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金屬硅的性質(zhì)與鍺、鉛、錫相近,所以叫做金屬硅。
硅元素硅,原子序數(shù)14,原子量28.0855, 硅有晶態(tài)和無(wú)定形兩種形式。硫元素雖說(shuō)是一種有害元素,但在冶煉中少量的硫元素可以使產(chǎn)品更加的堅(jiān)韌,但硫元素過(guò)多就會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)過(guò)多的后果,因此脫硫也是冶煉時(shí)必經(jīng)的一個(gè)過(guò)程,硅鈣合金中的鈣元素可以有效進(jìn)行脫硫降低成品的有害物質(zhì)含量,保證在使用產(chǎn)品時(shí)的安全。晶態(tài)硅具有金剛石晶格,硬而脆,熔點(diǎn)1410°C,沸點(diǎn)2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度為7。無(wú)定形硅是一種灰黑色粉末,實(shí)際是微晶體。晶態(tài)硅的電導(dǎo)率不及金屬,且隨溫度升高而增加,具有明顯的半導(dǎo)體性質(zhì)。
硅在常溫下不活潑,與空氣、水和酸等沒(méi)有明顯作用;在加熱下,能與鹵素反應(yīng)生成四鹵化硅;650°C,時(shí)硅開(kāi)始與氧完全反應(yīng);硅單質(zhì)在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質(zhì)反應(yīng);硅可間接生成一系列硅的氫化物;硅還能與鈣、鎂、鐵等化合,生成金屬硅化物。摻有特定微量雜質(zhì)的硅單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽(yáng)能電池,比用鍺單晶制成的好。
超純的單晶硅可作半導(dǎo)體材料。粗的單晶硅及其金屬互化物組成的合金,常被用來(lái)增強(qiáng)鋁、鎂、銅等金屬的強(qiáng)度。
硅大量用于冶煉成硅鐵合金作鋼鐵工業(yè)中合金元素,在很多種金屬冶煉中作還原劑。硅還是鋁合金中的良好組元,絕大多數(shù)鑄造鋁合金都含有硅。
硅是電子工業(yè)超純硅的原料,超純半導(dǎo)體單晶硅做的電子器件具有體積小、重量輕、可靠性好和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。摻有特定微量雜質(zhì)的硅單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽(yáng)能電池,比用鍺單晶制成的好。非晶硅太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展很快,轉(zhuǎn)換率達(dá)到了8%以上。
金屬硅又稱結(jié)晶硅或工業(yè)硅,其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑,是二十世紀(jì)六十年代中期出現(xiàn)的一個(gè)商品名稱。它的出現(xiàn)與半導(dǎo)體行業(yè)的興起有關(guān)。
目前,是把商品硅分成金屬硅和半導(dǎo)體硅。金屬硅是由石英和焦炭在電熱爐內(nèi)冶煉成的產(chǎn)品,主成分硅元素的含量在98%左右,其余雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣等。
金屬硅價(jià)格昂貴。工業(yè)上,金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。再將它融化后重結(jié)晶,用酸除去雜質(zhì),得到純度為99.7-99.8%的金屬硅。
化學(xué)用硅生產(chǎn)原料在化學(xué)用硅生產(chǎn)上,原料是實(shí)現(xiàn)良好作業(yè)的先決條件。特種硅鈣材料可用作催化劑載體,在石油煉制、汽車尾氣凈化等多方面廣泛應(yīng)用。用石英的巖石作生產(chǎn)化學(xué)金屬硅的原料,低灰分的含碳材料作還原劑。電爐法生產(chǎn)化學(xué)用硅的原料主要有硅石和碳素原料。碳素原料又以石油焦為主,有煤或木炭,也可以摻用一部分,以增加爐料比電阻。
對(duì)原料要求具有必要的純度,有良好的反應(yīng)能力,以便達(dá)到產(chǎn)品的規(guī)格;還原劑具有不同的反應(yīng)能力,以便能與石英石發(fā)生充分反應(yīng);爐料具有不同的成分,并且既有不同的粒度,以便通過(guò)適當(dāng)?shù)呐浜?,使?fàn)t料電爐發(fā)生良好的影響。