E Bléck op de Hallef-Siliconen
Silicium Metall ass e groen a glänzend hallef-leitendem metall, dat benotzt fir Stéier, Solarzellen a Mikrochips ze produzéieren.
Siliconen ass den zweet meeschte reichend Element an der Äerdkrust (hannert nëmmen Sauerstoff) an dem Aachteelsten am ganzen Universum. Tatsächlech kënne bal 30 Prozent vum Gewiicht vun der Äerdkrust op Silicium zougedeelt ginn.
D'Element mat der atomarer Zuel 14 trëtt natiirlech an Silikat Mineralien, wéi Kieselgelder, Feldspart a Miwacher, déi wesentlech Komponente vu gemeinsame Fielsen wéi Quarz a Sandsteen sinn.
E halle Metal (oder Metalloid ), Silizium, besitzt e puer Eegeschafte vu Metall a Metalle.
Wéi Waasser - awer am Géigesaz zu de meeschten Metalle - Siliconen Kontrakter a sengem flëssegen Zoustand an erweitert wéi se solidifizéiert. Et huet relativ héich Schmelz a kochende Punkten, a wann si kristalliséiert bilden eng Diamantkubeschkristallstruktur.
Kritesch fir d'Roll vun der Silicitéit als e Halbleiter a seng Benotzung an Elektronik ass d'Atommasioun vun der Elementer, déi four Valenzektronen agespaart huet, déi Silizium mat aneren Elementer verbonne sinn.
Eegeschaften:
- Atomenergies Symbol: Si
- Atomic Nummer: 14
- Element Kategorie: Metalloid
- Densitéit: 2,329g / cm3
- Schmelzpunkt: 2577 ° F (1414 ° C)
- Kachpill: 5909 ° F (3265 ° C)
- Moh's Hardness: 7
Geschicht:
De schwedesche Chemiker Jons Jacob Berzerlius ass mat der éischt isoléierter Silizium am Joer 1823 kreditéiert. Berzerlius huet dëst duerch Metallheizung (déi nëmmen e Joerzéngten virdrun isoléiert) an engem Tiegel zesummen mat Kaliumfluorosilikat erfëllt.
D'Resultat war amorph Silicium.
D'Kristallin Siliconen maachen awer méi Zäit. Eng elektrolytesch Prouf aus kristallintem Silicium wär net fir eng aner dräi Joerzéngte gemaach.
Déi éischt kommerzialiséierter Notzung vum Silicium war an der Form vun der Ferrosilikon.
No der Moderniséierung vum Heinrich Bessemer vun der Stolindustrie an der Mëtt vum 19. Joerhonnert huet et interessant fir Stolmetallurgie a Fuerschung an Stäerktechniken.
No der Zäit vun der éischter industrieller Produktioun vu Ferrosilicon an den 1880er ass d'Wichtegkeet vu Siliconen bei der duebel Dektilitéit an de Schweineren an deoxidiséiertem Stéier besser verstanden.
De fréie Produktion vu Ferrosilikum gouf an Héichiewen geschéckt, andeems d'Silizium-enthaltend Erze mat Holzkohle verursaacht gouf, wat zu sëlwerkerzegem Eisen, e Pyrosilicium mat bis zu 20 Prozent Silicéit ass.
D'Entwécklung vun elektresche Lichtbunnen am Ufank vum 20te Joerhonnert erlaabt net nëmmen grouss Stalproduktioun , awer och méi Produktioun vu Ferrosilicum.
1903 gouf eng Grupp, déi d'Ferroalloy (Compagnie Generate d'Electrochimie) spezialiséiert huet, an Däitschland, Frankräich an Éisträich ugefaang huet an 1907 d'éischt kommerziell Siliciumfabréck an den USA gegrënnt gouf.
Steelmaking war net déi eenzeg Applikatioun fir Siliciumverbindungen, déi virum Enn vum 19. Joerhonnert kommerzialiséiert sinn.
Zu 1850 huet d'Edward Goodrich Acheson Aluminiumsilikat mat Puder Kock a virgeschloenem Siliziumcarbid (SiC) erhëtzt.
Dräi Joer méi spéit huet d'Acheson seng Produktiounsmethoden patentéiert a gegrënnt fir Carborundum Company (Carborundum als gemeinsame Numm fir Siliziumcarbid ze ginn) fir den Zweck ze maachen an abrasiven Produkter ze maachen.
Am Ufank vum 20. Joerhonnert goufen och d'leitend Eegeschafte realiséiert, an d'Verbindung gouf als Detektor an de fréien Schinnen Radioapparater benotzt. E Patenter fir Siliciumkristalldetektoren gouf den GW Pickard 1906 erlaabt.
1907 gouf déi éischt Liichtdiode (LED) geschaffen andeems d'Spannung an e Siliziumcarbidkriibs geluecht gouf.
Duerch d'1930er Siliciel benotzt mat der Entwécklung vun neie chemesche Produkter wuessend, dorënner Silane a Siliconen.
De Wuesstem vun der Elektronik iwwer déi lescht Joerhonnert war och onverëngbar mat Silikon a seng eenzegaartegen Eegeschaften verbonne ginn.
Während d'Erschaffung vun den éischten Transistoren - d'Viruerteeler vun de modernen Mikrochips - an de 1940er hunn d' germanium verlooss , war et net lang dat de Silicium säin Metalloid Cousin als méi haltbar Substrat-Halbleitermaterial ass.
Bell Labs an Texas Instruments huet 1954 kommerziell produzéiert Silizium-baséiert Transistoren.
Déi éischt Silizium-Integrierte Circuits goufen an de 1960er Et gemaach, an duerch déi 1970er hunn Silicone enthaltende Prozessoren entwéckelt.
Well d'Silicium-baséiert Halbleiter Technologie d'Backbone vun der moderner Elektronik a Computeren bilden, ass et net verwonnerlech datt mer d'Aktivitt vum Aktivitéit fir dës Industrie als "Silicon Valley" bezeechnen.
(Fir e detailléierte Bléck op d'Geschicht an d'Entwécklung vum Silikon-Tal an der Mikrochip-Technologie, ech recommandéieren der amerikanescher Experienz dokumentairi Silicon Valley).
Net laang nach der Entwecklung vun den éischten Transistoren, huet d'Bell Labs 'Aarbecht mat Siliconen zu engem zweeten groussen Duerchbruch 1954: Déi éischt Silizium Photovoltaik (Solarzelle) Zelle.
Virun dëst war den Iwwerdenken datt d'Energie vun der Sonn ausgenotzt gouf fir d'Muecht op der Äerd ze kreéieren. Mä nëmme véier Joer méi spéit, 1958, ass den éischten Satellit mat Siliconen Solarzellen d'Äerdbunnen.
No de 1970er hunn kommerziell Applikatiounen fir Solartechnologien zu terrestresch Applikatiounen agefouert wéi d'Beleiwung vun Offshore-Ueleg- an Eisenbunnsverbannen.
Zënter de leschten zwee Joerzéngten huet de Gebrauch vun der Sonnenenergie exponential entwéckelt. Hautdesdaags hunn Silizium-baséiert Photovoltaik-Technologien fir ongeféier 90 Prozent vun de weltwäite Solarenergie Maart.
Produktioun:
D'Majoritéit vum Silicium ass all Joer raffinéiert - ongeféier 80 Prozent - gëtt als Ferrosilikon zum Gebrauch an Eisen a Stepp gemaach . Ferrosilicium kann iwwerall tëscht 15 an 90 Prozent Silicium enthalen, jee no Ufro vum Smelter.
D' Legierung vum Eisen an Silicium gëtt mat engem eendelten elektresche Brennofen duerch Reduktioun schmëlzen. Silica reich an Äer a Kuelestoff wéi Kockelbunn (metallurgesch Kuel) gëtt zerdréckt an d'Uewerfläch mat Eisebunnen gelueden.
Bei Temperaturen iwwer 1900 ° C (3450 ° F) reagéiert de Carbon mat dem Sauerstoff, deen an der Erze present ass, en Kuelemonoxid. De Rescht Eisen a Siliconen, an der Moyenne, kombinéieren fir geschmolt Ferrosilicum ze maachen, wat duerch de Schluss vun der Ozean gesammelt ginn ka ginn.
Wann d'Ofkillung an d'Verhärtung geklomm ass, kann d'Ferrosilikon dann aus Eisen an Stol produzéiert ginn.
Déi selwescht Methode, ouni d'Inklusioun vum Eisen, gëtt benotzt fir de metallurgesche Grad Silizium ze produzéieren deen méi wéi 99 Prozent pure sinn. Metallurgesch Silicone gëtt och an der Schmelz aus Stahl benotzt, wéi och d'Fabrikatioun vun Aluminiumgusslegien a Silanchemikalien.
Metallurgesch Silicone ass klasséiert duerch d'Verstousssniveau vun Eisen, Aluminium a Kalzium an der Legierung. Zum Beispill sinn 553 Silizium Metall manner wéi 0,5 Prozent vun all Eisen an Aluminium a manner wéi 0,3 Prozent Calcium.
Ongeféier 8 Millioune metresch Tonnen vun der Ferrosilikon gëtt all Joer weltwäit produzéiert, mat China déi bal 70 Prozent vun dësem Gesamtwäert sinn. Grouss produzéiert och d'Erdos Metallurgy Grupp, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Grupp OM Materialien an Elkem.
Eng weider 2,6 Millioune metric Tonnen metallurgesch Silizium - oder ongeféier 20 Prozent vum totale raffinéiert Silizium Metal - gëtt jäerlech produzéiert. China, erof, Konten fir ongeféier 80 Prozent vun dëser Ausgab.
Een Iwwerraschung fir vill ass datt Sonn an Elektronesch Qualitéitsnormen vun Siliciumkonto fir nëmmen e kleng Betrag (manner wéi zwee Prozent) vun all raffinéierter Siliziumproduktioun.
Fir d'Erweiderung vun der Sonnemass Silizium Metal (Polysilicium) ze upgraden, muss d'Sauere vu bis zu 99,9999% (6N) reinen Siliconen eropgezu ginn. Dat geschitt mat engem vun dräi Methoden, am allgemengste ass de Siemens-Prozess.
De Siemens-Prozess beinhalt d'chemesch Verdampfung vun engem flüchtleche Gas wéi Trichlorsilan. Bei 1150 ° C (2102 ° F) Trichlorsilan gëtt iwwer e High Purite Siliconen-Saat gebaute Sëtz am Enn vun engem Rod. Wéi et iwwergëtt, héich High Heels Silizium aus dem Gas gëtt op d'Siedeg deposéiert.
Fliissbettreaktor (FBR) an moderniséierter Metallurgeschiicht (UMG) Siliconen-Technologie ginn och benotzt fir den Metall zu Polysilikon ze passen fir d'Photovoltaikindustrie ze verbesseren.
230.000 Meter Tonnen Polysilicium goufen 2013 produzéiert. Leading Produceren gehéieren GCL Poly, Wacker-Chemie a OCI.
Schlussendlech, fir Elektronik-Grad Silicone passend ze maachen fir d'Halbleiter-Industrie a verschidde verschidde Photovoltaik-Technologien, muss de Polysilikon iwwer den Czochralski-Prozess zu engem ultrareinen Monokristallsilicium ëmgewandelt ginn.
Fir dat ze maachen, gëtt de Polysilikon an engem Kelde bei 1425 ° C (2597 ° F) an enger Inert Atmosphär geschmëlt. Een Riichtsaart Kees Kristall gëtt an d'Metallgeschmold getippt a lues a lues a lues ausgedréckt, déi Zäit fir de Silicium op de Saamaterial ze wuessen.
D'Resultat ass e Stärekoup (oder Boule) vun engem Kristallsilicium Metall, deen sou héich sinn wéi 99,999999999 (11N) Prozent pure sinn. Dëse Stab kann mat Bor oder Phosphor dotéiert ginn, wéi et néideg ass, fir de Quantemechanismus wéi néideg anzuhellen.
De Monokristall Stärekoup kann op Clientë geliwwert ginn wéi se, oder geschnidden an Waferen a poliert oder texturéiert fir spezifesch Benotzer.
Applikatiounen:
Während ongeféier 10 Millioune metresch Tonnen Ferrosilicium a Silizium Metall all Joer raffinéiert sinn, sinn d'Majoritéit vun Silikon kommerziell benotzt a Form vun Silicium Mineralien, déi bei der Fabrikatioun vun alles aus Zement, Mierer a Keramik, an Glas a Polymeren.
Ferrosilicon, wéi et et scho bemierkt, ass déi am meeschte verbreet Form vun metallesche Siliconen. Zënter der éischter Gebrauch vun ongeféier 150 Joer ass de Pyrosilicium e wichtege Desoxidisierungsinstitut zu der Produktioun vu Kuelestoff a Edelstahl . Haut bleift d'Schmelz an der Stolindustrie de gréissten Konsument vu Ferrosilicon.
Ferrosilicium huet eng Rei vu Verstoen iwwer Stähle gestiermt. Et ass eng Pre-Legierung bei der Produktioun vu Magnesiumferrosilizium , e Noduléierer deen fir duktiléiert Eisen produzéiert, wéi och während dem Pidgeon-Prozess fir Raffinatiounsmëttel Magnesium ze refinéieren.
Ferrosilicon kann och benotzt ginn fir Hëtzt- a Korrosiounsresistente Ferrous Siliziumlegierungen wéi och Siliciumstahl ze maachen, déi bei der Fabrikatioun vun Elektromotoren a Transforméierkierer benotzt gëtt.
Metallurgesch Silicone kënnen an Stähle gefëllt sinn wéi och e Legierungsgewiicht bei Aluminiumgossing. Aluminium-Silicium (Al-Si) Autospartikelen si liicht a méi staark wéi Komponente vu pure Aluminium. Automotive Deeler wéi Motoreblocken a Reifenlafbunnen sinn e puer vun den am allgemeng erausgerechnet Aluminiumsilizium-Deeler.
An der Halschent vun allen metallurgesche Siliconen gëtt vun der chemescher Industrie benotzt fir fumiséiert Kieselsäcker (Verdickungsmëttelen a Trockenmittel), Silanen (e Kupplungsmëttelen) a Silikon (Dichtungsmëttelen, Klebstoff a Gëstelen) ze maachen.
Photovoltaik-Grad Polysilikon ass haaptsächlech bei der Auswierkung vu Polysilizium Solarzellen. Ongeféier fënnef Tonnen Polysilikon ass néideg fir een Megawatt vun Solarmodulen ze maachen.
Momentan schreift d'Polysilizium Solarmodell méi wéi d'Halschent vun der Sonnenenergie déi produzéiert weltwäit, während d'Monosilicium Technologie bal 35% bäidréit. Am ganzen sinn 90 Prozent vun der Sonn mat Energie vu mënschlechem Energie duerch Siliconen baséiert Technologie gesammelt.
Monocrystal Silicium ass och e kriteschen Halbleitermaterial fonnt an der moderner Elektronik. Als Substratmaterial, deen an der Produktioun vu Feldeffekterentransistoren (FETs), LEDen an integréierte Circuits benotzt ginn, kann Siliconen an praktesch all Computeren, Handyen, Tafelen, Televisiounen, Radios an aneren modernen Kommunikatiounsvorrichtungen fonnt ginn.
Et gëtt geschat datt méi wéi e Drëttel vun alle elektronesche Geräter d'Silizium-baséiert Halbleiter-Technologie enthalen.
Schlussendlech gëtt d'hëtzesch Legierung Siliziumcarbid an e puer elektronesch an elektronesch Applikatiounen benotzt, dorënner synthetesch Bijouen, Hochtemperaturhalbleiteren, hart Keramik, Stéckwierker, Bremsscheiben, Schleifmëttel, Kugelwaasserversuergung a Heizelementer.
Quell:
Ee Kuerzgeschicht vun der Stahlalliung a der Ferroalloyproduktioun.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri an Seppo Louhenkilpi.
An der Roll vum Ferrolegléck am Steelmaking. Juni 9-13, 2013. Den dreitäschen internationalen Ferroalloys Congress. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Follow Terence op Google+