Хагас металлын цахиурыг хар
Silicon метал нь ган, нарны эс, микрочип үйлдвэрлэлд хэрэглэгддэг саарал болон тунгалаг хагас дамжуулагч метал юм.
Цахиур нь дэлхийн царцдас (зөвхөн хүчилтөрөгч цаана), ертөнцийн найм дахь хамгийн нийтлэг элемент юм. Үнэн хэрэгтээ дэлхийн царцдасын жингийн бараг 30 хувь нь цахиуртай холбоотой байж болох юм.
14-р атомын элементийн элемент нь кварц, элсэн чулуу гэх мэт нийтлэг чулуулгийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох силика, хээрийн жонш, гялтгануур зэрэг силикатын эрдсүүдэд тохиолддог.
Хагас метал ( металлого ), цахиур нь метал болон металлын бус зарим шинж чанарыг агуулдаг.
Ус шиг - гэхдээ ихэнх металуудаас ялгаатай нь цахиурын гэрээнүүд нь шингэний төлөвтөө агуулагдаж, улам бэхждэг. Энэ нь харьцангуй өндөр хайлах, буцлах цэгүүдтэй бөгөөд талсжихад алмас куб болор бүтэц бий болдог.
Цахиурын хагас дамжуулагчийн хувьд цахиурын үүргийг чухалчилдаг бөгөөд электроникийн хэрэглээ нь элементийн атомын бүтэцтэй бөгөөд цахиур нь бусад элементүүдтэй хялбар холбодог цилиндрийн дөрвөн электрон элементийг агуулдаг.
Үл хөдлөх хөрөнгө:
- Атомын тэмдэг: Si
- Атомын дугаар: 14
- Элемент Ангилал: Металлоид
- Нягт: 2.329g / cm3
- Хайлуулах цэг: 2577 ° F (1414 ° C)
- Буцалгах цэг: 5909 ° F (3265 ° C)
- Moh's Hardness: 7
Түүх:
Шведийн химич Жон Иаков Бердерлус 1823 онд анхны тусгаарлах цахиуртай гэж тооцогддог. Берзервиус нь калийн фторосиликатын хамт тигельд халаасан метал кали (энэ нь арав гаруй жилийн өмнө тусгаарлагдсан байсан) үүнийг хийсэн.
Үүний үр дүн аморфийн цахиур.
Цахиурын цахиур үүсгэх нь илүү хугацаа шаарддаг. Кристалл цахиурын электролитийн дээжийг бусад 30 жилийн турш хийхгүй.
Цахиурын анхдагч арилжааны зориулалттай ашигласан нь ферросиликон хэлбэртэй байжээ.
19-р зууны дунд үеэр Ганбург гангийн үйлдвэрлэлийн шинэчлэлийг Генри Бессемерын дараа ган төмөрлөгийн техник, гангийн техникийг судлах сонирхолтой байсан.
1880-аад онд анх ферросиликон үйлдвэрлэлийн анхны үеэр гахайны төмрийн диоксидинатын гангийн чанарыг сайжруулахад цахиурын ач холбогдол маш сайн ойлгогдож байв.
Ферросиликароны эрт үйлдвэрлэлийг цахиур агуулсан хүдрийг нүүрсээр багасгах замаар тэсэлгээний зууханд хийсэн бөгөөд энэ нь цахиурын төмрийн 20%, цахиурын агуулга бүхий ферросиликоныг үүсгэсэн.
20-р зууны эхэн үед цахилгаан нумын зуухыг зөвхөн гангийн үйлдвэрлэлийн төдийгүй ферросиликоны үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлсэн.
1903 онд феррилоид (Compagnie Generate d'Electrochimie) компанийг үүсгэн байгуулсан бүлэг Герман, Франц, Австри улсад үйл ажиллагаа явуулж эхэлсэн бөгөөд 1907 онд АНУ-ын анхны арилжааны цахиурын үйлдвэр байгуулагдсан.
Төмрийн бүрдүүлэлт нь 19-р зууны сүүлчээс өмнө худалдаалагдсан цахиурын нэгдлүүдийн цорын ганц хэрэглээ биш юм.
1890 онд хиймэл очир алмаазыг үйлдвэрлэх, Эдвард Гудрид Ачесон нарыг нунтагласан кокс, цахиурын карбид (SiC) хийдэг хөнгөн цагааны силикатаар хийсэн.
Гурван жилийн дараа Acheson өөрийн үйлдвэрлэлийн аргаар патентжуулж, Carborundum компанийг үүсгэн байгуулж (яг цагт цахиурын карбидын карберванумыг үүсгэн байгуулсан нь) нэрвэгдэгсдэд зориулсан бүтээгдэхүүнийг борлуулах зорилготой байжээ.
20-р зууны эхэн үед цахиурын карбидын дамжуулагч шинж чанарууд нь нэгэнт тогтоогдож, хөлөг онгоцыг эрт хөлөг онгоцны радио станцад детектор болгон ашигласан. 1906 онд цахиурын болор илрүүлэгч патентыг GW Pickard-д олгосон.
1907 онд анхны гэрэл ялгаруулах диод (LED) нь цахиурын карбидын болорд хүчдэл өгч бий болсон.
1930-аад оны цахиурын хэрэглээ нь цахиур, силикон гэх мэт шинэ химийн бүтээгдэхүүнийг хөгжүүлэх замаар өссөн.
Өнгөрсөн зууны туршид электроникийн өсөлт нь цахиур болон түүний өвөрмөц шинж чанартай холбоотой байв.
Эхний транзисторуудыг бий болгох нь 1940-өөд онд германиумд тулгуурладаг байсан хэдий ч цахиур нь металлын үеийг илүү бат бөх суурьтай хагас дамжуулагч материалаар орлуулахаас өмнө байсангүй.
Bell Labs болон Texas Instruments нь 1954 онд цахиурт суурилсан транзисторыг үйлдвэрлэж эхэлсэн.
Эхний цахиурын нэгдсэн хэлхээ 1960-аад онд хийгдсэн бөгөөд 1970-аад оны үед цахиур агуулсан боловсруулагчид боловсруулагджээ.
Цахиурт суурилсан хагас дамжуулагч технологи нь орчин үеийн электроник, тооцооллын нурууг бүрдүүлдэг тул бид энэ салбарыг "Silicon Valley" гэж нэрлэнэ.
(Silicon Valley болон микрочип технологийн түүх, хөгжлийн талаар нарийвчлан үзэх бол Silicon Valley нэртэй American Experience documentary-ийг санал болгож байна).
Эхний транзисторыг дэлгэж үзсэний дараа Bell Labs-ийн цахиурын ажил 1954 онд хоёр дахь томоохон амжилтанд хүргэсэн. Эхний цахиурын фотоволтайк (нарны) эс.
Үүнээс өмнө дэлхий дээрх эрчим хүчийг бий болгохын тулд нарнаас эрчим хүчийг ашиглах тухай бодол ихэнхдээ боломжгүй байлаа. Гэвч ердөө дөрвөн жилийн дараа 1958 онд цахиурын нарны эсийн ашигладаг анхны хиймэл дагуул дэлхий тойрон эргэлдэж байв.
1970-аад оны үед нарны эрчим хүчний хэрэглээний арилжааны програмууд нь газрын тосны хэрэглээний гэрэлтүүлэг, төмөр замын гарцыг гэрэлтүүлэх зэрэг хуурай газрын хэрэглээнд зориулж өргөжүүлсэн.
Сүүлийн хорин жилийн хугацаанд нарны энергийг ашиглах нь эрчимтэй өсч байна. Өнөөдөр цахиурид суурилсан фотоволтайк технологи дэлхийн нарны эрчим хүчний зах зээлийн 90 орчим хувийг эзэлж байна.
Үйлдвэрлэл:
Жилд ойролцоогоор 80 хувь нь цахиурын баяжмал үйлдвэрлэхэд төмрийн болон ган үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг ферросиликоноор үйлдвэрлэгддэг . Төмрийн хүдэр боловсруулах шаардлагаас хамааран цахиурын цахиур нь 15-90% -ийн цахиурын аль нэгийг агуулж болно.
Төмөр болон цахиурын хайлш нь хайлуулах үйлдвэрээс гарах жийргэвчийн цахилгаан нуман зуух ашиглан үйлдвэрлэгддэг. Цахиурын баялаг хүдэр болон коксжих нүүрс (металлургийн нүүрс гэх мэт) нүүрстөрөгчийг буталж, хаягдал төмрийн хамт зуух руу ачдаг.
1900 ° С (3450 ° F) температурт нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг үүсгэх хүчилтөрөгчийг хүчилтөрөгчтэй урвалд оруулна. Үлдсэн төмөр, цахиур зэрэг нь дараа нь хайлуулах ферросиликоныг нэгтгэж, зуухны суурийг холбох замаар цуглуулж болно.
Хөргөх ба хатуурсаны дараа ферросиликароныг төмрийн болон ган үйлдвэрлэхэд шууд ачиж, шууд хэрэглэж болно.
Төмөр оруулахгүйгээр энэхүү аргыг 99 хувийн цэвэр ариун металлургийн зэрэглэлийн цахиур үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Металлургийн цахиурыг мөн ган хайлуулах үйлдвэрт мөн хөнгөн цагааны хайлш, цахиур химийн бодис үйлдвэрлэдэг.
Металлургийн цахиурыг хайлшанд байгаа төмөр, хөнгөн цагаан , кальцийн бохирын түвшингээр ангилдаг. Жишээ нь: 553 цахиурын төмөр төмөр, хөнгөн цагаан бүрээс 0.5% -иас бага, 0.3% -иас бага кальци агуулдаг.
Ойролцоогоор 8 сая тонн ферросиликоныг дэлхий даяар жил бүр гаргадаг бөгөөд Хятад улс нийтдээ 70 орчим хувийг эзэлдэг. Томоохон үйлдвэрлэгчид Эрдос Металлурги групп, Ниншиа Роншен Ферролаллой, Групп ОМ Материал, Элкем зэрэг томоохон үйлдвэрлэгчид ордог.
Нэмэлт 2.6 сая тонн металлургийн цахиур буюу нийт боловсруулсан цахиурын металлын 20 орчим хувь нь жил бүр гаргадаг. Хятад дахиад энэ гарцын 80 орчим хувийг эзэлж байна.
Олон тооны цочирдмоор нарны болон цахиурын зэрэглэл нь цэвэршүүлсэн цахиурын үйлдвэрлэлийн багахан хувийг эзэлдэг.
Нарны зэрэг цахиурын металл (полисиликон) -ийг сайжруулахын тулд цэвэршилт 99.9999% (6N) цэвэр цахиуртай байх ёстой. Энэ нь гурван аргын нэгээр хийгддэг бөгөөд хамгийн түгээмэл нь Siemens процесс юм.
Siemens процесс нь трихлорослеани гэгддэг ууршимтгай хий химийн ууршилтийг агуулдаг. 1150 ° C (2102 ° F) үед трихлорозилан нь савхны төгсгөлд холбогдсон өндөр цэвэршилттэй цахиурын үрийн дээгүүр цацагдана. Энэ нь өнгөрөх тусам хийнээс гаралтай өндөр цэвэршилтийн цахиурыг үр дээр хадгална.
Физик ороомог (FBR) ба металлургийн зэрэг (UMG) цахиурын технологийг сайжруулсан технологи нь фотоволтайк үйлдвэрлэхэд тохиромжтой полисиликоныг металл болгоход ашигладаг.
230,000 тонн полисиликон үйлдвэрлэж 2013 онд үйлдвэрлэв. Глобал үйлдвэрлэгчид GCL политехник, Wacker-Chemie, OCI зэрэг багтдаг.
Эцэст нь, хагас дамжуулагчийн аж үйлдвэрт зориулсан цахиурын электроникийн болон фотоволтайк технологид тохиромжтой цахиурын технологийг бий болгохын тулд полисиликоныг Czochralski процессоор дамжуулан хэт цэвэр монокриллын цахиур болгон хувиргах ёстой.
Үүнийг хийхийн тулд полисиликонийг идэвхгүй орчинд 1425 ° C (2597 ° F) тигелийг хайлуулж авна. Үр хөврөлийг суулгасан саваа хайлсан металл дээр буурч, удаан эргэлдэж, арилгаж, цахиурын үрийн материалд ургах хугацааг өгдөг.
Үр дүн нь 99.999999999 (11N) хувь цэвэр болох нэг болор цахиурын металлын саваа (эсвэл boule) юм. Шаардлагатай тохиолдолд квант механик шинж чанарыг өөрчлөхийн тулд энэ саваа нь бортгон эсвэл фосфороор дикон хэрэглэж болно.
Монокрил саваа нь үйлчлүүлэгчиддээ хүргэх, эсвэл тусгай зориулалтын хэрэглэгчдэд зориулсан wafers болгон өнгөлж эсвэл өнгөлсөн болно.
Програм:
Бараг 10 сая метр тонн ферарсиликарон, цахиурын металлыг жил бүр цэвэршүүлдэг боловч цахиурын ихэнхийг арилжааны зорилгоор ашигладаг цахиурын эрдсийн хэлбэр нь цемент, зуурмаг, керамик, бүх төрлийн шил, полимер.
Ferrosilicon нь метал цахиурын хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг хэлбэр юм. 150 жилийн өмнө анхны ашиглалтанд орсноос хойш ферарсиликон нь нүүрстөрөгч, зэвэрдэггүй гангийн үйлдвэрлэлд деоксидизацийн чухал ач холбогдолтой хэвээр байсан. Өнөөдөр ган хайлуулах үйлдвэр нь төмрийн хүдрийн хамгийн том хэрэглэгч болж байна.
Ferrosilicon нь ган үйлдвэрлэхээс гадна хэд хэдэн хэрэглээтэй. Энэ нь магнийн ферросиликоныг үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд төмрийн төмрийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг nodulizer, мөн өндөр цэвэршилттэй магнийн боловсруулалт хийхэд Пиденоны процессын үед хэрэглэгддэг.
Төмөрлөг нь дулааны болон зэврэлтээс хамгаалсан төмрийн цахиурын хайлш, түүнчлэн цахиурын ган, цахилгаан хөдөлгүүр, трансформаторын цөмийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Металлургийн цахиурыг гангаар хийхэд ашиглаж болно. Хөнгөн цагааны цахиур (Al-Si) машины эд анги нь хөнгөн цагаанаас бүрдсэн хэсгүүдээс хөнгөн, хүчтэй байдаг. Хөдөлгүүрийн блок, дугуйны хүрд гэх мэт автомашины эд ангиуд нь хамгийн түгээмэл хөнгөн цагаан цахиурын эд ангиуд юм.
Металлургийн цахиурын бараг тэн хагасыг химийн үйлдвэрлэлийн зориулалтаар цахиурын цахиур (өтгөрүүлэгч бодис, чийг шингээх), силан (холбогч бодис), силикон (чигжээс, цавуу, тослох материал) хийхэд ашигладаг.
Photovoltaic-ийн полисиликаридыг голчлон полисиликон нарны эсийг байгуулахад ашигладаг. Нарны модулиудын нэг мегаваттыг барихад таван тонн полисиликон хэрэгтэй.
Өнөөгийн байдлаар нарны энергийн тэн хагасаас илүү полисиликон нарны технологийг ашигладаг бол monosilicon технологи нь ойролцоогоор 35 хувьтай байдаг. Нийт хүн амын нарны энергийн 90 хувийг цахиурын технологиор цуглуулдаг.
Monocrystal цахиур нь орчин үеийн электроникийн олдоцтой хагас дамжуулагч материал юм. Хээрийн нөлөө транзистор (FET), LED болон нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлд ашигладаг үндсэн материал болох цахиур нь бараг бүх компьютер, гар утас, таблет, телевиз, радио болон бусад орчин үеийн холбооны төхөөрөмжүүдээс олддог.
Нийт цахим төхөөрөмжүүдийн цахиурын суурьтай хагас дамжуулагч технологи нь гуравны нэгээс илүүг агуулдаг гэж тооцоолж байна.
Эцэст нь хатуу хайлшийн цахиурын карбидыг синтетик үнэт эдлэл, өндөр температурт хагас дамжуулагч, хатуу шөрмөс, зүсэх хэрэгсэл, тоормосны диск, зүсэх, сум нэвтэрдэггүй хана, халаалтын элемент зэрэг цахим болон цахим бус хэрэглээнд ашиглагддаг.
Эх сурвалж:
Ган хайлш, Ferroalloy үйлдвэрлэлийн товч түүх.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri, Seppo Louhenkilpi зэрэг болно. Gg
Төмрийн үүсгүүр дэх Ferroalloy-ийн үүрэг. 2013 оны 6-р сарын 9-13-нд. 13 дахь Олон Улсын Ferroalloys Congress. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Google+ дээр Теренсийг дагах