سیلیکون متال ( سیلیکون فلزی )

سیلیکون متال چیست ؟

سیلیکون متال که در صنعت سیلیکون نیز نامیده می‌شود محصولی است که در اواسط سال 1960 تولید شد. تولید آن در درجه‌ اول به دلیل نیاز به آن در تولید نیمه هادی‌ها بود.

عناصر اصلی تشکیل‌دهنده‌ی سیلیکون متال درصدهای متفاوتی از سیلسیوم، آلومینیوم، کلسیم و غیره است و با توجه به نیاز آن در صنعت دارای درجه خلوص و انواع متفاوتی است.

سیلیکون یک عنصر غیر فلزی است که به رنگ خاکستری، به رنگ فلز، سخت و ترد است. سیلیکون از نظر جرمی 27.7 درصد پوسته‌ی زمین را تشکیل می‌دهد و دومین عنصر فراوان در پوسته‌ی زمین است که تنها اکسیژن دارای فراوانی بیشتری نسبت به آن است.

سیلیکون معمولاً به‌شکل کانی‌های ترکیبی سیلیکات و کمتر به‌شکل دی‌اکسیدسیلیکون (سیلیس، یکی از اجزای اصلی ماسه‌های معمولی) یافت می‌شود. کریستال‌های سیلیکونی خالص به ‌ندرت در طبیعت یافت می‌شوند.

طبقه بندی سیلیکون متال کدامند ؟

این محصول را می توان با توجه به محتوای آهن، آلومینیوم و کلسیم به انواع مختلفی از جمله 553، 441، 421، 3303، 3305، 2202، 2502، 1501، 1101 و غیره تقسیم کرد که از بین موارد اشاره شده ، سیلیکون متال 441 از بقیه موارد کاربرد بیشتری دارد .

تفاوت Si 553 ، Si 441 و Si 3303

سیلیکون متال 441 و 553 از جنس سیلیکون فلزی درجه پایین هستند، از این رو پرکاربردترین محصول در جهان درجه Si 3303 بوده و از جنس فلز سیلیکون با درجه بالا، با خلوص بالا است، بنابراین از آن برای ساخت پلی سیلیکون استفاده می شود. همچنین در کشور عزیزمان ایران از گرید سیلیکون متال 441 بیشتر استفاده می‌شود.

سیلیکون صنعتی برای تقویت خواص فلزاتی مانند آلومینیوم و آهن اضافه می شود. تقاضای سیلیکون صنعتی برای آلومینیوم (از جمله موتور سیکلت) بسیار زیاد است، بنابراین توسعه صنعت خودرو در یک منطقه تأثیر مستقیمی در ظهور و سقوط بازار سیلیکون صنعتی دارد.

سیلیکون صنعتی به عنوان افزودنی برای آلیاژهای غیر آهنی استفاده می شود. سیلیکون صنعتی همچنین به عنوان ماده آلیاژی برای فولاد سیلیکونی و یک اکسید زدا برای ذوب فولادهای ویژه و آلیاژهای غیر آهنی استفاده می شود.

پس از یک سری مراحل، سیلیکون صنعتی در سیلیکون تک کریستال برای استفاده در صنعت الکترونیک و صنایع شیمیایی برای تولید سیلیکون آلی استفاده می شود. بنابراین به فلز جادویی معروف است و طیف وسیعی از کاربرد دارد.

خصوصیات سیلیکون فلزی چیست ؟

سیلیکون یک عنصر غیر فلزی است که به رنگ خاکستری، به رنگ فلز، سخت و ترد است. سیلیکون حدود 26٪ از جرم پوسته زمین را تشکیل داده است. وزن اتمی 28.80، چگالی g/m3 2.33، نقطه ذوب 1410 درجه سانتیگراد، نقطه جوش 2355 درجه سانتیگراد و مقاومت آن 2140 Ω.m است.

ویژگی‌های فیزیکی

سیلیکون در دمای اتاق جامد است و نقاط ذوب و جوش نسبتاً بالایی به ترتیب تقریبا 1400 و 2800 درجه‌ی سانتیگراد دارد. جالب اینکه سیلیکون در حالت مایع نسبت به حالت جامد چگالی بیشتری دارد.

بنابراین، همانند بیشتر مواد که هنگامی‌که منجمد می‌شود، منقبض نمی‌شود، بلکه مانند آب منبسط می‌شود. سیلیکون از هدایت حرارتی نسبتاً بالایی برخوردار است و در نتیجه اغلب برای عایق کاری اشیاء گرم استفاده نمی‌شود.

سیلیکون در شکل بلوری یا سیلیکون خالص دارای رنگ خاکستری و درخشش فلزی است.

ویژگی‌های شیمیایی

سیلیکون ها مجموعه ای از ویژگی های مفید و متمایز را دارند که ارتباط مستقیمی با ساختارهای مولکولی آنها دارند. هر سیلیکون از زنجیره‌های جانبی گروه آلی متصل به زنجیره‌ی اصلی پیوندهای سیلوکسان (-Si-O-Si-) تشکیل شده‌است.

این استحکام پیوندهای سیلوکسان مشترکاً با مواد معدنی مانند شیشه و کوارتز مشترک است. پیوند سیلوکسان انرژی پیوندی بسیار بالاتری نسبت به پیوندهای C-C و C-O دارند که زنجیره اصلی پلیمرهای آلی را تشکیل می‌دهند.

با انرژی پیوند بالای آنها ، پیوندهای سیلوکسان حتی در دمای حدود 200 درجه سانتیگراد شکسته نمی‌شوند. آنها همچنین از نظر شیمیایی پایدار بوده و از مقاومت در برابر حرارت و هوای بسیار بالایی برخوردار هستند.

سیلیکون فلزی و صنعتی

سیلیکون متال توسط دی اکسید سیلیکون احیا می شود، بنابراین به آن سیلیکون صنعتی و بلوری می گویند. با توجه به مصرف انرژی زیاد ذوب فلز سیلیکون ، قیمت بازار سیلیکون فلزی نسبتاً بالا است.

ناخالصی های اصلی در سیلیکون فلزی، آهن، آلومینیوم و کلسیم است که در فرآیند تولید باید کنترل شود. در حال حاضر، کنترل آهن و آلومینیوم به طور عمده برای شناسایی سیلیس و ذغال سنگ قبل از تغذیه است. سیلیس با مقادیر بالای آهن و آلومینیوم قابل استفاده نیست.

کربن باید کاملاً درست انتخاب و استفاده شود (بسیاری از کارخانه ها قبل از تغذیه، سیلیس و ذغال سنگ را با آب شستشو می دهند). کنترل کلسیم در درجه اول با استفاده از کلر یا اکسیژن حذف می شود. اکسیژن همچنین در حذف آهن و آلومینیوم نقش دارد.

سیلیکون متال مورد استفاده در صنایع الکترونیک و شیمیایی به کروم، آنتیموان، سرب، منگنز، تیتانیوم، فسفر، مس و کربن احتیاج دارد. سیلیکون دارای خواص نیمه هادی است. سیلیکون متال دارای درخشش فلزی و ظاهری خاکستری روشن است. در دمای اتاق بسیار پایدار است. فقط فلوئور بسیار فعال می تواند به طور مستقیم سیلیکون تترافلورید را سنتز کند.

سیلیکون تولید شده در دماهای بالا مستقیماً از کربن اضافی تولید می شود. افزودن مقدار کمی از سیلیکون متال با خلوص 98٪ به آلیاژ آلومینیوم عملکرد آلیاژ آلومینیوم را تا حد زیادی بهبود می بخشد. از سیلیکون فلزی با خلوص 98-99٪ برای تولید محصولات واسطه مانند تری کلروسیلان استفاده و صدها روغن روان-کننده سیلیکون و ترکیبات آبگریز را تهیه کرد.

همچنین سیلیکون متال ماده اولیه برای سیلیکون با خلوص بسیار بالا در صنعت الکترونیک است.

کاربردهای گسترده سیلیکون متال

سیلیکون فلزی برای ذوب در آلیاژهای فروسلیس به عنوان عناصر آلیاژی در صنعت فولاد و به عنوان یک عامل احیایی در ذوب بسیاری از فلزات مورد استفاده قرار می گیرد.

سیلیکون متال همچنین یک جزء در آلیاژهای آلومینیوم است و بیشتر آلیاژهای آلومینیوم ریختگری حاوی سیلیکون هستند. سیلیکون، ماده اولیه سیلیکون با درصد خلوص بالا در صنعت الکترونیک است. دستگاه الکترونیکی تک کریستال نیمه هادی سیلیکون دارای مزایای استفاده در اندازه کوچک، وزن سبک، قابلیت اطمینان خوب و عمر طولانی است.

ترانزیستورهای با قدرت بالا، یکسوکننده ها و سلول های خورشیدی ساخته شده از تک کریستال های سیلیکونی ذوپ شده با ناخالصی های خاص بهتر از بلورهای تک کریستال ژرمانیوم ساخته شده اند.

تحقیقات در مورد سلول های خورشیدی سیلیکونی غیربلوری به سرعت در حال پیشرفت و نرخ تبدیل به بیش از 8٪ رسیده است. به عنوان عناصر گرمایشی الکتریکی میله سیلیکونی تا دمای 1700 درجه سانتیگراد، با مقاومت در برابر پیری و اکسایش خوب مورد استفاده قرار می گیرد.

با استفاده از تری کلروسیلان تولید شده از سیلیکون، صدها روغن روانکننده سیلیکونی و ترکیبات آبگریز ساخته می شوند. علاوه بر این، سیلیکون کاربید به عنوان ساینده ، لوله های کوارتز ساخته شده از سیلیس با خلوص بالا مواد مهم برای ذوب فلز و وسایل روشنایی هستند.

دارای خواص ظرفیت حرارتی کوچک، استحکام مکانیکی بالا، هدایت حرارتی کم، عدم اشتعال، غیر سمی و بی مزه، ابزار برش و حمل و نقل مناسب است. از این ماده در تجهیزات و لوله های مختلف حرارتی مانند متالورژی، منبع برق، صنایع شیمیایی و کشتی ها به طور گسترده استفاده می شود.

کاربرد سیلیکون فلزی در صنعت ساخت فولاد

سیلیکون متال به سیلیکون صنعتی گفته می شود که برای تهیه آلیاژهای مختلف مانند سیلیکون آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد. سیلیکون شیمیایی به سیلیکون صنعتی برای فرآوری مواد شیمیایی برای ساخت سیلیکون اشاره دارد.

مقدار سیلیکون با تفریق مجموع اجزای مشخص از جمله آهن، آلومینیوم، کلسیم و … از 100٪ تعیین می شود.

در صورت وجود شرایط خاص: نیاز به آنالیز عناصر ناخالص که در جدول مشخص نشده، الزامات مورد نیاز تبلور شیمیایی سیلیکون به طور جداگانه توسط عرضه و تقاضا توافق می شود.

افزودن سیلیکون متال 441 به فولاد برای ساخت ورق های فولادی سیلیکون نفوذپذیری مغناطیسی فولاد را به شدت بهبود بخشیده، باعث کاهش پسماند مغناطیسی و هدر رفت جریان گردابی می شود.

برای ساخت هسته های آهنی برای ترانسفورماتورها و موتورها و تقویت عملکرد ترانسفورماتورها و موتورها استفاده می شود. با توسعه علم و فناوری، زمینه های کاربرد سیلیکون فلزی بیشتر گسترش خواهد یافت.

معرفی مختصر سیلیکون متال 553 (Si 553 #)

سیلیکون متال متالورژی یک ماده آلیاژی ایده آل برای صنعت آلومینیوم است که باعث تقویت استحکام آلیاژ می شود. افزودن سیلیکون فلزی به آلیاژ آلومینیوم باعث ایجاد آلیاژ قوی تر و سبک تر شده و بیشتر در مهندسی سازه، ساخت هواپیما و صنعت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد.

سیلیکون فلزی با فرآیند ساخت کوارتز (SiO2) تولید می شود. کوارتز در فرآیند ذوب دما بالا با استفاده از کربن و کوارتز در کوره قوس الکتریکی به سیلیکون (Si) احیا می یابد. اجزای اصلی سیلیکون در حدود 98٪ است (در سال های اخیر خلوص به بیش از 99.00٪ رسیده است) ، ناخالصی های دیگر از جمله : آهن ، آلومینیوم، کلسیم است.

سیلیکون فلزی از نوع متالورژی عمدتاً به عنوان ماده آلیاژی در صنعت آلومینیوم استفاده می شود. این ماده خواص مفید آلومینیوم موجود مانند چدن، سختی و استحکام را بهبود می بخشد.

در سال های اخیر، تقاضا برای آلومینیوم به طور پیوسته در حال افزایش و تقاضا برای مواد سبک تر و اقتصادی تر باعث افزایش مصرف فلز آلومینیوم سازندگان سیلیکون شده است.

افزودن فلز آلومینیوم به آلیاژهای آلومینیوم آنها را مستحکم و سبک می کند، بنابراین به طور فزاینده ای در صنعت خودرو برای جایگزینی قطعات سنگین چدن استفاده می شوند. قطعات خودرو مانند موتور و رینگ تایر رایج ترین قطعات سیلیکون ریخته گری آلومینیوم است.

هدف از سیلیکون فلزی

• استفاده از سیلیکون متال در آلیاژ آلومینیوم

در آلیاژهای آلومینیوم، برای تقویت استحکام آلیاژ، افزایش مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی، کاهش چگالی و ضریب انبساط حرارتی، بهبود عملکرد ریخته گری و آلیاژسازی ایجاد می کند. از مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر فشار بسیار بالا برخوردار است.

• مورد استفاده در فرآورده های فلزی سیلیکون با نورد سرد

پس از افزودن سیلیکون فلزی در فولاد، خواص مغناطیسی فولاد را به شدت بهبود، نفوذپذیری را افزایش، باعث کاهش پسماند مغناطیسی و هدررفت جریان گردابی می شود.

• استفاده از محصول نیمه هادی با خلوص بالا

با توجه به نقطه ذوب بالای سیلیکون، پایداری حرارتی خوب، شکاف باند بزرگ، فراوانی در ذخایر، با بهبود تکنولوژی بهبود، مدارهای یکپارچه و مدارهای مجتمع بزرگ مقیاس بزرگ که از نیمه هادی سیلیکون ساخته شده اند در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد، تقاضا هر ساله در حال رشد است.

• استفاده از محصولات سیلیکونی آلیدسیلیکون، چسب سیلیکون، روغن سیلیکون

سیلیکون: حفظ انعطاف پذیری در محدوده 700 تا 2000 درجه سانتیگراد ، برای واشرهای دما بالا و مواد عایق سرد استفاده می شود.

چسب سیلیکون: برای تولید رنگ عایق، دما از 180 تا 2000 ℃ ، همچنین برای تولید پوشش های دما بالا استفاده شود.

روغن سیلیکون: برای تولید روغن روان کننده، جلاء دهنده، سیالات و مایع دی الکتریک به یک مایع شفاف بی رنگ تبدیل شده که برای خاصیت آبگریزی روی ساختمان پاشیده می شود.

فلز سیلیکون بیشتر در صنعت سیلیکون آلی مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین میزان مصرف آن بیش از صنعت آلیاژ آلومینیوم است.

• استفاده از محصول مقاوم در برابر حرارت

برای تولید Si3N4 ، مقاوم در برابر حرارت، سایش و خوردگی. جلوگیری از اکسایش با ساخت مواد پوشش دار. سطح فولاد با پوشش سیلیکونی مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهبود می بخشد.