Fighjatu à u silicuu semi-metallu
U metalicu di siliciu hè un metallo grigio è bellu conductu semi-conductiu chì si usa à fabricà l'azzaru, i celluli solari è i microchips.
U siliceu hè u sicondu u più abundante elementu in a crosta di a terra (dopu à l'ossigenu) è l'ottu l'elementu più cumuni in l'universu. In fattu, quasi 30 per centu di u pesu di a tarra di a terra pò esse attribuita à u silicuu.
L'elementu cun u numaru atomicu 14 si passa naturale in i minerali di silicate, cumpresa a silica, a feldspar è a mica, chì sò cumpunenti principali di e rocci cumuni è di quartz.
Un semi-metale (o metalloide ), u silicu possa pruprietà di e metalli è di non metalli.
Cum'è l'acqua - ma a diversità di a maiò parte di metalli - i cuntratti di siliciu in u so statutu liquidu è si sparse cum'è sulificeghja. Ci hè un puntu di melting e fattore relativamente altu, è quandu si cristalizeghja una struttura di crystal cubic diamond.
A critica di u rolu di silicuu cum'è un semicundatore è u so usu in l'elettronica hè a struttura atomica di l'elementu, chì include quatre electroni di valenza chì permettenu à u silicu per vende cù altre elementi pronto.
Proprietà:
- U simbulu atomicu: Si
- Atomic Number: 14
- Elementu Category: Metaloide
- Densità: 2.329 g / cm3
- U Melting Point: 2577 ° F (1414 ° C)
- Punt d'ebbulenza: 5909 ° F (3265 ° C)
- Moh's Durezza: 7
Storia:
U químicu suoccu Jons Jacob Berzerlius hè accreditatu da u primu silicu in siluettante in u 1823. Berzerlius hà rializatu quessu per calascià u putassiu metallicu (chì era avutu solu smariscentata una decada prima) in un prugettu è di fluorosilicatà di potassiu.
U risultatu hè siliceu amorfu.
Hè u siliziu cristalinu, necessariu più tempu. Un dispusitivu elettroliticu di silicium cristallinu ùn hè micca fatta per altru trè anni.
U primu ughjettu cummercializatu di siliciu era in furma di ferrosiliu.
Dopu a mudernizazione di Henry Bessemer di a industria di l'acciaia in a mezza di u XIX seculu, ci era grande interessu in a metallurgia di l' acciau è a ricerca in tecniche di acciau .
Quandu i tempi di a prima produzione industriale di ferrosiliu in l'anni 1880, l'impurtanza di u silicuu in a ductilità in a ferraghju è l'azzaru deoxidizante era bellu entende.
A produzzione anticipata di ferrosiliciu hè stata fatta in blast furnaces, à riduzzione di i minori di silici chì cuntenenu u carbugno, chì risultatu a ferru di pigmentu prussianu, un ferrosiliciu cun un 20 percentile di cuntenutu siliciè.
U sviluppu di i furnuti di l'arcu elettricu à l'iniziu di u XXu seculu permette micca solu a più di produzzioni d'altru , ma dinò di più pruduzzioni di ferrosili.
In u 1903, un gruppu specializatu per fà a ferroallia (Compagnie Generate d'Electrochimie) accuminzò in opera in Germania, Francia è Austria è, in u 1907, a prima pratica di siliciu cummerciale in i Stati Uniti.
L'impurtante ùn hè micca l'unica applicazioni per i compiti di silicium cummercializatu prima di a fine di u XIX sèculu.
Per pruduce diamanti artificiali in u 1890, Edward Goodrich Acheson calinnati l'aluminium silicate cun cunfruitu di coke è u carburate di silicuri (SiC).
Trè anni dopu Acheson avia patentatu u so metudu pruduttu è fundatu Carborundum Company (carborundum chì era u nomu cumuni di carbutu di siliciu à u mumentu) per u scopu di fabricà è vende parechji prodotti abrasivi.
À u principiu di u XXu seculu, i pruduzzioni cunnuttivi di carbide di siliciu era ancu realizatu, è u compostu hè stata utilizata com'è detector in radichi di vanzini anticipi. Una patene di i detecturi di cristalli di siliciu fù garantitu à GW Pickard in u 1906.
In u 1907, u primu diode emissione di luci (LED) hè stata creata da applicà a volta à un caratteru di carbutu di silicium.
À u 1930 l'usu di siliciu criscinu cun u sviluppu di novi prudutti chjuchi, inclusi i silani è siliconi.
U criscamentu di l'elettronnica nantu à u seculu passatu hè statu ancu intigrata à u silicu è e so proprietà unichi.
Mentre a creazione di i primi transistorsi - i precursori à i microchipi muderni - in i 1940 inviani à u germanioni , era micca longu chì u silicuu supplimenta u so prima prima metalloide cum'è un materiale di semicuttuttricu substratu più lastu.
Bell Labs è Texas Instruments nizzianu commercially producendu transistorsi di silici in u 1954.
I primi circuiti integrati di siliciu anu fattu in i 1960 è, in l'anni di u 1970, i prucessori chì eranu silici sò stati sviluppati.
Dognu chì a tecnulugia di semicuttutturi basati in silicium forma a spina di l'elettronica muderna è l'informatica, ùn deve esse micca surprisa chì si referendu à u centru di l'attività per questa industria chì hè «Silicon Valley».
(Per una manera precisa di a storia è di u sviluppu di Silicon Valley è a tecnulugia di microchip, ricumenate assai u documentale di l'Esperienza americana chjamata Silicon Valley).
Dopu à settimane di i primi transistorsi, u travagliu di Bell Labs cun u silicuu purtatu à un secunimu avventu principalu in u 1954: U primu silicu fotovoltaic (solar) cell.
Prima di questu, u pensamentu di sfruttamentu l'energia da u sole per creà u putere nantu à a terra era cunvinta impositu da a maiò. Ma solu à quattru anni dopu, in u 1958, u primu satellita chì hè accumpulatu da i cìruli di u siliciu orbitava a terra.
In l'anni 1970, l'appruvisazioni cummerciale per e tecnulugii solidi avianu crescutu à l'applicazioni terre, cumu di l'illuminazione induvente nantu à i rigioni petroliferi offshore è i ferroviari.
In l'annu passatu duie settimane, l'usu di l'energia solitaria hà creatu exponencialmente. Oghje, e tecnulugii fotovoltaichi basati in silici per u 90% di u mercatu di l'energia di u solar.
Pruduzione:
A maiuranza di siliciu refinatu ogni annu - circa 80 per centu - hè un pruduttu cum'è ferrosiliu di l'usu di u ferru è di l' acciaio . U ferrosiliunione possa alcunu entre u 15 à u 90 percent silicuu secondu i reguli di u fundatore.
L' alea di ferru è siliciu hè pruduttu usendu un foglie arc furnutu sottunizutu per riduzzione. U ricche di rinu Silica è una fonte di carbone cumu u carbone di coque (carbone metallurgicu) hè struitu è impastatu in u furnace cù ferita.
À i tempuri nantu à 1900 ° C (3450 ° F), u carbone résision cù l'ossigenu presente in u minerale, furmendu gasu di monossidu di carbonu. U silenziu restante di u ferru è u silicuu, invece, fugliate per fà u ferrosiliu fussu, chì pò esse riaccettati cù tappendu a basa di u furnace.
Una volta fretu è enduitatu, u ferrosiliu pò esse mandatu è utilitatu direttamente in ferru di u ferru di l'azzaru.
U stessu metudu, senza l'inkluzioni di ferru, hè stata utilizata per pruduce silicuri metallurgica chì hè più grande di u 99% pura. U silizio metallurgicu hè ancu usatu in a fundazioni d'altru, è dinò a fabricazione di aliatu di aluminiu è ligne di silanus.
U silicuu metalurugue hè classificatu da i prucessi di impurità di ferru, aluminiu è calcium prisenti in l'alea. Per esempiu, 553 metalli siliciali cuntene menosu 0.5% di ogni ferru è l'aluminiu, è menu di 0.3 per centu calciu.
Circa 8 miliuni di tunnillati metrichi di ferrosiliu è pruduttu annu annu solu cù a Cina chì conta per u 70% da questu totalità. I prudutti di grande producture sò Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Gruppo Material OM è Elkem.
Un altru 2.6 miliuni di tunnillati metrici di silici metallurgicu - o circa 20 per centu di u metallo di siliciu raffinatu totali - hè stata annunziata. Cina, una volta, cuntene un 80 per centu di sta risposta.
Una sorpresa per parechji hè chì i prudutti sòliti è elettronii di silicium cuntenu per una piccula cantata (menu di u dos percentuali) di tutti i pruduzzioni di silicium raffinati.
Per aghjurnà à u siliceu di u siliziu solidu (polisilicon), a purità deve aumentà di u 99.9999% (6N) u silicuu pura. Questu hè fatta via un di trè mètudi, u più cumuni essendu u prucessu di Siemens.
U Processu Siemens implica a deposizioni di vaporificazione chimica di un gasi volatile conocida comu trichlorosilane. À 1150 ° C (2102 ° F) u trichlorosilane hè sopra à una sillabba di siliciu di alta purezza à a fini di una vara. Quandu si passa, silizio alta purezza da u gasu hè dipositu nantu à a sumente.
U reattore di lattice fluidu (FBR) è a tecnulugia di silicuri di u gradu di metallurgia (UMG) hè ancu utilizatu per rinforza u metale à polisilicu adattatu per a industria fotovoltaica.
230,000 metisezza di polisiliconi foru produtti in u 2013. I pruduttori principali includenu GCL Poly, Wacker-Chemie è OCI.
Finalmente, per fà un silicuèmpiu di l'uspidurariu adattatu per a industria di semiconductor è certi tecnulugii fotovoltaichi, u polysilicu deve esse cunvertitu in un silicu monocrisu ultra puru per u Procacciu Czochralski.
Per fà questu, u polysiliciu hè fundo in un crucible à 1425 ° C (2597 ° F) in una atmosfera inerta. Un canna di muntagnera à munzieddu hè di moltu di u metallu frenu è hà fattu scuperta rotta è sguassata, dà tempu per u silicu per crecià nantu à a materia di a sementa.
U prodottu resultanti hè un bastilla (o boule) di u metalu di silicuru cristaline chì pò esse altu cum'è 99.999999999 (11N) per centu pura. Questa vela pò esse dovutu cù boru o fosforu quantu esse precisione per sullivati i propietati mecànichi quant'è quantità.
U vinu monocasco pò esse mandati per i clienti cum'è questu, o in issi longhi in puliggi e puliti o texturizati per usu d'utilizatori specifichi.
Appricazzioni:
Mentri à quasi deci millioni di tunnillati metrichi di ferrosiliu è silicu metalicatu sò rifinati ogni annu, a maiuranza di silicium usata commercially hè in forma di minerali di silicium, chì sò in a fabbricazione di tutte di cimentu, murtagliu è ceramica, di vetru è polimeri.
A ferrosiliunione, com'è nutata, hè a forma più cumune di u silicuu metallicu. Duoppu a so primu usu di circa 150 anni fa, ferrosiliu hè statu un agentu d'esedizzioni impurtante in a pruduzzioni di carbone è d' acciaio inox . Oghje, a fundazione in l'acciau ferma u più grande cunsumatori di ferrosiliu.
Hè ferrosiliu hè parechje parechje maiò di l'acciaio. Hè un pre-liga in a pruduzzioni di ferrosiliunio di magnesiu , un nodulizatore chì s'aprizza in u ferru ductile, in quantu durante u prucessu di Pidgeon per refining magnesium d'alta purità.
Ferrosiliu pò ancu esse adupratu per aduce l'aleati di siliconu ferru è di curingu resistenti à a corrosione, cum'è l'azzaru silicone, chì hè utilizzatu in a fabricazione di muturi elettromagneti è di transformer.
U silicuu metallurgicu pò esse usatu in steelmaking, è ancu un agentu d'alloy in aluminiu casting. L'Aluminium-siliciu (Al-Si) sò e ligne pesce è più forte chì i cumpunenti di u aluminiu pura. Parts di l'automobile, cumu i bloccuni di muturi è rimi di pneumatici sò certi parti di i parti di l'silicium d'aluminiu cast in più.
A mezi metudi di tutti i silici metallurgici veni usatu da a industria kimica per falla di silica fume (un agentu diliziu è dessicante), silani (un agenti d'aghjimentu) è silicone (sellatori, adhesivi è lubricanti).
U polysilicu di u fotovoltaicu hè principalmente usatu in a fabricazione di e cilesti solidi polisilitici. Circa cinque tunnillati di polisilicu hè necessariu per fà un megaratte di moduli solari.
Oghje, a tecnulugia di u polisilizziu solu conta più di a meza di l'energia solitaria prodotta globamente, mentri a tecnulugia di monosiliu cuntribuiscenu circa 35 percent. In u cartulare, u 90% di l'energia solitaria utilizata da l'umani hè recullata da tecnulugia di silicium.
U silicio monocristale hè ancu un materiale semicutreri crìticu in l'elettronica muderna. Comu materiale di sustrato usatu in a produczione di transistorsi di effettu di u settore (FET), LED è circuiti integrati, u silicu pò esse truvatu in quasi tutti l'ordinate, telefòchi mobile, comprimi, televisioni, radii è altri apparenti di cumunicazione muderni.
Hè statura chì più di terzu di tutte e dispusitivi elettroni sò cuntenenu a tecnulugia di semicuttutturi di silicium.
Infini, u caratteru di siliciu di lignate dura hè utilatu in una varietà d'appruvisazioni elettronicu è micca elettroniali, cumpresi l'oreju sinteticu, semicuttutturi d'alta temperatura, ceramica dura, articuli di tagliu, discos di frenu, abrasive, chutelli bulletproof è elementi calificatori.
Sources:
Una storia breve di Steel Alloying è Produzione Ferroalloy.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri è Seppo Louhenkilpi. El
In u rolu di ferrule in Steelmaking. 9 u su ghjornu di u 2013. U XIII. Cungressu di Ferroviei Internaziunali. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
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