Metal Profil: Silikon Metal mi?

silikon metalidir.

Silikon, yerkabuğunda (sadece oksijenin arkasında) ve evrende sekizinci en yaygın elementten en zengin ikinci elementtir. Aslında, yerkabuğunun ağırlığının yaklaşık yüzde 30'u silikon ile ilişkilendirilebilir.

Atom numarası 14 olan element, kuvars ve kumtaşı gibi ortak kayaçların ana bileşenleri olan silika, feldispat ve mika da dahil olmak üzere silikat minerallerinde doğal olarak görülür.

Yarı metal (veya metalloid) silisyum hem metal hem de metal olmayan bazı özelliklere sahiptir.

Su gibi - ancak çoğu metalden farklı olarak - silikon sıvı halde daralır ve katılaşır genişledikçe. Nispeten yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptir ve kristalleştiğinde bir elmas kübik kristal yapısı oluşturmaktadır.

Silikonun bir yarı iletken rolü ve elektronikteki kullanımı için kritik olan öğenin silikanın diğer elementlerle kolayca bağlanmasını sağlayan dört değerli elektron içeren atom yapısındadır.

Özellikleri:

• Atom Sembolü: Si
• Atom Numarası: 14
• Element Kategorisi: Metalloid
• Yoğunluk: 2. 329g / cm3
• Erime Noktası: 2577 ° F (1414 ° C)
• Kaynama noktası: 5909 ° F (999 ° F)
• Moh's Sertliği: 7

Tarihçe:

İsveçli kimyager Jons Jacob Berzerlius 1823 yılında ilk izolasyonlu silikondan almıştır. Berzerlius, metalik potasyumu (sadece on yıl önce izole edilmişti) potasyum fluorosilikat ile.

Sonuç amorf silikondur.

Bununla birlikte, kristal silikon yapmak, daha fazla zaman gerektiriyordu. Kristalin silikondan elektrolitik bir numune, otuz yıl daha yapılmaz.

Silikonun ilk ticarileştirilmiş kullanımı ferrosilikon formunda idi.

Henry Bessemer'in 19. yüzyılın ortalarında çelik üretim endüstrisinin modernize edilmesinin ardından, çelik metalürjisi ve çelik üretim tekniklerinde araştırma büyük ilgi gördü.

1880'lerde ferrosilikonun ilk sanayi üretimine gelindiğinde, pik demir ve deoksidan çelikte sünekliği arttırmada silikonun önemi oldukça iyi anlaşıldı.

Erken ferrosilikon üretimi, silikon içerikli cevherleri odun kömürü ile indirgeyerek yüksek fırınlarda yapıldı ve gümüşi pik demir, yüzde 20'ye kadar silikon içerikli ferrosilikon ile sonuçlandı.

20. yüzyılın başında elektrik ark ocaklarının geliştirilmesi, sadece daha fazla çelik üretimine izin vermedi, aynı zamanda daha fazla ferrosilikon üretimine izin verdi.

1903 yılında, ferroalyaj (Compagnie Generate d'Electrochimie) yapımında uzmanlaşmış bir grup Almanya, Fransa ve Avusturya'da faaliyete geçti ve 1907'de ABD'deki ilk ticari silikon tesisi kuruldu.

Çelik imalatı, 19. yüzyılın sonundan önce ticarileştirilen silikon bileşiklerinin tek başvurusu değildi.

Edward Goodrich Acheson, 1890 yılında suni elmas üretmek için, toz haline getirilmiş kok ve tesadüfen üretilen silikon karbür (SiC) ile alüminyum silikatı ısıtıyordu.

Üç yıl sonra Acheson, üretim yöntemini patent aldı ve aşındırıcı ürünler yapmak ve satmak amacıyla Carborundum Company'yi (o zaman karbon karbürumun yaygın adı olan carborundum) kurdu.

20. yüzyılın başlarına kadar, silikon karbürün iletken özellikleri de gerçekleştirildi ve bileşik, erken gemi telsizlerinde dedektör olarak kullanıldı. 1906 yılında GW Pickard'a bir silikon kristal dedektörü patenti verildi.

1907'de ilk ışık yayan diyot (LED), silikon karbür kristaline voltaj uygulanarak oluşturuldu.

1930'lu yıllar boyunca, silanlar ve silikonlar da dahil olmak üzere yeni kimyasal ürünlerin geliştirilmesi ile silikon kullanımı arttı.

Elektroniklerin son yüzyıldaki büyümesi aynı zamanda silikon ve benzersiz özellikleriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıydı.

1940'lı yıllarda, modern mikroçiplere öncülük eden ilk transistörlerin yaratılması, germanyum üzerine kurulu iken, silikonun metaloid kuzeni daha dayanıklı bir alt tabaka yarı iletken malzeme olarak almasından çok önce değildi.

Bell Labs ve Texas Instruments 1954 yılında ticari olarak silikon tabanlı transistörler üretmeye başladı. İlk silikon entegre devreler 1960'lı yıllarda yapıldı ve 1970'lerde silikon içeren işlemciler geliştirildi.

Silikon tabanlı yarı iletken teknolojinin modern elektronik ve bilgisayarın belkemiğini oluşturduğundan, bu sektör için "Silikon Vadisi" olarak hareket merkezini kastettiğimiz sürpriz değil. '(999) (Silikon Vadisi ve mikroçip teknolojisinin geçmişi ve gelişimi hakkında ayrıntılı bilgi için, Silikon Vadisi adlı American Experience belgeselini öneriyorum).

Bell Labs'un silikayla çalışması, ilk transistörlerin ortaya çıkmasından kısa bir süre sonra, 1954'te ikinci büyük buluşa yol açtı: İlk silikon fotovoltaik (güneş) hücre.

Bundan önce, dünyadaki enerjiyi yaratmak için güneşten enerjiyi kullanmak düşüncesi imkânsız olarak düşünülmüştü. Ancak sadece dört yıl sonra, 1958'de, silikon güneş pilleri ile çalışan ilk uydu yeryüzünde yörüngede döndü.

1970'lere gelindiğinde, güneş enerjisi teknolojileri için ticari uygulamalar, açık deniz petrol kuyularında ve demiryolu geçişlerinde aydınlatma yapmak gibi karasal uygulamalara dönüşmüştür.

Son yirmi yılda güneş enerjisi kullanımı katlanarak arttı. Bugün, silikon esaslı fotovoltaik teknolojiler, küresel güneş enerjisi pazarının yaklaşık yüzde 90'ını oluşturuyor.

Üretim:

Her yıl rafine edilen silisyumun çoğunluğu - yaklaşık yüzde 80 - demir ve çelik üretiminde ferrosilikon olarak üretilmektedir. Demir-silisyum, ergitme tesisinin gereksinimlerine bağlı olarak yüzde 15 ila 90 arasında silikon içerebilir.

Demir ve silisyum alaşımı, indirgenmiş eritme yoluyla dalgıç bir elektrik ark ocağı kullanılarak üretilir. Silika zengin cevher ve koklaşabilir taş kömürü (metalurjik kömür) gibi bir karbon kaynağı ezilir ve fırına hurda demir ile birlikte yüklenir.

1900

° C (3450

F) sıcaklıklarda karbon, cevherde bulunan oksijenle reaksiyona girerek karbon monoksit gazı oluşturur. Kalan demir ve silisyum bu arada, fırının tabanına dokunarak toplanabilen erimiş ferrosilikonu yapmak için birleştirilir.

Sonra soğutulur ve sertleştirilir, ferrosilikon daha sonra sevk edilebilir ve doğrudan demir-çelik imalatında kullanılabilir. Demir içermeyen aynı yöntem, yüzde 99'dan daha fazla saf metalürjik derece silikon üretmek için kullanılır. Metalurjik silikon, çelik eritme işleminin yanı sıra alüminyum dökme alaşımları ve silan kimyasallarının imalinde de kullanılır. Metalurjik silikon, alaşımda bulunan demir, alüminyum ve kalsiyumun kirlilik seviyelerine göre sınıflandırılır. Örneğin, 553 silikon metal her bir demir ve alüminyumun yüzde 0,5'inden azını ve yüzde 3'ten az kalsiyumu içerir. Her yıl yaklaşık 8 milyon metrik ton ferrosilikon üretiliyor ve Çin bu toplamın yaklaşık% 70'ini oluşturuyor. Büyük üreticiler Erdos Metalurji Grubu, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Grup OM Malzemeleri ve Elkem'dir. Yıllık olarak, 2,6 milyon metrik ton metalurjik silisyum (toplam rafine edilmiş silikon metalin yaklaşık% 20'si) üretiliyor. Çin, yine bu çıktıın yüzde 80'ini oluşturuyor.

Birçoğunun şaşırtması, güneş ve elektronik silikon kalitelerinin, rafine edilmiş silikon üretiminin sadece küçük bir miktarı (yüzde iki'den azı) oluşturmasıdır.

Güneş kalitesinde silikon metal (polisilikon) olarak yükseltmek için, saflık 99.9999 (6N) saf silikona kadar yükselmelidir. Bu, Siemens süreci olmak üzere üç yöntemden biri aracılığıyla yapılır.

Siemens Süreci, triklorosilan olarak bilinen uçucu bir gazın kimyasal buhar biriktirilmesini içerir. Bir çubuğun ucuna monte edilen yüksek saflıkta bir silikon tohum üzerine 1150

°

C'de (2102

° F) triklorosilan üflendi. Geçerken, gazdan yüksek saflıkta silisyum tohum üzerine çöker.

Akışkan yataklı reaktör (FBR) ve yükseltilmiş metalürjik derece (UMG) silikon teknolojisi, metali fotovoltaik endüstri için uygun poli silikon haline getirmek için de kullanılır.

2013'te 230, 000 metrik ton polisilikon üretildi. Önemli üreticiler arasında GCL Poly, Wacker-Chemie ve OCI yer alıyor. Sonunda, yarı iletken endüstrisi ve belirli fotovoltaik teknolojiler için uygun elektronik sınıfı silisyum yapmak için, polisilikon, Czochralski işlemi yoluyla ultra saf bir monokristal silikona dönüştürülmelidir. Bunun için polisilikon, atıl bir atmosferde 1425 ° 999 ° C'de (2597 ° 999 ° 999 ° F) bir pota içinde eritilir. Bir çubuk monte edilmiş tohum kristali daha sonra erimiş metal içine daldırılır ve yavaş yavaş döndürülür ve çekilir ve silisyumun tohum materyali üzerinde büyümesine zaman tanır. Elde edilen ürün saflığı 99.99999.9999 (11N) kadar yüksek olabilen tek kristal silisyum metalden bir çubuktur (veya buğday). Bu çubuk, gerektiği gibi kuantum mekanik özelliklerini ayarlamak için gereken şekilde bor veya fosfor katkılı olabilir. Monokristal çubuk, müşterilere olduğu gibi gönderilebilir veya gofret içine kesilebilir ve belirli kullanıcılar için parlatılmış veya dokulu olabilir.

Uygulamalar:

Yaklaşık on milyon metrik ton ferrosilikon ve silikon metal her yıl arıtılırken, ticari olarak kullanılan silisyumun çoğunluğu aslında silikon mineralleri formunda olup çimento, harçlar ve seramikler, cam ve polimerlere.

Belirtildiği gibi, ferrosilikon metalik silikonun en yaygın kullanılan şeklidir. Yaklaşık 150 yıl önce ilk defa kullanımdan beri, ferrosilikon karbon ve paslanmaz çelik üretiminde önemli bir deoksidanasyon ajanı olarak kaldı. Bugün, çelik eritme, ferrosilikonun en büyük tüketici halini almaya devam ediyor.

Ancak, ferrosilikon, çelik üretiminin ötesinde bir takım kullanımlara sahiptir. Magnezyum ferrosilikon üretiminde, sünek demir üretmek için kullanılan nodülleştiricilerin yanı sıra yüksek saflıktaki magnezyumun rafine edilmesi için Pidgeon işlemi sırasında bir ön alaşımdır. Ferrosilikon, ısı ve korozyona dayanıklı ferro silikon alaşımlarının yanı sıra elektromotorlar ve trafo göbekleri imalatında kullanılan silikon çeliklerin de imalinde kullanılabilir. Metalurjik silikon, çelik üretiminde ve alüminyum döküm alaşımında kullanılabilir. Alüminyum silikon (Al-Si) araba parçaları, saf alüminyumdan dökülen bileşenlerden daha hafif ve daha güçlüdür. Motor blokları ve lastik jantlar gibi otomotiv parçaları, en yaygın dökme alüminyum silikon parçalardan biridir. Metalurjik silikonun neredeyse yarısı fümüslü silika (koyulaştırma ajanı ve kurutucu), silanlar (birleştirme ajanı) ve silikon (sızdırmazlık macunu, yapıştırıcılar ve yağlayıcılar) yapmak için kimyasal sanayi tarafından kullanılır. Fotovoltaik dereceli polisilikon öncelikle polisilikon güneş pilleri üretiminde kullanılır. Bir megavatlık güneş modülünü yapmak için yaklaşık beş ton polisilikon gerekiyor.

Günümüzde monosilicon teknolojisi yaklaşık yüzde 35 oranında katkıda bulunurken, polisilikon güneş teknolojisi dünyada üretilen güneş enerjisinin yarısından fazlasını oluşturmaktadır. İnsanlar tarafından kullanılan toplam güneş enerjisinin yüzde 90'ı silikon tabanlı teknoloji ile toplanmaktadır.

Monokristal silikon, modern elektronikte bulunan kritik bir yarı iletken malzemedir. Alan efekt transistörlerinin (FET'ler), LED'lerin ve entegre devrelerin üretiminde kullanılan bir alt katman malzemesi olan silikon hemen hemen tüm bilgisayarlarda, cep telefonlarında, tabletlerde, televizyonlarda, radyolarda ve diğer modern iletişim cihazlarında bulunabilir.

Tüm elektronik cihazların üçte birinden fazlasının silikon tabanlı yarıiletken teknolojisi içerdiği tahmin edilmektedir.

Son olarak, sert alaşımlı silikon karbür, sentetik mücevher, yüksek sıcaklık yarı iletkenleri, sert seramik, kesici aletler, fren diskleri, zımparalar, kurşun geçirmez yelek ve ısıtma elemanları gibi elektronik ve elektronik olmayan çeşitli uygulamalarda kullanılır.

Kaynaklar:

Çelik Alaşım ve Ferroalyaj Üretiminin Kısa Tarihi.

URL: // www. urm-şirket. com / images / docs / çelik-alaşımlama-tarih. pdf

Holappa, Lauri ve Seppo Louhenkilpi.

Çelik Üreticiliğinde Ferroalyajların Rolü Üzerine.

9-13 Haziran 2013, 13. Uluslararası Feroalaşım Kongresi. URL: // www. pirometalurjik. co. za / InfaconXIII / Denizden 1083 Holappa. pdf

Google + 'da Terence izleyin