Aký je rozdiel medzi kremíkovým kovom s kyslíkom a bez kyslíka

Kovový kremík je kremíkový materiál s čistotou až 99,999 %. Ako základný základný materiál moderného priemyslu sa široko používa v špičkových-oblastiach, ako sú solárna fotovoltaika, polovodiče a integrované obvody.

V priemyselnej výrobe, v závislosti od toho, či sa počas procesu tavenia zavádza kyslík, možno kovový kremík rozdeliť na -priepustný kovový kremík a -kyslík-nepriepustný kovový kremík. Tieto dve procesné cesty určujú nielen mikroštruktúru kremíkového materiálu, ale priamo ovplyvňujú aj jeho fyzikálne a chemické vlastnosti a aplikačné scenáre.

Okysličená sikonický kovVýraz "kremíkové materiály" sa vzťahuje na kremíkové materiály vyrobené zavádzaním kyslíka počas procesu tavenia. Prostredníctvom redoxných reakcií vo vyhrievacej peci (napr. Si + O₂ → SiO₂) reaguje kyslík so surovým kremíkom za vzniku stabilnej vrstvy oxidu kremičitého (SiO₂) na povrchu.

Tento proces zlepšuje odstraňovanie nečistôt (napr. železa, hliníka) a výsledkom je kremík s čistotou typicky v rozsahu od 99,5 % do 99,9 %. Povrchová vrstva SiO₂ pôsobí ako izolant a bariéra odolná voči korózii-, čím sa chemicky a fyzikálne odlišuje od neokysličených- náprotivkov.

Neokysličený kremíkový kov sa vyrába bez zámerného zavádzania kyslíka počas spracovania. Zachováva si štruktúru čistého kremíka (Si) bez povrchovej oxidovej vrstvy, čo vedie k vyššej chemickej reaktivite. Táto metóda sa často používa pre aplikácie s vysokou-čistotou, kde je možné kremík ďalej rafinovať na čistotu 99,9 % – 99,9999 % (napr. kremík 9N-triedy pre polovodiče).

Neprítomnosť kyslíka umožňuje presnú kontrolu elektrickej vodivosti, čo ju robí kritickou pre elektroniku a pokročilé materiály.

Vrstva oxidu kremičitého na povrchu -okysličeného silikónu má štrukturálne stabilnú chemickú štruktúru, ktorá poskytuje dobré izolačné vlastnosti a chemickú stabilitu. Na druhej strane štruktúra neokysličeného kremíka je relatívne homogénnejšia a má vyššiu chemickú aktivitu.

Pokiaľ ide o fyzikálne vlastnosti, tvrdosť a odolnosť voči oderu okysličeného silikónu je zvyčajne lepšia ako u neokysličeného silikónu, a to vďaka vrstve oxidu kremičitého na povrchu. Elektrická vodivosť -okysličeného kremíka je relatívne dobrá.

Pokiaľ ide o elektrické vlastnosti, vďaka izolačným vlastnostiam oxychloridu kremičitého sa vo veľkej miere používa pri výrobe integrovaných obvodov, ktoré účinne zabraňujú úniku prúdu a skratu-. Neperoxygenovaný kremík sa bežne používa pri výrobe vodivých častí v polovodičových zariadeniach vďaka svojej dobrej elektrickej vodivosti.

Toto rozlíšenie má dôležité dôsledky pre materiálové aplikácie. Pri výrobe integrovaných obvodov sú dobré izolačné vlastnosti a stabilita cez-oxidovaného kremíka kľúčom k zaisteniu výkonu a spoľahlivosti čipu. Na rozdiel od toho je vysoká vodivosť neoxidovaného kremíka dôležitá v scenároch, kde sa vyžaduje účinná vodivosť, ako napríklad v určitých špecifických tranzistorových štruktúrach.

Okrem toho chemická stabilita -perovskitového kremíka mu umožňuje zachovať si výkon v drsnom prostredí, zatiaľ čo ne-perovskitový kremík je výhodnejší v aplikáciách, ktoré vyžadujú veľmi vysokú vodivosť a relatívne dobré podmienky prostredia.

Pri výrobe kremíkového kovu majú dva procesy okysličovania a okysličovania{0}}každý svoje jedinečné výhody a sú vhodné pre rôzne výrobné potreby a scenáre použitia.

Vysoko účinné odstraňovanie nečistôt: Proces okysličovania dokáže rýchlo a efektívne odstrániť nečistoty, ako je železo a hliníkkremíkový kovprostredníctvom redoxných reakcií. V porovnaní s -neokysličeným procesom sa účinnosť odstraňovania nečistôt môže zvýšiť o 40 %{5}}60 %, čo umožňuje dosiahnuť čistotu kremíka viac ako 99,5 %, čím sa položí základ pre výrobu vysokokvalitných kremíkových materiálov.

Zvýšená efektívnosť výroby: Do procesu tavenia sa zavádza kyslík, čo podporuje rovnomerné zahrievanie kremíkovej taveniny a výrazne zlepšuje rovnomernosť teploty pece. Pomáha to nielen skrátiť taviaci cyklus o 20 %{3}}30 %, ale tiež zlepšuje mieru využitia výrobného zariadenia, ktoré je veľmi vhodné pre priemyselnú veľkovýrobu.

Optimalizácia vlastností materiálu: Proces okysličovania má pozitívny vplyv na kryštálovú štruktúru kremíkového telesa, zlepšuje integritu kryštálovej štruktúry a tým zlepšuje fyzikálne a chemické vlastnosti kremíka.

Jednoduché a ľahko ovládateľné: Bezkyslíkový-proces využíva kremenný piesok a drevené uhlie ako suroviny na znižovanie vysokej-teploty, čím sa eliminuje potreba zložitých procesov dodávania kyslíka a redoxných procesov a zjednodušuje sa výrobný proces o viac ako 50 %. Vďaka tomu je proces menej náročný na obsluhu a jednoduchšie na ovládanie, čo je obzvlášť vhodné pre-výrobu v malom meradle.

Úspora energie a zníženie spotreby: Keďže bezkyslíkový-proces nespotrebováva veľké množstvo kyslíka, má zjavnú výhodu z hľadiska nákladov na energiu. Dodatočné náklady na vybavenie a bezpečnosť spojené s používaním kyslíka sa môžu tiež vyhnúť.

Vynikajúci potenciál vysokej čistoty: proces bez-oxygenácie má prirodzenú výhodu pri príprave-kremíkového kovu s vysokou čistotou. Viac-stupňovou destiláciou, zónovým tavením a ďalšími spôsobmi následného čistenia je možné zvýšiť čistotu kremíka na 99,9 %-99,9999 %, čo spĺňa prísne požiadavky polovodičov, fotovoltaiky a iných špičkových oblastí na čistotu materiálu.

Hutnícky priemysel (deoxidácia a legovanie)

Výroba ocele, odlievanie: ako deoxidačné činidlo (ako je ferosilícia, vápenato-kremičitý-aluminiový kompozitný dezoxidačný prostriedok), prostredníctvom reakcie medzi kremíkom a kyslíkom za vzniku oxidu kremičitého (SiO₂) na zníženie obsahu kyslíka v oceli a zároveň ako legovací prvok na reguláciu výkonu ocele (napríklad na zlepšenie pevnosti a tvrdosti).

Výroba liatiny: používa sa pri liečbe tehotenstva, podporuje grafitizáciu, zlepšuje mechanické vlastnosti liatiny (ako je húževnatosť, odolnosť proti opotrebeniu).

Prísady z hliníkovej zliatiny: Kremík Hliníková zliatina obsahujúca oxid kremičitý sa pridáva pri tavení hliníka na reguláciu tekutosti a pevnosti hliníkovej kvapaliny.

Chemický priemysel (príprava zlúčenín kremíka)

Výroba kremičitanu sodného (vodné sklo): kremičitý piesok obsahujúci oxid kremičitý sa používa ako surovina a reaguje s lúhom sodným za vzniku kremičitanu sodného, ​​ktorý sa používa pri výrobe lepidiel, čistiacich prostriedkov a žiaruvzdorných materiálov.

Príprava silikónových medziproduktov: Rafinácia priemyselného kremíka prostredníctvom rúd obsahujúcich oxid kremičitý (ako je kremeň) a potom ďalšia syntéza silikónových produktov, ako je silikónový olej, silikónová guma atď. (požiadavky na čistotu sú však nižšie ako požiadavky na polovodičový- kremík).

Žiaruvzdorné materiály a keramika

Žiaruvzdorné tehly a vypaľovacie materiály: Využitím charakteristík vysokého bodu topenia oxidu kremičitého (SiO₂) vyrábame žiaruvzdorné materiály odolné voči -teplotám{1}} na použitie v metalurgických peciach, sklárskych peciach a iných vysokoteplotných zariadeniach.

Keramické suroviny: používajú sa ako súčasť prírezov alebo glazúr na zlepšenie tvrdosti a chemickej stability keramiky.

Bez oxidu-kremíkový kov(veľmi nízky obsah kyslíka, čistota je zvyčajne vyššia alebo rovná 99,9 %) sa používa najmä v elektronických informáciách, novej energii, špičkovej{1}}výrobe a iných oblastiach, ktoré vyžadujú veľmi vysokú čistotu.

Špičkové-zliatiny a špeciálne materiály

Zliatiny pre letectvo a kozmonautiku: Používajú sa pri príprave -hliníkových zliatin s vysokou čistotou (ako sú súčasti leteckých{1}}motorov) na zvýšenie nízkej hmotnosti a odolnosti materiálu proti korózii.

Špeciálna keramika a nátery: používa sa ako surovina pre presnú keramiku (napr. keramika z nitridu kremíka) alebo pre vysokoteplotné náterové materiály (napr. silicidové nátery na zlepšenie odolnosti proti oxidácii kovov).

Polovodičový a elektronický priemysel

Výroba čipov: Polovodičový -kvalitný- kremík (čistota 99,999999999 % alebo viac, označovaný ako „kremík 9N“) sa vyrába na kremíkové doštičky procesom ťahania kryštálov, rezania, fotolitografie atď., čo je základný substrát CPU pre integrované obvody.

Fotovoltický (solárny) priemysel

Solárne panely: Vysoko čistý polysilikón (čistota 99,999 % alebo viac) sa vyrába na ingoty/tyče procesom odlievania alebo ťahania kryštálov a reže sa na fotovoltaické články na premenu svetelnej energie na elektrinu.

Na záver, rozdiel medzi okysličeným a neokysličeným kremíkom, z ktorých každý má svoje vlastné jedinečné vlastnosti, určuje ich vhodnosť v rôznych oblastiach a aplikačných scenároch, čo poskytuje množstvo možností pre rozvoj moderného elektronického a polovodičového priemyslu.