Каква е разликата между метален силиций с кислород и без кислород

Металният силиций е силициев материал с чистота до 99,999%. Като основен основен материал на съвременната индустрия, той се използва широко в авангардни-полета като слънчеви фотоволтаици, полупроводници и интегрални схеми.

В промишленото производство, в зависимост от това дали се въвежда кислород по време на процеса на топене, металният силиций може да бъде разделен на кислород-пропусклив метален силиций и не-кислород-пропусклив метален силиций. Тези два пътя на процеса не само определят микроструктурата на силициевия материал, но и пряко влияят върху неговите физични и химични свойства и сценарии за приложение.

Кислородно sиликон металсе отнася до силициеви материали, произведени чрез въвеждане на кислород по време на процеса на топене. Чрез редокс реакции в нагревателна пещ (напр. Si + O₂ → SiO₂), кислородът реагира със суровия силиций, за да образува стабилен слой силициев диоксид (SiO₂) на повърхността.

Този процес подобрява отстраняването на примеси (напр. желязо, алуминий) и води до силиций с чистота, обикновено варираща от 99,5% до 99,9%. Повърхностният слой SiO₂ действа като изолатор и -устойчива на корозия бариера, което го отличава химически и физически от не-кислородните аналогове.

Не{0}}кислородният силициев метал се произвежда без умишлено въвеждане на кислород по време на обработката. Той запазва структурата на чист силиций (Si) без повърхностен оксиден слой, което води до по-висока химическа реактивност. Този метод често се използва за приложения с висока-чистота, където силицийът може да бъде допълнително рафиниран до 99,9%–99,9999% чистота (напр. 9N-клас силиций за полупроводници).

Липсата на кислород позволява прецизен контрол на електрическата проводимост, което го прави критичен за електрониката и съвременните материали.

В структурно отношение слоят от силициев диоксид върху повърхността на -оксигенирания силикон има стабилна химическа структура, която осигурява добри изолационни свойства и химическа стабилност. От друга страна, структурата на не-окисления силиций е относително по-хомогенна и има по-висока химическа активност.

По отношение на физичните свойства, твърдостта и устойчивостта на износване на кислородния силикон обикновено са по-добри от тези на не-кислородния силикон поради слоя силициев диоксид на повърхността. Електрическата проводимост на не-окисления силиций е относително добра.

По отношение на електрическите свойства, изолационните свойства на силициевия оксихлорид го правят широко използван в производството на интегрални схеми за ефективно предотвратяване на утечки на ток и явления на късо- съединение. Не-пероксигенираният силиций обикновено се използва в производството на проводими части в полупроводникови устройства поради добрата си електропроводимост.

Това разграничение има важни последици за материалните приложения. При производството на интегрални схеми добрите изолационни свойства и стабилността на -окисления силиций са ключови за осигуряване на производителност и надеждност на чипа. Обратно, високата проводимост на неокисления силиций го прави важен в сценарии, при които се изисква ефективна проводимост, като например в някои специфични транзисторни структури.

В допълнение, химическата стабилност на не-перовскитния силиций му позволява да поддържа ефективността си в тежки среди, докато не-перовскитният силиций е по-изгоден в приложения, които изискват много висока проводимост и относително добри условия на околната среда.

При производството на силициев метал, двата процеса на оксигениране и де{0}}деоксигениране имат своите уникални предимства и са подходящи за различни производствени нужди и сценарии на приложение.

Високоефективно отстраняване на примеси: Процесът на оксигениране може бързо и ефективно да отстрани примеси като желязо и алуминий отсилициев металчрез редокс реакции. В сравнение с не-кислородния процес, ефективността на отстраняване на примесите може да се увеличи с 40%-60%, което позволява чистотата на силиция да достигне повече от 99,5%, поставяйки основата за производството на висококачествени силициеви материали.

Подобрена производствена ефективност: Кислородът се въвежда в процеса на топене, което насърчава равномерното нагряване на силициевата стопилка и значително подобрява равномерността на температурата на пещта. Това не само помага за съкращаване на цикъла на топене с 20%-30%, но също така подобрява степента на използване на производственото оборудване, което е много подходящо за широкомащабно индустриализирано производство.

Оптимизиране на свойствата на материала: Процесът на оксигениране има положителен ефект върху кристалната структура на силиконовото тяло, като подобрява целостта на кристалната структура и по този начин подобрява физичните и химичните свойства на силиция.

Лесен и лесен за управление: Процесът без{0}}кислород използва кварцов пясък и въглен като суровини за понижаване на висока-температура, елиминирайки необходимостта от сложно подаване на кислород и редокс процеси и опростявайки производствения процес с повече от 50%. Това прави процеса по-лесен за работа и по-лесен за контрол, особено подходящ за производство в малък-мащаб.

Спестяване на енергия и намаляване на потреблението: тъй като безкислородният-процес не консумира голямо количество кислород, той има очевидно предимство по отношение на разходите за енергия. Допълнително оборудване и разходи за безопасност, свързани с използването на кислород, също могат да бъдат избегнати.

Изключителен потенциал за висока чистота: процесът без -оксигениране има естествено предимство при получаването на високо{1}}чист силициев метал. Чрез много-етапна дестилация, зоново топене и други последващи средства за пречистване, чистотата на силиция може да бъде увеличена до 99,9%-99,9999%, което отговаря на строгите изисквания на полупроводниците, фотоволтаиците и други области от висок клас за чистотата на материала.

Металургична промишленост (дезоксидация и легиране)

Производство на стомана, леене: като деоксидант (като феросилиций, калциев силициев диоксид-алуминиев композитен деоксидант), чрез реакцията между силиций и кислород за генериране на силициев диоксид (SiO₂) за намаляване на съдържанието на кислород в стоманата и в същото време като легиращ елемент за регулиране на характеристиките на стоманата (като подобряване на якостта, твърдостта).

Производство на чугун: използва се при лечение на бременност, насърчава графитизацията, подобрява механичните свойства на чугуна (като издръжливост, устойчивост на износване).

Добавки за алуминиеви сплави: Силикон Алуминиевата сплав, съдържаща силициев оксид, се добавя при топенето на алуминий, за да регулира течливостта и здравината на алуминиевата течност.

Химическа промишленост (приготвяне на силициево съединение)

Производство на натриев силикат (водно стъкло): кварцов пясък, съдържащ силициев оксид, се използва като суровина и реагира със сода каустик, за да се получи натриев силикат, който се използва в производството на лепила, почистващи препарати и огнеупорни материали.

Приготвяне на силиконови междинни продукти: Рафиниране на промишлен силиций чрез руди, съдържащи силициев оксид (като кварц), и след това по-нататъшно синтезиране на силиконови продукти като силиконово масло, силиконов каучук и др. (но изискването за чистота е по-ниско от това на полупроводников -силиций).

Огнеупори и керамика

Огнеупорни тухли и материали за пещи: Използвайки характеристиките на високата точка на топене на силициевия диоксид (SiO₂), ние произвеждаме устойчиви на висока-температура-огнеупорни материали за използване в металургични пещи, стъкларски пещи и друго високо{2}}температурно оборудване.

Керамични суровини: използвани като компонент на заготовки или глазури за подобряване на твърдостта и химическата стабилност на керамиката.

Без{0}}оксидисилициев метал(много ниско съдържание на кислород, чистотата обикновено е по-голяма или равна на 99,9%) се използва главно в електронна информация, нова енергия, високо{1}}производство и други области, които изискват много висока чистота.

Високо{0}}сплави и специални материали

Аерокосмически сплави: Използват се при получаването на силициево-алуминиеви сплави с висока -чистота (като компоненти на авио-двигатели), за подобряване на леката и устойчивост на корозия на материала.

Специална керамика и покрития: използва се като суровина за прецизна керамика (напр. керамика от силициев нитрид) или за високо-температурни покривни материали (напр. силицидни покрития за подобряване на устойчивостта на метално окисление).

Полупроводникова и електронна промишленост

Производство на чипове: Полупроводников -клас с висока{1}}чистота (чистота 99,999999999% или повече, наричан „9N силиций“) се произвежда в силициеви пластини чрез процеса на издърпване на кристали, нарязване, фотолитография и т.н., което е основният субстрат за интегрални схеми (CPU, памет и т.н.).

Фотоволтаична (слънчева) индустрия

Слънчеви панели: Полисилиций с висока чистота (чистота от 99,999% или повече) се прави на слитъци/пръчки чрез процеси на леене или издърпване на кристали и се нарязва на фотоволтаични клетки за преобразуване на светлинната енергия в електричество.

В заключение, разликата между наситен с кислород и ненаситен с кислород силиций, всеки със своите уникални свойства, определя тяхната пригодност в различни области и сценарии на приложение, осигурявайки разнообразие от избори за развитието на съвременната електроника и полупроводниковата индустрия.