Hva er forskjellen mellom silisiummetall med oksygen og uten oksygen

Metallisk silisium er et silisiummateriale med en renhet på opptil 99,999 %. Som kjernegrunnmaterialet i moderne industri er det mye brukt i banebrytende felter som for eksempel solceller, halvledere og integrerte kretser.

I industriell produksjon, avhengig av om oksygen introduseres under smelteprosessen, kan metallisk silisium deles inn i oksygen-permeabelt metallisk silisium og ikke-oksygen-permeabelt metallisk silisium. Disse to prosessveiene bestemmer ikke bare mikrostrukturen til silisiummaterialet, men påvirker også direkte dets fysiske og kjemiske egenskaper og bruksscenarier.

Oksygenert sikonmetallrefererer til silisiummaterialer produsert ved å introdusere oksygen under smelteprosessen. Gjennom redoksreaksjoner i en oppvarmingsovn (f.eks. Si + O₂ → SiO₂), reagerer oksygen med råsilisium for å danne et stabilt silisiumdioksyd (SiO₂)-lag på overflaten.

Denne prosessen forbedrer fjerning av urenheter (f.eks. jern, aluminium) og resulterer i silisium med en renhet som vanligvis varierer fra 99,5 % til 99,9 %. Overflate-SiO₂-laget fungerer som en isolator og korrosjonsbestandig-barriere, og skiller det kjemisk og fysisk fra ikke--oksygenerte motstykker.

Ikke-oksygenert silisiummetall produseres uten tilsiktet oksygeninnføring under prosessering. Den beholder en ren silisiumstruktur (Si) uten et overflateoksidlag, noe som fører til høyere kjemisk reaktivitet. Denne metoden brukes ofte for applikasjoner med høy-renhet, hvor silisium kan raffineres ytterligere til 99,9 %–99,9999 % renhet (f.eks. 9N-silisium for halvledere).

Fraværet av oksygen muliggjør nøyaktig kontroll av elektrisk ledningsevne, noe som gjør den kritisk for elektronikk og avanserte materialer.

Strukturelt har silisiumdioksidlaget på overflaten av gjennom-oksygenert silikon en stabil kjemisk struktur som gir gode isolasjonsegenskaper og kjemisk stabilitet. På den annen side er strukturen til ikke-oksygenert silisium relativt mer homogen og har høyere kjemisk aktivitet.

Når det gjelder fysiske egenskaper, er hardheten og slitestyrken til oksygenert silikon vanligvis bedre enn for ikke-oksygenert silikon på grunn av silisiumdioksydlaget på overflaten. Den elektriske ledningsevnen til ikke-oksygenert silisium er relativt god.

Når det gjelder elektriske egenskaper, gjør de isolerende egenskapene til silisiumoksyklorid det mye brukt i produksjon av integrerte kretser for effektivt å forhindre strømlekkasje og kortslutningsfenomener. Ikke-peroksygenert silisium brukes ofte til fremstilling av ledende deler i halvlederenheter på grunn av dets gode elektriske ledningsevne.

Dette skillet har viktige implikasjoner for materialapplikasjoner. Ved produksjon av integrerte kretser er de gode isolasjonsegenskapene og stabiliteten til gjennom-oksygenert silisium nøkkelen til å sikre brikkeytelse og pålitelighet. I motsetning til dette gjør den høye ledningsevnen til uoksidert silisium det viktig i scenarier der effektiv ledningsevne er nødvendig, for eksempel i visse spesifikke transistorstrukturer.

I tillegg gjør den kjemiske stabiliteten til ikke-perovskittsilisium det mulig å opprettholde ytelsen i tøffe miljøer, mens ikke-perovskittsilisium er mer fordelaktig i applikasjoner som krever svært høy ledningsevne og relativt gode miljøforhold.

Ved produksjon av silisiummetall har de to prosessene med oksygenering og av{0}}oksygenering hver sine unike fordeler og er egnet for ulike produksjonsbehov og bruksscenarier.

Svært effektiv fjerning av urenheter: Oksygeneringsprosessen kan raskt og effektivt fjerne urenheter som jern og aluminium frasilisiummetallgjennom redoksreaksjoner. Sammenlignet med den ikke-oksygenerte prosessen, kan effektiviteten til fjerning av urenheter økes med 40 %-60 %, noe som gjør at silisiumrenheten kan nå mer enn 99,5 %, noe som legger grunnlaget for produksjon av høykvalitets silisiummaterialer.

Forbedret produksjonseffektivitet: Oksygen introduseres i smelteprosessen, noe som fremmer jevn oppvarming av silisiumsmelten og forbedrer jevnheten til ovnstemperaturen betydelig. Dette bidrar ikke bare til å forkorte smeltesyklusen med 20 %-30 %, men forbedrer også utnyttelsesgraden av produksjonsutstyret, som er svært egnet for storskala industrialisert produksjon.

Optimalisering av materialegenskaper: Oksygeneringsprosessen har en positiv effekt på krystallstrukturen til silisiumlegemet, forbedrer integriteten til krystallstrukturen og forbedrer dermed de fysiske og kjemiske egenskapene til silisiumet.

Enkel og lett å kontrollere: Den oksygen-frie prosessen bruker kvartssand og trekull som råmateriale for høy-temperaturreduksjon, og eliminerer behovet for komplekse oksygentilførsels- og redoksprosesser og forenkler produksjonsprosessen med mer enn 50 %. Dette gjør prosessen mindre vanskelig å betjene og enklere å kontrollere, spesielt egnet for små-produksjon.

Energisparing og forbruksreduksjon: Siden den oksygenfrie-prosessen ikke bruker store mengder oksygen, har den en åpenbar fordel når det gjelder energikostnader. Ekstra utstyr og sikkerhetskostnader knyttet til bruk av oksygen kan også unngås.

Enestående potensial for høy renhet: Ikke-oksygeneringsprosessen har en naturlig fordel ved fremstilling av silisiummetall med høy-renhet. Gjennom fler-destillasjon, sonesmelting og andre påfølgende rensemidler kan renheten til silisium økes til 99,9 %-99,9999 %, noe som oppfyller de strenge kravene til halvledere, solcelleanlegg og andre avanserte felt for materialets renhet.

Metallurgisk industri (deoksidering og legering)

Stålproduksjon, støping: som et deoksideringsmiddel (som ferrosilisium, kalsiumsilika-aluminiumkomposittdeoksideringsmiddel), gjennom reaksjonen mellom silisium og oksygen for å generere silisiumdioksid (SiO₂) for å redusere oksygeninnholdet i stål, og samtidig som et legeringselement for å regulere ytelsen til stål (som for å forbedre hardheten).

Støpejernsproduksjon: brukes i graviditetsbehandling, fremme grafitisering, forbedre de mekaniske egenskapene til støpejern (som seighet, slitestyrke).

Tilsetningsstoffer i aluminiumslegering: Silisium Aluminiumslegering som inneholder silisiumoksid tilsettes i aluminiumssmelting for å regulere fluiditeten og styrken til aluminiumsvæsken.

Kjemisk industri (fremstilling av silisiumforbindelser)

Produksjon av natriumsilikat (vannglass): kvartssand som inneholder silisiumoksid brukes som råmateriale og reagerte med kaustisk soda for å produsere natriumsilikat, som brukes til fremstilling av lim, vaskemidler og ildfaste materialer.

Fremstilling av silikonmellomprodukter: Raffinering av industrisilisium gjennom malmer som inneholder silisiumoksid (som kvarts), og deretter syntetisere silikonprodukter som silikonolje, silikongummi osv. (men renhetskravet er lavere enn for halvledersilisium av -kvalitet).

Ildfaste materialer og keramikk

Ildfaste murstein og ovnsmaterialer: Ved å utnytte egenskapene til silisiumdioksid (SiO₂) med høyt smeltepunkt, produserer vi høy-temperatur-bestandig ildfast materiale for bruk i metallurgiske ovner, glassovner og annet høy-temperaturutstyr.

Keramiske råvarer: brukes som en komponent av emner eller glasurer for å forbedre hardheten og den kjemiske stabiliteten til keramikk.

Oksyd-frisilisiummetall(svært lavt oksygeninnhold, renhet er vanligvis større enn eller lik 99,9%) brukes hovedsakelig innen elektronisk informasjon, ny energi, høy-produksjon og andre felt som krever svært høy renhet.

Høy-legeringer og spesialmaterialer

Luftfartslegeringer: Brukes til fremstilling av høy-renhet av silisiumaluminiumslegeringer (som fly-motorkomponenter), for å forbedre materialets lette vekt og korrosjonsbestandighet.

Spesialkeramikk og belegg: brukes som råmateriale for presisjonskeramikk (f.eks. silisiumnitridkeramikk) eller for belegningsmaterialer med høy-temperatur (f.eks. silicidbelegg for å forbedre metalloksidasjonsmotstanden).

Halvleder- og elektronikkindustrien

Brikkeproduksjon: Halvleder-kvalitets silisium med høy-renhet (renhet på 99,999999999 % eller mer, referert til som "9N silisium") lages til silisiumskiver ved prosessen med krystalltrekking, skjæring, fotolitografi, etc., som er kjernen for minnekretser, etc. (CPU)

Fotovoltaisk (solenergi) industri

Solcellepaneler: Svært rent polysilisium (renhet på 99,999 % eller mer) lages til ingots/staver gjennom støpe- eller krystalltrekkeprosesser, og kuttes til fotovoltaiske celler for å konvertere lysenergi til elektrisitet.

Avslutningsvis bestemmer forskjellen mellom oksygenert og uoksygenert silisium, hver med sine egne unike egenskaper, deres egnethet i forskjellige felt og bruksscenarier, og gir en rekke valgmuligheter for utviklingen av den moderne elektronikk- og halvlederindustrien.