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硅知识

2019-03-08    来源:    
       硅有无定形和晶体两种同素异形体。晶体硅具有金刚石晶格,硬而脆,密度2.4,熔点1420℃,沸点2355℃。无定形硅是一种灰黑色粉末,实践是微晶体。晶体硅的电导率不及金属,且随温度升高而添加,具有显着的半导体性质。
硅在常温下不生动,与空气、水和酸等没有显着效果;在加热下,能与卤素反响生成四卤化硅;650℃时硅开端与氧彻底反响;硅单质在高温下还能与碳、氮、硫等非金属单质反响;硅可直接生成一系列硅的氢化物;硅还能与钙、镁、铁等化合生成金属硅化物。超纯的单晶硅可作半导体材料。粗的单晶硅及其金属互化物组成的合金,常被用来增强铝、镁、铜等金属的强度。
自然界中的硅以含氧化合物的方式存在,硅与氧结组成二氧化硅,与金属结合生成金属的硅酸盐。首要的硅矿藏为石英和硅石,一般的硅石和石英用于玻璃和其它建材,优质的石英用于制作合金、金属和单晶。
工业上,通常是在电炉中由碳复原二氧化硅而制得金属硅,化学反响方程式:SiO2 + 2C → Si + 2CO,这样制得的硅纯度为97-98%,叫做金属硅。再将它消融后重结晶,用酸除掉杂质,得到纯度为99.7-99.8%的金属硅。用作半导体的超纯硅的制法则是先用纯度不高的硅与氯化氢和的混合物效果,制取三氯氢硅,并用精馏法提纯。然后在复原炉内用纯氢将三氯氢硅复原,硅就堆积在用超纯硅制成的细芯上,这样制得的超纯硅称为多晶硅,把它放在单晶炉内,就可拉制成单晶硅。
单晶硅的出产工艺首要有直拉法、区熔法和外延法。直拉法适宜于成长低电阻大直径的单晶,其径向杂质散布均匀,适协作低压硅器材和集成电路的材料。区熔单晶径向杂质散布均匀性较直拉法差,但氧、碳含量低,用高阻区熔单晶通过中子辐照能够得到杂质散布均匀性适当满足的单晶材料,适宜于制作高压大功率器材。衡量单晶质量的参数首要有导电类型、晶向电阻率及其均匀性、位错密度、补偿度等。影响单晶质量的关键因素是晶格缺点和杂质。
因为硅的资源非常丰厚,易于提纯,报价便宜,并且硅器材易于完成平面工艺,具有效率高、寿命长、体积小、导热好、耐高温、可靠性高档长处,大多数半导体器材都选硅作质料。硅首要用于制作各种集成电路、晶体管及电力电子器材,后者包含大功率的整流管、晶闸管、晶体管及各种派生器材,已广泛用于机械、冶金、电力、矿山、交通运输、航天、化工等各个领域。硅晶体管和集成电路首要用于无线电设备、电信设备、自动控制系统、计算机、航天等各个领域。此外,还可制作太阳能电池,用作航天飞机、人造卫星、无人灯塔等的电源。
硅还用来出产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅。硅橡胶弹性好,耐高温,用于制作医疗用品、耐高温垫圈。硅树脂用于出产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物,其粘度受温度的影响很小,用于出产高档润滑剂、上光剂、流体绷簧、介电液体等,还可加工成无色通明的液体,作为高档防水剂喷涂在建筑物表面。
在钢铁工业中,硅铁用作合金添加剂,在多种金属冶炼中用作复原剂。硅铝合金用量最大,是一种强复合脱氧剂,在炼钢过程中替代纯铝可进步脱氧剂利用率,并可净化钢液,进步钢材质量。硅铝合金密度小,热膨胀系数低,铸造功用和抗磨功用好,用其铸造的合金铸件具有很高的抗冲击才能和很好的高压细密性,可大大进步使用寿命,常用其出产航天飞行器和轿车零部件。
冶炼铝合金时参加少数的纯度为98%的冶金级硅可大大改进铝合金的功用。硅铜合金具有杰出的焊接功用,且在受到冲击时不易发生火花,具有防爆功用,可用于制作储罐。钢中参加硅制成硅钢片,能大大改进钢的导磁性,下降磁滞和涡流丢失,可用其制作变压器和电机的铁芯,进步变压器和电机的功用。
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