Deleng silicon semi-logam
Silicon metal yaiku semi-konduktif abu-abu lan semangat sing digunakake kanggo ngasilake baja, sel surya, lan microchip.
Silicon minangka unsur paling akeh kaloro ing kerak bumi (mung oksigen) lan unsur paling umum ing alam semana. Ing kasunyatan, saklawasé 30 persen saka bobot lemah ndhuwur bisa diasilake saka silikon.
Unsur kanthi nomer atom 14 alami ing mineral silikat, kayata silika, feldspar, lan mika, sing dadi komponen utama saka batu umum kayata kuarsa lan sandstone.
A semi-logam (utawa metalloid ), silikon duweni sifat-sifat saka loro logam lan non-logam.
Kaya banyu - nanging ora kaya logam sing paling - kontrak silikon ing negara cair lan ngembang kaya sing ngalangi. Nduweni titik leleh lan titik didih sing relatif dhuwur, lan nalika mbentuk kristal struktur kristal kristal berlian.
Critical to silicon's role as a semiconductor and its use in electronics is the element's elemental structure, which includes four valence electrons that allow silicon to bond with other elements readily.
Properties:
- Simbol Atom: Si
- Nomer atom: 14
- Kategori: Metalloid
- Kapadhetan: 2.329g / cm3
- Titik lebur: 2577 ° F (1414 ° C)
- Titik didih: 5909 ° F (3265 ° C)
- Moh's Hardness: 7
Sejarah:
Kimiawan Swedia, Jons Jacob Berzerlius dikreditake karo silikon sing ngisolasi pisanan ing taun 1823. Berzerlius nglakokake panuwun iki kanthi ngetokaké potasium metalik (sing mung diisolasi dasawarsa sadurungé) ing pucuran bebarengan karo kalium fluorosilikat.
Asil kasebut amorfus silikon.
Nanging, nggawe silicon kristal dibutuhake wektu luwih akeh. Sampel electrolytic of silicon kristal ora bakal digawe kanggo telung puluh liyane.
Senyawa komersial sing kapisan pisanan ing wangun ferrosilicon.
Sawisé modhèrnisasi modernisasi industri baja Henry Bessemer ing pertengahan abad ke-19, ana minat gedhe ing metallurgi baja lan riset ing teknik baja.
Wiwit produksi industri ferrosilicon pisanan ing taun 1880-an, pentinge silikon kanggo ngapikake daktilitas ing wesi babi lan baja deoxidizing dipahami kanthi adil.
Prodhuksi awal ferrosilicon dipigunakaké ing tungku blast kanthi ngurangi bijih silikon kanthi areng, sing ngasilake wesi pig iron, ferrosilicon kanthi nganti 20 persen isi silikon.
Perkembangan tungku lengkungan listrik ing awal abad kaping 20 mbisakake ora mung produksi baja sing luwih gedhe , nanging luwih akeh produksi ferrosilicon.
Ing taun 1903, sawijining klompok khusus nggawé ferroalloy (Compagnie Generate d'Electrochimie) wiwit operasi ing Jerman, Prancis lan Austria lan, nalika taun 1907, pabrik silikon komersial pisanan ing AS diadegaké.
Steelmaking ora mung aplikasi kanggo senyawa silikon kang dikomersialake sadurunge akhir abad kaping 19.
Kanggo ngasilake berlian buatan ing taun 1890, Edward Goodrich Acheson digawe sutra aluminium silikat kanthi bubuk coke lan diasilake silikon karbida (SiC).
Tiga taun sabanjure Acheson wis paten cara produksi lan ngedegake Carborundum Company (carborundum dadi jeneng umum kanggo karbida silikon nalika kuwi) kanggo tujuan nggawe lan ngedol barang abrasif.
Miturut awal abad kaping 20, sifat konduktif silikon karbida uga wis diwujudake, lan senyawa iki digunakake minangka detektor ing radio kapal awal. Paten kanggo detektor kristal silikon diwenehake marang GW Pickard taun 1906.
Ing taun 1907, diode pemancar cahaya pisanan (LED) digawe kanthi nindakake voltase menyang kristal karbida silikon.
Lumantar penggunaan silikon taun 1930-an tansaya kanthi pangembangan produk kimia anyar, kalebu silanes lan silikon.
Perkembangan elektronika ing abad kepungkur uga wis ana hubungane karo silikon lan sifat sing unik.
Nalika nggawe transistor pisanan - sing precursors kanggo microchip modern - ing taun 1940-an gumantung ing germanium , ora suwe sadurungé silikon digunakaké minangka sepupu metalloid minangka materi semikonduktor substrat sing luwih awet.
Bell Labs lan Texas Instruments wiwit ngasilake transistors berbasis silicon ing taun 1954.
Sirkuit integral silikon pisanan digawe ing taun 1960an lan, ing taun 1970-an, prosesor sing nduweni silikon wis dikembangake.
Sanadyan teknologi semikonduktor berbasis silicon mbentuk sistem backbone elektronika modern lan komputasi, mesthine ora kaget yen kita nyebut pusat kegiatan kanggo industri iki minangka 'Silicon Valley.'
(Kanggo tampilan rinci babagan sejarah lan pengembangan Silicon Valley lan teknologi microchip, aku banget nyaranake dokumenter Pengalaman Amerika Serikat sing irah-irahan Silicon Valley).
Ora suwe sawisé ngeculake transistor pisanan, karya Bell Labs karo silikon mimpin kanggo terobosan utama kaping kalih ing taun 1954: Silikon photovoltaic silikon (srengenge).
Sadurungé iki, pamikiran ngenani energi saka srengéngé kanggo nggawé kekuwatan ing bumi dipercaya mokal. Nanging papat taun salajengipun, ing taun 1958, satelit pisanan ingkang dipunginaaken dening sel surya silikon ngorbit bumi.
Wiwit taun 1970-an, aplikasi komersial kanggo teknologi surya wis berkembang dadi aplikasi terestrial kayata nggunakaké pencahayaan ing pelayaran minyak sawit lan pelayaran.
Swara rong puluh taun kepungkur, panggunaan energi surya wis berkembang sacara eksponensial. Saiki, teknologi photovoltaic berbasis silikon nyatakake kira-kira 90 persen pasar tenaga surya global.
Produksi:
Mayoritas silikon diolah saben taun - sekitar 80 persen - diprodhuksi minangka ferrosilicon kanggo panggunaan wesi lan baja . Ferrosilicon bisa ngemot ing ngendi wae antara 15 lan 90 persen silikon gumantung marang syarat smelter kasebut.
Paduan wesi lan silikon diprodhuksi kanthi nggunakake tungku lengkungan listrik submerged liwat smelting abang. Senyawa bijih silika lan sumber karbon kayata coking batu bara (batu bara metallurgical) wis disusup lan dimobahake menyang pawon bebarengan karo wesi besi.
Ing suhu luwih saka 1900 ° C (3450 ° F), karbon reacts karo oksigen saiki ing bijih, mbentuk gas karbon monoksida. Sementara wesi lan silikon sing isih ana, banjur dikombinasikake kanggo nggawe ferrosilicon cair, sing bisa dikumpulake kanthi nutul dasar tungku.
Sawise adhem lan hardened, ferrosilicon banjur bisa dikirim lan digunakake langsung ing manufaktur wesi lan baja.
Cara sing padha, tanpa panggunaan wesi, digunakake kanggo ngasilake silikon kelas metallurgical sing luwih saka 99 persen murni. Silicon metalurgi uga digunakake ing peleburan baja, uga pabrik aluminium cast lan bahan kimia silane.
Silikon metalurgi diklasifikasikaké kanthi tingkat karapan besi, aluminium , lan kalsium ing logam campuran. Contone, 553 silikon logam ngemot kurang saka 0,5 persen saben wesi lan aluminium, lan kurang saka 0,3 persen kalsium.
Kira-kira 8 yuta metrik ton saka ferrosilicon diprodhuksi saben taun ing saindenging donya, kanthi China nyathet kira-kira 70 persen saka total iki. Produser gedhe kalebu Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Group OM Materials and Elkem.
Tambahan 2,6 yuta ton metallurgical silicon - utawa sekitar 20 persen saka total silikon logam olahan - diprodhuksi saben taun. China, maneh, nyatakake watara 80 persen output iki.
Anane surprise kanggo akeh yaiku gelar silikon lan elektronik saka akun silikon mung sethithik (kurang saka rong persen) kabeh produksi silikon olahan.
Kanggo nganyarke kanggo silicon metal kelas solar (polysilicon), kemurnian kudu nambah nganti 99.9999% (6N) silicon murni. Iki rampung liwat salah siji saka telung cara, sing paling umum yaiku proses Siemens.
Proses Siemens mbandhingake pamisah uap kimia saka gas molah malih sing diarani trichlorosilane. Ing 1150 ° C (2102 ° F) trichlorosilane diunekake liwat wiji silikon kemurnian tinggi sing dipasang ing mburi batang. Minangka liwat, silicon kemurnian sing dhuwur saka gas wis disimpen ing benih.
Reaktor bedhug fluida (FBR) lan teknologi silicon grade kelas metalurgi (UMG) uga digunakake kanggo nambah logam kanggo polysilicon sing cocok kanggo industri photovoltaic.
230.000 metrik ton polysilicon diprodhuksi ing taun 2013. Prodhus sing utama kalebu GCL Poly, Wacker-Chemie, lan OCI.
Pungkasan, kanggo nggawe silikon kelas elektronik cocok kanggo industri semikonduktor lan teknologi photovoltaic tartamtu, polysilicon kudu diowahi menyang silicon monocrystal ultra-murni liwat proses Czochralski.
Kanggo nindakake iki, polysilicon dicairake ing kothak 1425 ° C (2597 ° F) ing atmosfir inert. Sawijining rod sing dipasang kristal wiji banjur dicelupake ing logam molten lan alon-alon diputer lan dibusak, menehi wektu kanggo silikon kanggo tuwuh ing materi wiji.
Produk sing diasilake minangka rod (utawa boule) saka siji kristal silikon logam sing bisa dadi sethithik 99.999999999 (11N) murni. Batang iki bisa doped karo boron utawa phosphorous kaya sing dibutuhake kanggo ngaplikasi sifat mekanik kuantum kaya sing dibutuhake.
Batang monocrystal bisa dikirim menyang klien minangka, utawa diirisake menyang wafer lan dipoles utawa ditekuk kanggo pangguna tartamtu.
Aplikasi:
Nalika kira-kira sepuluh yuta metrik ton saka ferrosilicon lan logam silikon diolah saben taun, mayoritas silikon sing dipigunakaké kanggo komersial sajatiné ana ing wangun mineral silikon, sing dipigunakaké kanggo nggawé kabèh saka semen, mortir, lan keramik, menyang kaca lan polimer.
Ferrosilicon, kaya sing dicathet, minangka wangun silicon metalik sing paling umum dipigunakaké. Wiwit pisanan nggunakake sekitar 150 taun kepungkur, ferrosilicon tetep dadi agen deoksidator penting ing produksi karbon lan stainless steel . Dina iki, smelting baja tetep dadi konsumen paling gedhé saka ferrosilicon.
Ferrosilicon duwe sawetara kegunaan ngluwihi steelmaking, senadyan. Iku minangka pre-alloy ing produksi ferosilicon magnesium , nodulizer sing digunakake kanggo ngasilake wesi ductile, uga sak proses Pidgeon kanggo netepake magnesium kemurnian tinggi.
Ferrosilicon uga digunakake kanggo nggawe panas lan karat silikon ferrous sing tahan panas lan karat uga baja silikon, sing dipigunakaké jroning Pabrik listrik elektro-lan transformator.
Silicon metalurgi bisa digunakake ing steelmaking uga minangka agen alloying ing aluminium casting. Aluminium-silicon (Al-Si) yaiku bagean saka aluminium murni lan entheng. Piranti otomotif kayata pamblokiran mesin lan pelek ban yaiku sawetara bagéan silikon aluminium sing paling umum.
Kurang luwih setengah saka kabeh silicon metallurgical digunakake dening industri kimia kanggo nggawe silika fumed (agen penebalan lan desiccant), silanes (agen kopling) lan silikon (sealant, adhesives, and lubricants).
Polysilicon kelas photovoltaic utamané dipigunakaké kanggo nggawe sel solar polysilicon. Kira-kira limang ton polysilicon dibutuhake kanggo nggawe siji megawatt modul surya.
Saiki, teknologi solar polysilicon nyathet luwih saka separo energi solar sing diprodhuksi sacara global, dene teknologi monosilicon nyumbang kira-kira 35 persen. Secara total, 90 persen energi solar sing digunakake dening manungsa dikoleksi dening teknologi berbasis silikon.
Monocrystal silicon uga minangka bahan semikonduktor kritis sing ditemokake ing modhèl modern. Minangka bahan substrat sing digunakake ing produksi transistor efek lapangan (FETs), LED lan sirkuit terpadu, silikon bisa ditemokake ing meh kabeh komputer, ponsel, tablet, televisi, radio, lan piranti komunikasi modern.
Diperkiraine luwih saka siji-pihak kabeh piranti elektronik ngemot teknologi semikonduktor berbasis silikon.
Akhire, karbida silicon alloy padhet digunakake ing macem-macem aplikasi elektronik lan non-elektronik, kalebu perhiasan sintetis, semikonduktor suhu dhuwur, keramik keras, alat pemotong, cakram rem, abrasi, rompi peluru lan unsur pemanas.
Sumber:
A Brief History of Steel Alloying and Ferroalloy Production.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri lan Seppo Louhenkilpi. Gg
Ing Peran Ferroalloys ing Steelmaking. Juni 9-13, 2013. Congress Ferroalloys Internasional nomer telulas. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Tindakake Terence ing Google