Quina diferència hi ha entre silici metall amb oxigen i sense oxigen

El silici metàl·lic és un material de silici amb una puresa de fins al 99,999%. Com a material bàsic bàsic de la indústria moderna, s'utilitza àmpliament en camps d'avantguarda-com ara la fotovoltaica solar, els semiconductors i els circuits integrats.

En la producció industrial, depenent de si s'introdueix oxigen durant el procés de fusió, el silici metàl·lic es pot dividir en silici metàl·lic-permeable a l'oxigen i silici metàl·lic no-permeable a l'oxigen-. Aquestes dues vies de procés no només determinen la microestructura del material de silici, sinó que també afecten directament les seves propietats físiques i químiques i els escenaris d'aplicació.

Oxigenat smetall ilicones refereix als materials de silici produïts mitjançant la introducció d'oxigen durant el procés de fosa. Mitjançant reaccions redox en un forn de calefacció (per exemple, Si + O₂ → SiO₂), l'oxigen reacciona amb el silici en brut per formar una capa estable de diòxid de silici (SiO₂) a la superfície.

Aquest procés millora l'eliminació d'impureses (per exemple, ferro, alumini) i dóna com a resultat silici amb una puresa que normalment oscil·la entre el 99,5% i el 99,9%. La capa superficial de SiO₂ actua com a aïllant i barrera resistent a la corrosió-, distingint-la químicament i físicament dels homòlegs no-oxigenats.

El silici metall no-oxigenat es produeix sense introduir oxigen intencionat durant el processament. Conserva una estructura de silici pur (Si) sense una capa d'òxid superficial, la qual cosa condueix a una major reactivitat química. Aquest mètode s'utilitza sovint per a aplicacions d'alta -puresa, on el silici es pot refinar encara més fins al 99,9%-99,9999% de puresa (p. ex., silici de grau 9N- per a semiconductors).

L'absència d'oxigen permet un control precís de la conductivitat elèctrica, cosa que la fa fonamental per a l'electrònica i els materials avançats.

Estructuralment, la capa de diòxid de silici a la superfície de la-silicona oxigenada té una estructura química estable que proporciona bones propietats aïllants i estabilitat química. D'altra banda, l'estructura del silici no-oxigenat és relativament més homogènia i té una activitat química més alta.

Pel que fa a les propietats físiques, la duresa i la resistència a l'abrasió de la silicona oxigenada sol ser millor que la de la silicona no-oxigenada a causa de la capa de diòxid de silici a la superfície. La conductivitat elèctrica del silici no-oxigenat és relativament bona.

Pel que fa a les propietats elèctriques, les propietats aïllants de l'oxiclorur de silici el fan molt utilitzat en la fabricació de circuits integrats per prevenir eficaçment les fuites de corrent i els fenòmens de curt{0}}circuits. El silici no-peroxigenat s'utilitza habitualment en la fabricació de peces conductores en dispositius semiconductors a causa de la seva bona conductivitat elèctrica.

Aquesta distinció té implicacions importants per a les aplicacions dels materials. En la fabricació de circuits integrats, les bones propietats aïllants i l'estabilitat del silici-oxigenat són claus per garantir el rendiment i la fiabilitat dels xips. En canvi, l'alta conductivitat del silici no oxidat el fa important en escenaris on es requereix una conductivitat eficient, com en determinades estructures de transistors específiques.

A més, l'estabilitat química del silici sense -perovskita li permet mantenir el seu rendiment en entorns durs, mentre que el silici sense-perovskita és més avantatjós en aplicacions que requereixen una conductivitat molt alta i unes condicions ambientals relativament bones.

En la producció de silici metàl·lic, els dos processos d'oxigenació i de{0}}desoxigenació tenen cadascun els seus avantatges únics i són adequats per a diferents necessitats de producció i escenaris d'aplicació.

Eliminació d'impureses altament eficient: el procés d'oxigenació pot eliminar de manera ràpida i eficaç les impureses com el ferro i l'alumini.silici metallmitjançant reaccions redox. En comparació amb el procés no-oxigenat, l'eficiència d'eliminació d'impureses es pot augmentar en un 40%-60%, permetent que la puresa del silici arribi a més del 99,5%, sent la base per a la producció de materials de silici d'alta qualitat.

Millora de l'eficiència de producció: l'oxigen s'introdueix al procés de fosa, la qual cosa afavoreix l'escalfament uniforme de la fosa de silici i millora considerablement la uniformitat de la temperatura del forn. Això no només ajuda a escurçar el cicle de fosa un 20%-30%, sinó que també millora la taxa d'utilització de l'equip de producció, que és molt adequat per a la producció industrialitzada a gran escala.

Optimització de les propietats del material: el procés d'oxigenació té un efecte positiu sobre l'estructura cristal·lina del cos de silici, millorant la integritat de l'estructura cristal·lina i millorant així les propietats físiques i químiques del silici.

Senzill i fàcil de controlar: el procés sense oxigen-utilitza sorra de quars i carbó vegetal com a matèries primeres per a la reducció d'alta-temperatura, eliminant la necessitat d'alimentació d'oxigen i processos redox complexos i simplificant el procés de producció en més d'un 50%. Això fa que el procés sigui menys difícil d'operar i més fàcil de controlar, especialment adequat per a la producció a petita-escala.

Estalvi d'energia i reducció del consum: com que el procés sense oxigen-no consumeix una gran quantitat d'oxigen, té un avantatge evident pel que fa als costos energètics. També es poden evitar els costos addicionals d'equipament i seguretat associats a l'ús d'oxigen.

Potencial d'alta puresa excepcional: el procés de no-oxigenació té un avantatge natural en la preparació de silici metall d'alta-puresa. Mitjançant la destil·lació en diverses etapes, la fusió de zones i altres mitjans de purificació posteriors, la puresa del silici es pot augmentar fins al 99,9%-99,9999%, que compleix els estrictes requisits de semiconductors, fotovoltaics i altres camps de gamma alta sobre la puresa del material.

Indústria metal·lúrgica (desoxidació i aliatge)

Fabricació d'acer, fosa: com a desoxidant (com ferrosilici, sílice calci-desoxidant compost d'alumini), mitjançant la reacció entre silici i oxigen per generar diòxid de silici (SiO₂) per reduir el contingut d'oxigen de l'acer i, alhora, com a element d'aliatge per regular el rendiment de l'acer (com ara la duresa).

Producció de ferro colat: s'utilitza en el tractament de l'embaràs, promou la grafitització, millora les propietats mecàniques del ferro colat (com ara la duresa, la resistència al desgast).

Additius d'aliatge d'alumini: silici L'aliatge d'alumini que conté òxid de silici s'afegeix a la fosa d'alumini per regular la fluïdesa i la força del líquid d'alumini.

Indústria química (preparació de compostos de silici)

Producció de silicat de sodi (vidre d'aigua): la sorra de quars que conté òxid de silici s'utilitza com a matèria primera i es fa reaccionar amb la sosa càustica per produir silicat de sodi, que s'utilitza en la fabricació d'adhesius, detergents i refractaris.

Preparació d'intermedis de silicona: refinar silici industrial a través de minerals que contenen òxid de silici (com el quars) i després sintetitzar productes de silicona com ara oli de silicona, cautxú de silicona, etc. (però el requisit de puresa és inferior al del silici de grau -semiconductor).

Refractaris i Ceràmiques

Maons refractaris i materials de forn: utilitzant les característiques d'alt punt de fusió del diòxid de silici (SiO₂), fabriquem materials refractaris resistents a -temperatura-altes per utilitzar-los en forns metal·lúrgics, forns de vidre i altres equips d'alta-temperatura.

Matèries primeres ceràmiques: s'utilitzen com a component de blancs o esmalts per millorar la duresa i l'estabilitat química de la ceràmica.

Sense òxid{0}silici metall(contingut d'oxigen molt baix, la puresa sol ser superior o igual al 99,9%) s'utilitza principalment en informació electrònica, noves energies, fabricació-de gamma alta i altres camps que requereixen una puresa molt alta.

Aliatges-de gamma alta i materials especials

Aliatges aeroespacials: s'utilitzen en la preparació d'aliatges d'alumini de silici d'alta -puresa (com ara components de motor-aeronàutic), per millorar el pes lleuger i la resistència a la corrosió del material.

Ceràmiques i recobriments especials: s'utilitzen com a matèria primera per a ceràmiques de precisió (per exemple, ceràmiques de nitrur de silici) o per a materials de recobriment d'alta-temperatura (per exemple, recobriments de siliciur per millorar la resistència a l'oxidació del metall).

Indústria de semiconductors i electrònica

Fabricació de xips: el silici d'alta puresa-semiconductor de grau- (puresa del 99,999999999% o més, anomenat "silici 9N") es converteix en hòsties de silici mitjançant el procés d'extracció de cristall, tall, fotolitografia, etc., que és el substrat bàsic per a CPU, memòria integrada, circuits, etc.

Indústria fotovoltaica (solar).

Panells solars: el polisilici d'alta puresa (puresa del 99,999% o més) es transforma en lingots/varetes mitjançant processos de fosa o d'extracció de cristalls, i es talla en cèl·lules fotovoltaiques per convertir l'energia lluminosa en electricitat.

En conclusió, la diferència entre silici oxigenat i no oxigenat, cadascun amb les seves pròpies propietats úniques, determina la seva idoneïtat en diferents camps i escenaris d'aplicació, proporcionant una varietat d'opcions per al desenvolupament de les indústries modernes d'electrònica i semiconductors.