შევხედოთ ნახევრად ლითონის სილიკონის
სილიკონის ლითონი ნაცრისფერი და მბზინავი ნახევრადგამტარი ლითონია, რომელიც გამოიყენება ფოლადის, მზის უჯრედების და მიკროჩიპის წარმოებისათვის.
სილიკონი არის დედამიწის ქერქის მეორე უმეტესი ელემენტი (მხოლოდ ჟანგბადის უკან) და სამყაროში მერვე ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. სინამდვილეში, დედამიწის ქერქის წონის დაახლოებით 30% შეიძლება მიეცეს სილიციუმს.
ატომური 14-ის ელემენტს ბუნებრივად გვხვდება სილიკატური მინერალები, მათ შორის სილიკა, ფელდსპარი და მიკა, რომლებიც საერთო ქანების ძირითადი კომპონენტებია, როგორიცაა კვარცი და ქვიშაქვა.
ნახევრად ლითონი (ან მეტალურგია ), სილიციუმს გააჩნია ორივე ლითონისა და ლითონების გარკვეული თვისებები.
წყლის მსგავსად, მაგრამ უმეტესი ლითონებისაგან განსხვავებით - სილიკონის კონტრაქტები მის თხევად მდგომარეობაში და აფართოებს როგორც ძლიერდება. მას აქვს შედარებით მაღალი დნობისა და მდუღარე წერტილები, ხოლო კრისტალიზებული ქმნის ალმასის კუბურ კრისტალ სტრუქტურას.
სილიციუმის როლი, როგორც ნახევარგამტარი და მისი გამოყენება ელექტრონულ სისტემაში, არის ელემენტის ატომური სტრუქტურა, რომელიც მოიცავს ოთხ ვალენტულ ელექტრონს, რომელიც საშუალებას იძლევა სილიციუმს სხვა ელემენტებთან კავშირი დაუყოვნებლივ.
თვისებები:
- ატომური სიმბოლო: Si
- ატომური ნომერი: 14
- კატეგორია: Metalloid
- სიმკვრივე: 2.329 გ / სმ 3
- დნობის წერტილი: 2577 ° F (1414 ° C)
- დუღილის წერტილი: 5909 ° F (3265 ° C)
- მოჰის სიმტკიცე: 7
ისტორია:
შვედეთის ქიმიკოსი ჯონს იაკობ ბერზერლიუსი 1823 წელს სილიკონის პირველი იზოლაციით სარგებლობს. ბერზერლიუსმა დაამკვიდრა ეს კალიუმის ფლუოროზილიკატის ერთად კედლის მეტალის კალიუმის (რომელიც მხოლოდ ათი წლის წინ იყო იზოლირებული).
შედეგი იყო ამორფული სილიციუმი.
თუმცა კრისტალური სილიკონის გაკეთება საჭიროა მეტი დრო. კრისტალური სილიკონის ელექტროლიტური ნიმუში არ შეიძლება გაკეთდეს კიდევ სამი ათეული წლის განმავლობაში.
სილიკონის პირველი კომერციალიზებული გამოყენება იყო ფეროსილიკონის სახით.
ჰენრი ბესემერის მიერ მე -19 საუკუნის შუა რიცხვებში მეტალურგიული ინდუსტრიის მოდერნიზების შემდეგ, მეტალურგიული და ფოლადის მეტალურგიულ კვლევებში დიდი ინტერესი იყო.
1880-იან წლებში ფეროსილიკონის პირველი სამრეწველო წარმოების დროს, სილიციუმის მნიშვნელობას კარგად იცნობდა ღორის რკინისა და დეოქსიდაზირების ფოლადის დუღილის გაუმჯობესება.
ფეროსილიკონის ადრეული წარმოება მოხდა აფეთქების ღუმელში სილიკონის შემცველი მადნების შემცირებით, რასაც ვერცხლისფერი ღორის რკინა, ფეროსილიკონი 20 პროცენტიანი სილიციუმის შემცველობა.
მე -20 საუკუნის დასაწყისში ელექტრული რკინის ღუმელების განვითარება არა მარტო უფრო მეტ ფოლადის წარმოებას , არამედ უფრო ფეროსილიკონის წარმოებას აძლევდა.
1903 წელს, ფეროშენადნობის სპეციალობამ (Compagnie Generate d'Electrochimie) გერმანიაში, საფრანგეთსა და ავსტრიაში დაიწყო ოპერაციები და 1907 წელს აშშ-ში პირველი კომერციული სილიკონის ქარხანა დაფუძნდა.
Steelmaking არ იყო ერთადერთი განაცხადი სილიკონის ნაერთების კომერციალიზებული მე -19 საუკუნის ბოლომდე.
1890 წელს ხელოვნური ბრილიანტების დამზადება ედვარდ გუდრიხ აიჩონმა გააცხადა ალუმინის სილიკატი ფხვნილი კოკეკით და სილიკონის კარბიდი (SiC).
სამი წლის შემდეგ აჩონონმა დააპროექტა თავისი წარმოების მეთოდი და დააფუძნა კარბორდუმური კომპანია (კარბორდუმი, როგორც სილიკონის კარბიდის საერთო სახელი), რომელიც აბრაზიული პროდუქციის დამზადებისა და გაყიდვის მიზნით.
მე -20 საუკუნის დასაწყისშივე, რეალიზებულია სილიციუმის კარბიდის კონცეპტუალური თვისებები, ხოლო ნაერთმა გამოიყენა როგორც დეტექტივი გემების ადრეულ რადიოებში. 1906 წელს GW Pickard- სთვის მიენიჭა სილიკონის კრისტალური დეტექტორების პატენტი.
1907 წელს, პირველი სინათლის დიოდური დიამეტრი (LED) შეიქმნა ძაბვის კარბიდის კრისტალზე.
1930-იან წლებში სილიკონის გამოყენება ახალი ქიმიური პროდუქტების განვითარებასთან ერთად გაიზარდა, მათ შორის silanes და silicones.
გასული საუკუნის მანძილზე ელექტრონიკის ზრდა ასევე განუწყვეტლივ უკავშირდება სილიციუმს და მის უნიკალურ თვისებებს.
მიუხედავად იმისა, რომ პირველი ტრანზისტების შექმნა - თანამედროვე მიკროჩიპის წინამორბედები - 1940 წელს გერმონიუმზე იყო დამოკიდებული, ცოტა ხნით ადრე არ იყო სილიციუმის შემცვლელი მისი მეტალურგიური ბიძაშვილი, როგორც უფრო მტკიცე სუბსტრატის ნახევარგამტარული მასალა.
ბელი ლაბორატორიები და ტეხასის ინსტრუმენტები 1954 წელს კომერციულად წარმოიქმნა სილიციუმის ბაზაზე მომუშავე ტრანზისტორი.
პირველი სილიკონის ინტეგრირებული სქემები გაკეთდა 1960-იან წლებში და 1970 წლამდე შემუშავდა სილიციუმის შემცველი პროცესორები.
იმის გათვალისწინებით, რომ სილიციუმის დაფუძნებული ნახევარგამტარული ტექნოლოგია თანამედროვე ელექტრონიკისა და კომპიუტერის ხერხემალს ქმნის, არ უნდა იყოს გასაკვირი, რომ ამ ინდუსტრიის საქმიანობა "სილიკონის ველის" საქმიანობას ეხება.
(სილიკონის ველისა და მიკროჩიპის ტექნოლოგიის ისტორიისა და განვითარების დეტალური შესწავლისთვის მაღალ რეკომენდაციას ვუწვდი ამერიკული გამოცდილების დოკუმენტურ ფილმს "სილიკონის ველი").
ცოტა ხნის შემდეგ, პირველი ტრანზისტების გამოვლენა, ბელი ლაბორატორიების მუშაობა სილიკონთან ერთად 1954 წელს მეორე მნიშვნელოვანი გარღვევა იყო: პირველი სილიკონის ფოტოვეოლტი (მზის) საკანში.
მანამდე კი, მზისგან ენერგეტიკის გააზრების აზრი დედამიწაზე ძალაუფლების შექმნას ითვლებოდა. მაგრამ ოთხი წლის შემდეგ, 1958 წელს, პირველი სატელიტი, რომელსაც სილიციუმის მზის უჯრედები იკავებდნენ, დედამიწის ორბიტაზე იმყოფებოდა.
1970-იან წლებში მზის ტექნოლოგიების კომერციულმა განაცხადებმა გაიზარდა მიწისზედა განაცხადები, როგორიცაა ოფშორული ნავთობგადამამუშავებელი და სარკინიგზო გადასასვლელების განათება.
გასული ორი ათწლეულის მანძილზე მზის ენერგიის გამოყენება ექსპონენტურად გაიზარდა. დღეს, სილიკონის დაფუძნებული photovoltaic ტექნოლოგიების ანგარიშზე დაახლოებით 90 პროცენტი გლობალური მზის ენერგიის ბაზარზე.
წარმოება:
ყოველწლიურად დახვეწილი სილიკონის უმრავლესობა - დაახლოებით 80 პროცენტი - დამზადებულია როგორც ფეროსილიკონი რკინისა და ფოლადის წარმოებაში . Ferrosilicon შეიძლება შეიცავდეს სადმე შორის 15 და 90 პროცენტი სილიკონის დამოკიდებულია მოთხოვნებს smelter.
რკინისა და სილიკონის შენადნობი დამზადებულია წყალქვეშა ღორღის გამოყენებით ღრძილების შემცირების გზით. Silica მდიდარი მადნისა და ნახშირბადის წყაროს, როგორიცაა coking coal (მეტალურგიული ქვანახშირის) გაანადგურა და დატვირთული შევიდა ღუმელი ერთად ჯართის რკინის.
ტემპერატურის პირობებში 1900 ° C (3450 ° F), ნახშირბადის რეაქციები ჟანგბადში წარმოქმნიან მადნის წარმოქმნას, ნახშირბადის მონოქსიდის გაზის წარმოქმნას. დარჩენილი რკინა და სილიკონი, იმავდროულად, კომბინირებას, რათა მოხდეს molten ferrosilicon, რომელიც შეიძლება შეგროვებული მიერ ფილების ბაზა ღუმელის.
ერთხელ გაცივებული და გამაგრებული, ferrosilicon შეიძლება შემდეგ გაიგზავნება და გამოიყენება უშუალოდ რკინის და ფოლადის წარმოება.
იგივე მეთოდი, რკინის ჩართვის გარეშე, გამოიყენება მეტალურგიული ხარისხის სილიკონის წარმოებისთვის, რომელიც 99% -ზე მეტ სუფთაა. მეტალურგიული სილიციუმი გამოიყენება ფოლადის დნობის, აგრეთვე ალუმინის მსახიობის შენადნობებისა და საიუველირო ქიმიკატების წარმოებაში.
მეტალურგიული სილიციუმი კლასიფიცირებულია რკინის, ალუმინის და კალციუმის უჟანგავი დონის მიხედვით. მაგალითად, 553 სილიკონის ლითონი შეიცავს რკინისა და ალუმინის არანაკლებ 0.5 პროცენტს, ხოლო კალციუმის 0.3 პროცენტით ნაკლები.
ყოველწლიურად ყოველწლიურად 8 მილიონი მეტრი ტონა ფეროსილიკონი წარმოიქმნება, ჩინეთთან დაახლოებით 70 პროცენტია. მსხვილი მწარმოებლები მოიცავს ერდოზ მეტალურგის ჯგუფს, ნინგსია რონენსგერ ფერორალის, ჯგუფი OM მასალებს და ელკემს.
მეტალურგიული სილიციუმის დამატებით 2.6 მილიონი მეტრიანი ტონა ან მთლიანად დახვეწილი სილიციუმის ლითონის 20% იწარმოება ყოველწლიურად. ჩინეთი, კიდევ ერთხელ, დაახლოებით 80 პროცენტი ამ გამომავალი.
სიურპრიზი ბევრად არის ის, რომ სილიკონის მზისა და ელექტრონული კლასების რაოდენობა მხოლოდ დახარჯული სილიკონის წარმოების მცირე ოდენობით (არანაკლებ 2 პროცენტით).
მზის ხარისხის სილიკონის ლითონის (პოლიცილინის) განახლება, სისუფთავე უნდა გაიზარდოს 99.9999% (6N) სუფთა სილიკონის ზემოთ. ეს კეთდება ერთ-ერთი სამი მეთოდის მეშვეობით, ყველაზე გავრცელებულია Siemens- ის პროცესი.
Siemens პროცესი მოიცავს ქიმიური ორთქლის დეპონირებას არასტაბილურ გაზს, რომელიც ცნობილია როგორც ტრიქლოროზილიანი. 1150 ° C (2102 ° F) trichlorosilane აფეთქდა მეტი მაღალი სისუფთავის სილიკონის თესლი დამონტაჟებული დასასრულს როდ. როგორც ეს გადის, მაღალი სიწმინდეს სილიკონი გაზიდან დეპონირდება სათესლეში.
ასევე, გამოიყენება მეტალურგიული ტექნოლოგიის სხივური ტექნოლოგია (FBR) და განახლებული მეტალურგიული გრავიტაციული ტექნოლოგია, ასევე ლითონის გაზრდისათვის პოლიოლიკონისთვის, რომელიც განკუთვნილია photovoltaic ინდუსტრიისათვის.
230,000 მეტრულ ტონს პოლიციილიონი დამზადდა 2013 წელს. წამყვანი მწარმოებლები შედიან GCL Poly, Wacker-Chemie და OCI.
საბოლოოდ, ნახევარგამტარული მრეწველობისა და გარკვეული photovoltaic ტექნოლოგიებისთვის განკუთვნილი ელექტრონიკის კლასის სილიკონის შესაქმნელად, პოლიციილიონი უნდა მოაქციოს ულტრა სუფთა monocrystal silicon მეშვეობით Czochralski პროცესი.
ამისათვის polysilicon მდნარია 1425 ° C (2597 ° F) ინერტული ატმოსფეროში. როდ დამონტაჟებულია სათესლე კრისტალი, შემდეგ გაჟღენთილი ლითონისა და ნელა მოძრავი და ამოღებულ, თესლის მასალაზე იზრდება სილიკონის დრო.
შედეგად მიღებული პროდუქტი წარმოადგენს კრისტალური სილიკონის ლითონის როდს (ან ბუეს), რომელიც შეიძლება იყოს როგორც მაღალი 99.999999999 (11N) პროცენტული სუფთა. ეს როდ შეიძლება იყოს ბარონური ან ფოსფორის მქონე დოზით, საჭიროების შემთხვევაში საჭიროა კვანტური მექანიკური თვისებების შესამოწმებლად.
მონოკრისტალიანი როდ შეიძლება გაიგზავნოს კლიენტებზე, როგორც ეს არის ან შეფუთული ხდება ვაფერს და სპეციფიური მომხმარებლებისთვის გაპრიალებული ან ტექსტურირებული.
პროგრამები:
მიუხედავად იმისა, რომ დაახლოებით 10 მილიონი ტონა ფეროსილიკონი და სილიკონის ლითონი დახვეწილია, სილიკონის უმრავლესობა კომერციულად გამოიყენება სილიციუმის მინერალების სახით, რომლებიც გამოიყენება ცემენტის, ნაღმტყორცნებითა და კერამიკისგან, მინისა და პოლიმერები.
ფეროსილიკონი, როგორც აღინიშნა, არის მეტალის სილიციუმის ყველაზე ხშირად გამოყენებული ფორმა. მას შემდეგ, რაც მისი პირველი გამოყენება დაახლოებით 150 წლის წინ, ფეროსილიკონი დარჩა მნიშვნელოვანი დეოქსიდირების აგენტი წარმოების ნახშირბადის და ფოლადის . დღეს, ფოლადის დნობის რჩება უმსხვილესი მომხმარებელი ferrosilicon.
Ferrosilicon აქვს მთელი რიგი მიზნებისათვის steelmaking, თუმცა. მაგნიუმის ფეროსილიკონის წარმოებისას წინასწარ შენადნობი, ნოდულიზატორი გამოიყენება დუღილის რკინის წარმოებისას, ასევე Pidgeon- ის პროცესში, მაღალი სისუფთავის მაგნიუმის შესამცირებლად.
Ferrosilicon ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, რათა სითბოს და კოროზიის მდგრადი ფერადი სილიციუმის შენადნობები, ასევე სილიკონის ფოლადი, რომელიც გამოიყენება ელექტრომოტორებისა და სატრანსფორმატორო ბირთვების წარმოებაში.
მეტალურგიული სილიკონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფოლადის წარმოებაში და ალუმინის აცილების შენადნობის აგენტი. ალუმინი-სილიკონი (ალ-სიი) მსუბუქი ნაწილები მსუბუქი და ძლიერია, ვიდრე კომპონენტები სუფთა ალუმინისგან. ავტომობილების ნაწილები, როგორიცაა ძრავის ბლოკები და საბურავი ჩარჩოები ზოგიერთი ყველაზე გავრცელებული ალუმინის სილიკონის ნაწილები.
ყველა მეტალურგიული სილიციუმის თითქმის ნახევარი გამოიყენება ქიმიური მრეწველობისთვის, რათა მოხდეს სილიკა (სუსტი აგენტი და დესციკანტი), silanes (coupling agent) და სილიკონის (sealants, ადჰეზივები და საპოხი მასალები).
ფოტომოოლტაციური კლასის პოლიცილიონი ძირითადად გამოიყენება პოლიციილინის მზის უჯრედების დამზადებაში. დაახლოებით 5 ტონა პოლისილიკონი საჭიროა მზის მოდულების ერთი მეგავატი.
ამჟამად პოლციკლინის მზის ტექნოლოგია გლობალურ დონეზე წარმოქმნილი მზის ენერგიის ნახევარზე მეტია, ხოლო მონოციკლონური ტექნოლოგია დაახლოებით 35 პროცენტს შეადგენს. საერთო ჯამში, ადამიანის მიერ გამოყენებული მზის ენერგიის 90 პროცენტი აგროვებს სილიციურ ტექნოლოგიას.
Monocrystal სილიციუმი ასევე თანამედროვე ელექტრონიკაში ნაპოვნი კრიტიკული ნახევარგამტარული მასალაა. როგორც საველე ეფექტის ტრანზისტორების (FETs), LED- ებისა და ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში გამოყენებული სუბსტრატის მასალა, სილიკონის პოვნა შესაძლებელია პრაქტიკულად ყველა კომპიუტერის, მობილური ტელეფონების, ტაბლეტების, ტელევიზიების, რადიოების და სხვა თანამედროვე საკომუნიკაციო მოწყობილობებში.
სავარაუდოა, რომ ყველა ელექტრონული მოწყობილობის ერთი მესამედი შეიცავს სილიციუმის დაფუძნებულ ნახევარგამტარული ტექნოლოგიას.
საბოლოოდ, რთული დისკები სილიკონის კარბიდი გამოიყენება სხვადასხვა ელექტრონული და არა ელექტრონული პროგრამებით, მათ შორის სინთეზური სამკაულები, მაღალი ტემპერატურის ნახევარგამტარები, მძიმე კერამიკა, ჭრის ინსტრუმენტები, სამუხრუჭე დისკი, აბრაზივები, ტყვიაგაუმტარი ჟილეტები და გათბობის ელემენტები.
წყაროები:
მოკლე ისტორია ფოლადის შენადნობთა და ფეროშენადნობების წარმოება.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
ჰოლოპა, ლური და სექპო ლენჰენკლიპი. അഴി
როლი Ferroalloys in Steelmaking. 9-13 ივნისი, 2013. მე -13 საერთაშორისო ფეროშენადნობთა კონგრესი. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
დაიცავით Terence on Google+