Vad är skillnaden mellan kiselmetall med syre och inget syre

Metalliskt kisel är ett kiselmaterial med en renhet på upp till 99,999 %. Som det grundläggande basmaterialet i modern industri används det i stor utsträckning i banbrytande områden som solceller, halvledare och integrerade kretsar.

I industriell produktion, beroende på om syre införs under smältningsprocessen, kan metalliskt kisel delas upp i syre-permeabelt metalliskt kisel och icke-syre-permeabelt metalliskt kisel. Dessa två processvägar bestämmer inte bara mikrostrukturen hos kiselmaterialet, utan påverkar också direkt dess fysikaliska och kemiska egenskaper och tillämpningsscenarier.

Syresatt silicon metallavser kiselmaterial som produceras genom att tillföra syre under smältningsprocessen. Genom redoxreaktioner i en uppvärmningsugn (t.ex. Si + O₂ → SiO₂) reagerar syre med råkisel för att bilda ett stabilt kiseldioxidskikt (SiO₂) på ytan.

Denna process förbättrar avlägsnandet av föroreningar (t.ex. järn, aluminium) och resulterar i kisel med en renhet som vanligtvis sträcker sig från 99,5 % till 99,9 %. Ytskiktet av SiO₂ fungerar som en isolator och en korrosionsbeständig-barriär, vilket skiljer det kemiskt och fysiskt från icke-syresatta motsvarigheter.

Icke-syresatt kiselmetall framställs utan avsiktlig införande av syre under bearbetningen. Den behåller en ren kiselstruktur (Si) utan ett ytoxidskikt, vilket leder till högre kemisk reaktivitet. Denna metod används ofta för applikationer med hög-renhet, där kisel kan förädlas ytterligare till 99,9 %–99,9999 % renhet (t.ex. 9N-silikon för halvledare).

Frånvaron av syre möjliggör exakt kontroll av elektrisk ledningsförmåga, vilket gör den kritisk för elektronik och avancerade material.

Strukturellt har kiseldioxidskiktet på ytan av genom-syresatt silikon en stabil kemisk struktur som ger goda isoleringsegenskaper och kemisk stabilitet. Å andra sidan är strukturen hos icke-syresatt kisel relativt mer homogen och har högre kemisk aktivitet.

När det gäller fysikaliska egenskaper är hårdheten och nötningsbeständigheten hos syresatt silikon vanligtvis bättre än hos icke-syresatt silikon på grund av kiseldioxidskiktet på ytan. Den elektriska ledningsförmågan hos icke-syresatt kisel är relativt god.

När det gäller elektriska egenskaper gör de isolerande egenskaperna hos kiseloxiklorid att den används i stor utsträckning vid tillverkning av integrerade kretsar för att effektivt förhindra strömläckage och kortslutningsfenomen-. Icke-peroxygenerat kisel används vanligtvis vid tillverkning av ledande delar i halvledarenheter på grund av dess goda elektriska ledningsförmåga.

Denna distinktion har viktiga konsekvenser för materialtillämpningar. Vid tillverkning av integrerade kretsar är de goda isoleringsegenskaperna och stabiliteten hos genom-syresatt kisel nyckeln för att säkerställa chipprestanda och tillförlitlighet. Däremot gör den höga konduktiviteten hos ooxiderat kisel det viktigt i scenarier där effektiv konduktivitet krävs, såsom i vissa specifika transistorstrukturer.

Den kemiska stabiliteten hos icke-perovskitkisel gör det dessutom möjligt att bibehålla sin prestanda i tuffa miljöer, medan icke-perovskitkisel är mer fördelaktigt i applikationer som kräver mycket hög konduktivitet och relativt goda miljöförhållanden.

Vid produktion av kiselmetall har de två processerna för syresättning och de-syresättning var och en sina egna unika fördelar och är lämpliga för olika produktionsbehov och tillämpningsscenarier.

Mycket effektivt avlägsnande av föroreningar: Syresättningsprocessen kan snabbt och effektivt avlägsna föroreningar som järn och aluminium frånkiselmetallgenom redoxreaktioner. Jämfört med den icke-syrebaserade processen kan effektiviteten för borttagning av föroreningar ökas med 40 %-60 %, vilket gör att kiselrenheten kan nå mer än 99,5 %, vilket lägger grunden för produktion av högkvalitativa kiselmaterial.

Förbättrad produktionseffektivitet: Syre införs i smältningsprocessen, vilket främjar jämn uppvärmning av kiselsmältan och avsevärt förbättrar enhetligheten i ugnstemperaturen. Detta bidrar inte bara till att förkorta smältcykeln med 20 %-30 %, utan förbättrar också utnyttjandegraden av produktionsutrustningen, som är mycket lämplig för storskalig industrialiserad produktion.

Optimering av materialegenskaper: Syresättningsprocessen har en positiv effekt på kiselkroppens kristallstruktur, förbättrar integriteten hos kristallstrukturen och förbättrar på så sätt de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos kislet.

Enkel och lätt att kontrollera: Den syrefria-processen använder kvartssand och träkol som råmaterial för hög-temperaturreduktion, vilket eliminerar behovet av komplexa syretillförsel- och redoxprocesser och förenklar produktionsprocessen med mer än 50 %. Detta gör processen mindre svår att driva och lättare att kontrollera, särskilt lämplig för små-produktion.

Energibesparing och minskning av förbrukningen: Eftersom den syrefria-processen inte förbrukar en stor mängd syre, har den en uppenbar fördel när det gäller energikostnader. Ytterligare utrustning och säkerhetskostnader i samband med användningen av syrgas kan också undvikas.

Enastående potential för hög renhet: icke-syresättningsprocessen har en naturlig fördel vid framställning av hög-ren kiselmetall. Genom fler-destillation, zonsmältning och andra efterföljande reningsmetoder kan kiselns renhet ökas till 99,9 %-99,9999 %, vilket uppfyller de stränga kraven från halvledare, solceller och andra avancerade fält på materialets renhet.

Metallurgisk industri (deoxidation och legering)

Ståltillverkning, gjutning: som ett desoxideringsmedel (såsom ferrokisel, kalciumkiseldioxid-aluminiumkompositdeoxidationsmedel), genom reaktionen mellan kisel och syre för att generera kiseldioxid (SiO₂) för att minska syrehalten i stål, och samtidigt som ett legeringselement för att reglera stålets prestanda (t.ex. för att förbättra hållfastheten).

Gjutjärnsproduktion: används vid graviditetsbehandling, främjar grafitisering, förbättrar de mekaniska egenskaperna hos gjutjärn (som seghet, slitstyrka).

Aluminiumlegeringstillsatser: Kisel Aluminiumlegering som innehåller kiseloxid tillsätts vid aluminiumsmältning för att reglera fluiditeten och styrkan hos aluminiumvätska.

Kemisk industri (beredning av kiselföreningar)

Produktion av natriumsilikat (vattenglas): kvartssand som innehåller kiseloxid används som råmaterial och reageras med kaustiksoda för att producera natriumsilikat, som används vid tillverkning av lim, rengöringsmedel och eldfasta material.

Beredning av silikonmellanprodukter: Raffinering av industriellt kisel genom malmer som innehåller kiseloxid (som kvarts) och syntetisera sedan ytterligare silikonprodukter som silikonolja, silikongummi etc. (men renhetskravet är lägre än för halvledarkisel-).

Eldfasta material och keramik

Eldfasta tegelstenar och ugnsmaterial: Genom att använda egenskaperna hos kiseldioxid (SiO₂) med hög smältpunkt, tillverkar vi hög-temperatur-beständigt eldfast material för användning i metallurgiska ugnar, glasugnar och annan hög-temperaturutrustning.

Keramiska råmaterial: används som en komponent i ämnen eller glasyrer för att förbättra hårdheten och den kemiska stabiliteten hos keramik.

Oxid-frikiselmetall(mycket låg syrehalt, renhet är vanligtvis större än eller lika med 99,9%) används främst inom elektronisk information, ny energi, hög-tillverkning och andra områden som kräver mycket hög renhet.

Höga-legeringar och specialmaterial

Flyg- och rymdlegeringar: Används vid framställning av kiselaluminiumlegeringar med hög -renhet (som flygmotor-komponenter) för att förbättra materialets lätta vikt och korrosionsbeständighet.

Specialkeramik och beläggningar: används som råmaterial för precisionskeramik (t.ex. kiselnitridkeramik) eller för hög-temperaturbeläggningsmaterial (t.ex. silicidbeläggningar för att förbättra metalloxidationsbeständigheten).

Halvledar- och elektronikindustrin

Chipstillverkning: Halvledar-kvalitativt kisel med hög-renhet (renhet på 99,999999999 % eller mer, kallat "9N kisel") görs till kiselskivor genom processen med kristalldragning, skivning, fotolitografi, etc. (CPU-substratet, integrerade kretsar, etc.).

Fotovoltaisk industri (solenergi).

Solpaneler: Högrent polykisel (renhet på 99,999 % eller mer) görs till göt/stavar genom gjutnings- eller kristalldragningsprocesser och skärs till solceller för att omvandla ljusenergi till elektricitet.

Sammanfattningsvis avgör skillnaden mellan syresatt och icke-syresatt kisel, var och en med sina egna unika egenskaper, deras lämplighet inom olika områden och applikationsscenarier, vilket ger en mängd olika val för utvecklingen av den moderna elektronik- och halvledarindustrin.