Sùil air an silicon leth-mheatailt
Tha silicon meatailt meat ghlas agus lom-ghlan a tha air a chleachdadh gus stàilinn, ceallan grèine agus microchips a dhèanamh.
Is e Silicon an dàrna eileamaid as pailt ann an crust na talmhainn (air cùl ach oxygen) agus an ochdamh eileamaid as cumanta anns a 'chruinne-cè. Gu dearbh, is dòcha gu bheil faisg air 30 sa cheud de chudthrom crùisgeir an ùir air adhbharachadh gu sileacain.
Tha an eileamaid le àireamh atamach 14 gu nàdarra a 'tachairt ann am mèinnearaich silicate, a' gabhail a-steach silica, feldspar, agus mica, a tha nam prìomh phàirtean de chreagan cumanta leithid quartz agus clach-gainmhich.
Tha silicon air leth-mheatailte (no metalloid ), a 'cumail cuid de fheartan an dà chuid meatailt agus neo-mheatailtean.
Coltach ri uisge - ach aocoltach ris a 'chuid as motha de mheatalan - cùmhnantan sileacain anns an stàit lìonaidh aice agus a' leudachadh mar a tha e a 'daingneachadh. Tha puingean leaghaidh is ghoil ann an ìre mhath àrd, agus nuair a tha criostail a 'cruthachadh structar criostail ciùbach le daoimean.
Is e cruaidh-chudromach a th 'ann an dreuchd silicon mar leth-chonnsair agus an cleachdadh ann an dealan-dealan structar atamach na h-eileamaid, a tha a' toirt a-steach ceithir leictronairean faicsinneachd a leigeas le silicon ceangal a dhèanamh ri eileamaidean gu furasta.
Properties:
- Atomic Symbol: Si
- Àireamh Atamach: 14
- Buidheann Element: Metalloid
- Dlùthsachd: 2.329g / cm3
- Rubha Fiodha: 2577 ° F (1414 ° C)
- Point Boiling: 5909 ° F (3265 ° C)
- Cunnart Moh: 7
Eachdraidh:
Tha a 'cheimigeir Suaineach, Jons Jacob Berzerlius, air a chreidsinn leis a' chiad shìonacleachadh ann an 1823. Rinn Berzerlius seo air adhart le bhith a 'teasachadh potaisium meatailt (a bha air a bhith air leth iomallach o chionn deich bliadhna roimhe) ann an cromag còmhla ri fluorosilicate potasium.
B 'e an toradh an t-silicon mì-sgaoilte.
Ach, a 'dèanamh silicon criostalach, feumar barrachd ùine. Cha bhiodh sampall electrolytic de shìonacleac criostalach air a dhèanamh airson trì deicheadan eile.
Bha a 'chiad chleachdadh malairteach de silicon ann an cruth aiseag.
Às deidh ùrachadh Henry Bessemer air gnìomhachas togail stàilinn ann am meadhan an 19mh linn, bha ùidh mhòr aige ann an metalanur stàilinn agus rannsachadh ann an dòighean togail stàilinn.
Ro àm a 'chiad lùth-ghnìomhachais gnìomhachasach anns na 1880an, chaidh cudrom a thoirt air cho cudromach' sa bha silicon ann a bhith a 'leasachadh seasmhachd ann an iarainn muc agus stàilinn deoxidizing.
Chaidh a bhith a 'dèanamh tràth-fhiodha air a dhèanamh ann an àirneis sèididh le bhith a' lùghdachadh mhòran guail le gual-fhiodha, agus mar thoradh air iarann muc airgid, fiolm le suas ri 20% de shusbaint silicon.
Le bhith a 'leasachadh fhùirneis arc-dealain aig toiseach na 20mh linne, chan e a-mhàin gun toireadh barrachd toradh stàilinn , ach cuideachd barrachd toraidh.
Ann an 1903, thòisich buidheann a bha a 'dèanamh eòlais air a bhith a' dèanamh an ferroalloy (Compagnie Generate d'Electrochimie) ag obair sa Ghearmailt, san Fhraing agus san Ostair agus, ann an 1907, chaidh a 'chiad lusan silicon malairteach anns na SA a stèidheachadh.
Cha b 'e dèanamh stàil an aon iarrtas airson companaidhean sileacain a chaidh a mhaoineachadh ro dheireadh an 19mh linn.
Gus diamaint cuthach a dhèanamh ann an 1890, bha Edward Goodrich Ason a 'teasachadh silicate aluminium le coca-pùdar agus a' toirt a-mach carbid sileacain (SiC).
Trì bliadhna an dèidh sin, chuir Mac a 'Phearsain an dòigh riochdachaidh aige agus stèidhich e Companaidh Carborundum (carborundum mar an t-ainm cumanta airson carbon carbide aig an àm) airson a bhith a' dèanamh agus a 'reic stuthan sgudail.
Ro thoiseach an 20mh linn, chaidh feartan giùlain carboin sileacain a thoirt gu buil cuideachd, agus chaidh an cumadh a chleachdadh mar lorgairear ann an radiaran bàtaichean tràth. Chaidh patent airson lorgairean criostail silicon a thoirt do GW Pickard ann an 1906.
Ann an 1907, chaidh a 'chiad diodal solais aotrom (LED) a chruthachadh le bhith a' cur boltachd gu criostail silicon carbide.
Tro na 1930an dh'fhàs cleachdadh silicon le leasachadh stuthan ceimigeach ùra, a 'gabhail a-steach silanes agus silicones.
Tha ceangal eadar-dhealaichte air fàs dealanach thairis air an linn a dh'fhalbh le silicon agus na togalaichean sònraichte aige.
Ged a bha cruthachadh nan ciad transistorearan - na h-àrdaichearan gu microchips an latha an-diugh - anns na 1940an an eisimeil germanium , cha b 'fhada gus an do chuir silicon an co-ogha-mheallanach aige a-steach mar stuth semiconductor nas seasmhaiche.
Thòisich Bell Labs agus Texas Instruments gu h-malairteach ann an 1954 a bha a 'dèanamh luchd-transistors stèidhichte air silicon.
Chaidh a 'chiad chuairtean aonaichte sileacain a dhèanamh sna 1960an agus, anns na 1970an, bha luchd-deasachaidh anns an robh silicon air an leasachadh.
Seach gu bheil teicneolas leth-chuairteachadh stèidhichte air silicon a 'cruthachadh cnàimh-droma dealanach is coimpiutaireachd an latha an-diugh, cha bu chòir a bhith na iongnadh gu bheil sinn a' toirt iomradh air ionad gnìomhachais airson a 'ghnìomhachais seo mar' Silicon Valley. '
(Airson sùil mhionaideach air eachdraidh agus leasachadh teicneòlas Silicon Valley agus meanbh-chriomagan, tha mi a 'moladh gu mòr am prògram aithriseachd Experience Ameireaganach leis an ainm Silicon Valley).
Cha b 'fhada às deidh dha na ciad transistors fhosgladh, bha obair Bell Labs le silicon ag adhbhrachadh ath-leasachadh mòr ann an 1954: A' chiad chealla photovoltaic (solar) silicon.
Roimhe seo, bhathas a 'creidsinn gu robh a' chuid as motha den bheachd a bha a 'cleachdadh lùth bhon ghrèin gus cumhachd a chruthachadh air an talamh. Ach dìreach ceithir bliadhna an dèidh sin, ann an 1958, bha a 'chiad saideil a bha air a thionndadh le ceallan grèine silicon a' cladhach air an talamh.
Ro na 1970an, bha tagraidhean coimearsalta airson teicneòlasan grèine air fàs gu tagraidhean tìreil leithid solas cumhachdachaidh air clàran ola far-oirthir agus slighean rèile.
Thairis air na fichead bliadhna a chaidh seachad, tha cleachdadh lùth na grèine air fàs gu sònraichte. An-diugh, tha teicneòlasan photovoltaic stèidhichte air sileacan a 'toirt cunntas air timcheall air 90 sa cheud de mhargaidh lùth-grèine na cruinne.
Riochdachadh:
Tha a 'mhòr-chuid de silicon a chaidh a ghlanadh gach bliadhna - timcheall air 80% - air a thoirt gu buil mar inneal-fiodha airson a chleachdadh ann an dèanamh iarainn agus stàilinn . Gabhaidh ferrosilicon a bhith ann an àite sam bith eadar 15 agus 90 sa cheud silicon a rèir riatanasan an leaghadair.
Thathar a 'dèanamh co - ionnan iarann agus sileacain le fùirneis arc le dealan le uisge le uisge air a leaghadh. Tha mèinn bheairteach Silica agus stòras carboin leithid gual coileach (gual meatailt) air am brùthadh agus air a lìonadh a-steach don fhùirneis còmhla ri iarann sgrap.
Aig teòthachd thar 1900 ° C (3450 ° F), bidh carbon a 'dèiligeadh ris an ocsaig a tha an-dràsta anns a' mhèinn, a 'cruthachadh gas carbon monocsid. Bidh an iarann agus silicon a tha air fhàgail, an uair sin, a 'tighinn còmhla gus fiodh-leac leòmhainn a dhèanamh, a ghabhas a chruinneachadh le bhith a' tapadh bonn an fhùirneis.
Aon uair 's gu bheil e air fhuarachadh agus air a chruadhachadh, faodar an ferrosilicon an uairsin a chur air falbh agus a chleachdadh gu dìreach ann an dèanamh iarann agus stàilinn.
Tha an aon dhòigh, gun a bhith a 'toirt a-steach iarann, air a chleachdadh gus silicon ìre metallurgical a dhèanamh a tha nas motha na 99 sa cheud fìor-ghlan. Tha silicon metallurgical cuideachd air a chleachdadh ann am leaghadh stàilinn, a bharrachd air a bhith a 'dèanamh alloidhean tilgeil aluminium agus ceimigean silane.
Tha silicon metallurgical air a chomharrachadh le ìrean ìmpidhidh iarainn, alùmanum , agus calcium a tha an-dràsta anns an alloy. Mar eisimpleir, tha 553 de mheatailt silicon a 'toirt nas lugha na 0.5% de gach iarainn agus alùmanum, agus nas lugha na 0.3% de calcium.
Tha timcheall air 8 millean tunna meadhanach de aiseag air a dhèanamh gach bliadhna air feadh an t-saoghail, le Sìona a 'cunntadh mu 70 sa cheud den iomlanachd seo. Am measg nan riochdairean mòra tha Buidheann Erdos Metallurgy, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Buidheann OM Stuthan agus Elkem.
Tha 2.6 millean tunna meadhanach de shilicon metallurgical - no mu 20 sa cheud den mheata meatailt làn - air a dhèanamh gach bliadhna. Tha Sìona, a-rithist, a 'cunntadh airson timcheall air 80 sa cheud den toradh seo.
Tha e na iongnadh do mhòran gu bheil ìre grèine agus dealanach silicon a 'toirt cunntas ach beagan beag (nas lugha na dà cheud às a' cheud) de na h-uile toradh sileacain mìorbhaileach.
Gus ùrachadh gu meatailt silicon ìre-grèine (polysilicon), feumaidh an purity meudachadh gu suas ri 99.9999% (6N) silicon glan. Tha seo air a dhèanamh tro aon de thrì dhòighean, an dòigh as cumanta air pròiseas Siemens.
Tha Pròiseas Siemens a 'gabhail a-steach tasgadh steam ceimigeach de gas so-leònte ris an canar trichlorosilane. Aig 1150 ° C (2102 ° F) tha trichlorosilane air a sèideadh air sìol silicon àrd purmhachd a tha air a shuidheachadh aig ceann slat. Mar a tha e a 'dol seachad, tha silicon àrd purity bhon gas air a thasgadh air an t-sìol.
Thathas cuideachd a 'cleachdadh ath-bheothachadh leabaidh fluid (FBR) agus teicneòlas silicon ìre metallurgical (UMG) àrdachadh airson a bhith a' cur ris a 'mheatailt gu poileas a tha freagarrach don ghnìomhachas photovoltaic.
Chaidh 230,000 tunna meadhanach de phoileasaidh a dhèanamh ann an 2013. Am measg nan riochdairean as motha tha GCL Poly, Wacker-Chemie, agus OCI.
Mu dheireadh, airson silicon ìre electronics a dhèanamh freagarrach don ghnìomhachas leth-chonnsair agus cuid de theicneòlasan photovoltaic, feumaidh poileasaidh a bhith air atharrachadh gu silicon monocrystal ultra-purh tro phròiseas Czochralski.
Gus seo a dhèanamh, thèid am polysilicon a leaghadh ann an cealbag aig 1425 ° C (2597 ° F) ann an àile fhàsach. Tha slat air a shuidheachadh le criostail sìol an uair sin air a thionndadh anns a 'mheatailt leòmhainn agus air a thionndadh agus a thoirt air falbh gu slaodach, a' toirt ùine don silicon fàs air an stuth sìol.
Is e slat (no boule) de shreap meatailt singilte criostail a th 'anns an toradh a dh' fhaodadh a bhith cho àrd ri 99.999999999 (11N) sa cheud. Faodar an slat seo a chòmhdach le boron no fosphorous mar a dh 'fheumas e gus na feartan meacanaigeach quantum a thoirt a-mach mar a dh' fheumar.
Faodar an slat monocrystail a thoirt do luchd-dèiligidh mar a tha, no air a sgoltadh gu sgàthan agus air a dhealbh no air an teasachadh airson luchd-cleachdaidh sònraichte.
Iarrtasan:
Ged a tha timcheall air deich millean tunna meatair de fhiodha agus silicon meatailt air a dhealbh gach bliadhna, tha a 'mhòr-chuid de shìonacreac a thèid a chleachdadh gu malairt ann an cruth mèinnirean silicon, a tha gan cleachdadh ann a bhith a' dèanamh a h-uile càil bho sment, mortair, agus crèadhaireachd, gu glainne agus polymers.
Is e Ferrosilicon, mar a chaidh ainmeachadh, am foirm as cumanta de silicon meatailte. Bhon a chaidh a chleachdadh an toiseach mu 150 bliadhna air ais, tha fòlaidheachd air a bhith fhathast na àrachas cudromach ann an cruthachadh carbon agus stàilinn stainless . An-diugh, is e leaghadh stàilinn an luchd-cleachdaidh fiodha as motha.
Ged a chithear susbaint na làraich leis an t-sealladair lìn a th 'agaibh, Tha e na ro-chonnadh ann a bhith a 'dèanamh magnesium ferrosilicon, inneulizer a chaidh a chleachdadh gus iarann lùbte a dhèanamh, a bharrachd air pròiseas Pidgeon airson a bhith a' dèanamh a-mach magnesium fìor-ghlan.
Faodar ferrosilicon a chleachdadh cuideachd airson a bhith a 'dèanamh teas agus cnàmh-chnàimh a tha a' strì ri alloidhean silicon iongantach a bharrachd air stàilinn silicon, a thathar a 'cleachdadh ann a bhith a' dèanamh electro-motors agus cruth-atharrachaidh.
Faodar silicon metallurgical a chleachdadh ann a bhith a 'dèanamh stàilinn a bharrachd air àidseant alloining ann an casting aluminium. Tha pàirtean càr Aluminium-silicon (Al-Si) aotrom agus nas làidire na pàirtean a th 'air an tilgeil bho aluminium fìor-ghlan. Tha pàirtean uidheamachd mar bhlocaichean einnsein agus rùsgan teine cuid de na pàirtean silicon a th 'air a thionndadh as cumanta.
Tha faisg air an leth de silicon metallurgical air a chleachdadh leis a 'ghnìomhachas cheimigeach gus silica fume (àidsear tiùrsach agus dealachaidh), silanes (cuideigin co-chòrdail) agus silicone (sealants, greimichean agus innealan) a chleachdadh.
Tha poileasaidh ìre Photovoltaic air a chleachdadh gu h-àraidh ann a bhith a 'dèanamh ceallan grèine. Tha feum air mu chòig tunna de phoileas gus aon mhegawatt de mhodalan grèine a dhèanamh.
An-dràsta, tha teicneolas grèine dealasach a 'toirt seachad còrr is leth de lùth na grèine air a dhèanamh gu cruinne, agus tha teicneòlas monosilicon a' cur mu 35%. Gu h-iomlan, tha 90% de lùth na grèine a chleachdas daoine air a chruinneachadh le teicneòlas stèidhichte air silicon.
Tha silicon Monocrystal cuideachd na stuth leth-choltach riatanach a lorgar ann an electronics ùr-nodha. Mar stuth fiodha a thathar a 'cleachdadh ann a bhith a' cruthachadh transistors èifeachd achaidhean (FETan), LEDs agus cuairtean amalaichte, gheibhear silicon ann an coimpiutairean air fad, fònaichean-làimhe, tablaidean, telebhiseanan, radios agus innealan conaltraidh ùr-nodha eile.
Thathar a 'meas gu bheil barrachd air aon trian de na h-innealan dealanach air fad a' gabhail a-steach teicneòlas leth-sheangaidh stèidhichte air silicon.
Mu dheireadh, thathar a 'cleachdadh an co-dhruim silicon cruaidh ann an caochladh thagraidhean eileagtronaigeach no neo-eileagtronaigeach, a' gabhail a-steach èididhean synthetach, leth-teasachadh teas àrd, crèadha cruaidh, innealan gearraidh, diosan breic, sgrathan, èideadh-bhratagan agus eileamaidean teasachaidh.
Stòran:
Chunntas - Beagan eachdraidh air a bhith a 'riochdachadh cruth-tìre agus fiodha stàilinn.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri agus Seppo Louhenkilpi. Deer
A thaobh Dleastanasan Tiomnadh ann an Obair Stàilinn. Ògmhios 9-13, 2013. An treas co-labhairt deug de Chomann Eadar-nàiseanta Eadar-nàiseanta. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Lean Terence air Google+