdır.
Hal-hazırda polysilicon günəş texnologiyası dünyada istehsal edilən günəş enerjisindən yarıdan çoxunu təşkil edir, monosilikon texnologiyası təxminən 35 faiz təşkil edir. İnsanlar tərəfindən istifadə edilən günəş enerjisinin 90 faizi silikon əsaslı texnologiya ilə toplanır.
Monokristal silikon da müasir elektronikada yaranan kritik yarımkeçirici bir materialdır. Sahə effektli tranzistorlar (FETs), LED və inteqral sxemlərin istehsalında istifadə olunan substrat material kimi, silikon demək olar ki, bütün kompüterlər, mobil telefonlar, tabletlər, televizorlar, radiolar və digər müasir kommunikasiya cihazlarında tapıla bilər.
Bütün elektron cihazların üçdə birindən çoxunun silisiuma əsaslanan yarımkeçirici texnologiya olduğu təxmin edilir.
Nəhayət, ağır alaşımlı silikon karbür sintetik zərgərlik, yüksək temperatur yarımkeçiricilər, sərt keramika, kəsici alətlər, əyləc diskləri, aşındırıcılar, bulletproof yeleklər və istilik elementləri daxil olmaqla müxtəlif elektron və qeyri-elektron proqramlarda istifadə olunur.
Mənbələr:
Çelik Alaşım və Ferroalloy İstehsalının Qısa tarixi.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri və Seppo Louhenkilpi. مور
Poladda Ferroalloysun rolu haqqında. 9-13 iyun, 2013. XIII Beynəlxalq Ferroalaşımlar Konqresi. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Google + 'da Terence edin