ما هي كثافة السيليكون؟ شرح 2.33 جم/سم3

عندما ترى قيمة كثافة السيليكون 2.33 جم/سم3، فالشرط المهم هو أنها تشير إلى السيليكون البلوري الصلب بالقرب من درجة حرارة الغرفة.

للصناعيةالسيليكون الصناعي، هذا الرقم مفيد لفهم المادة نفسها، لكنه لا يخبرك بشكل مباشر بمقدار المساحة التي ستشغلها الحقيبة أو القادوس أو الحاوية التي تحتوي على كتل السيليكون السائبة.

في درجة حرارة الغرفة، تبلغ كثافة السيليكون البلوري حوالي:

التحويل بين الوحدتين المشتركتين واضح ومباشر:

يمكن أن تنتج الاختلافات الصغيرة في القيم المنشورة عن درجة الحرارة أو النقاء أو العيوب البلورية أو ظروف القياس. بالنسبة للأعمال الهندسية العامة، فإن 2.33 جم/سم مكعب هي درجة حرارة الغرفة القياسية -المرجعية.

يتم تحديد كثافة السيليكون من خلال كتلته الذرية وطريقة ترتيب ذرات السيليكون في البلورة.

يحتوي السيليكون على كتلة ذرية تبلغ حوالي 28.09 جم / مول ويشكل أهيكل الكريستال مكعب الماسفي ظل الظروف العادية.

في هذا الهيكل، ترتبط كل ذرة سيليكون بشكل رباعي السطوح بأربع ذرات سيليكون مجاورة. الترتيب مفتوح نسبيًا مقارنة بالهياكل المتقاربة الموجودة في العديد من المعادن الشائعة.

يساعد هذا في تفسير سبب كون كثافة السيليكون أقل من كثافة العديد من المعادن الهيكلية، على الرغم من أن سطحه يبدو معدنيًا-.

كيف يحدد الهيكل البلوري كثافة السيليكون

بالنسبة للمادة البلورية، يمكن ربط الكثافة النظرية بعدد الذرات الموجودة في الخلية البلورية والكتلة الذرية ووحدة-حجم الخلية:

بالنسبة للسيليكون البلوري، يضع الترتيب المكعب الماسي ثماني ذرات سيليكون في خلية الوحدة التقليدية. وبدمجه مع الكتلة الذرية للسيليكون وأبعاده الشبكية، فإن هذا يعطي الكثافة المألوفة التي تقارب 2.33 جم/سم3 في درجة حرارة الغرفة.

النقطة الأساسية هي أن الكثافة لا يتم تحديدها بالكتلة الذرية وحدها. كما أن التباعد بين الذرات وترتيبها مهم أيضًا.

نعم. القيمة 2.33 جم/سم مكعب هي درجة حرارة الغرفة-المرجعية للسيليكون الصلب البلوري. درجة الحرارة والمرحلة والبنية الداخلية يمكن أن تغير الكثافة.

كيف تؤثر درجة الحرارة على كثافة السيليكون؟

عندما يتم تسخين السيليكون الصلب، تتوسع شبكته البلورية. ثم تحتل نفس الكتلة حجمًا أكبر قليلاً، وبالتالي فإن كثافة السيليكون الصلب تتناقص عمومًا مع ارتفاع درجة الحرارة.

بالنسبة للحسابات الهندسية حيث تكون درجة الحرارة أعلى بكثير من درجة حرارة الغرفة، فإن استخدام قيمة درجة حرارة الغرفة-بدون تصحيح قد يؤدي إلى حدوث خطأ.

ما هي كثافة المادة الصلبة مقابل السيليكون المنصهر؟

يتصرف السيليكون بشكل مختلف عن معظم المعادن الشائعة عندما ينصهر.

السيليكون السائل بالقرب من نقطة انصهارهأكثر كثافة من السيليكون البلوري الصلب. تبلغ كثافة السائل حوالي 2.5-2.6 جم/سم مكعب بالقرب من منطقة الانصهار، اعتمادًا على درجة الحرارة وظروف القياس.

وهذا يعني أن السيليكون ينقبض عندما ينصهر ويتمدد عندما يتصلب، وهو عكس السلوك الذي نشاهده في العديد من المعادن العادية.

هل يغير السليكون البلوري مقابل السيليكون غير المتبلور الكثافة؟

نعم. لا يحتوي السيليكون غير المتبلور على نفس التركيب البلوري المكعب الماسي طويل المدى-مثل السيليكون البلوري.

ولذلك يمكن أن تختلف كثافتها قليلاً وتعتمد أيضًا بشكل أكبر على طريقة الترسيب ومحتوى الهيدروجين والمسامية وظروف المعالجة.

بالنسبة لحسابات كتلة معدن السيليكون العادية، يشير المرجع 2.33 جم/سم مكعب عادةً إلى السيليكون العنصري البلوري بدلاً من فيلم السيليكون الرقيق غير المتبلور.

هل الشوائب والعيوب تغير كثافة السيليكون؟

يمكنهم ذلك، على الرغم من أن التأثير يعتمد على كميتهم وتوزيعهم.

إن معدن السيليكون الصناعي ليس مطابقًا كيميائيًا للسيليكون-عالي النقاء-الذي يعتبر أشباه الموصلات. تحتوي الدرجات التجارية على كميات خاضعة للرقابة من Fe وAl وCa وعناصر أخرى.

يمكن أن تؤدي العيوب البلورية والمسام والشوائب والشوائب إلى تغيير الكثافة المقاسة قليلاً. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم المناقشات الصناعية، تكون هذه التأثيرات أصغر بكثير من الفرق بينهماكثافة المواد الحقيقيةوالكثافة الظاهرية.

هذا التمييز مهم بشكل خاص عند العمل مع كتل معدن السيليكون الصناعية.

الالكثافة الحقيقية للسيليكونيصف الكتلة مقسومة على الحجم الفعلي لمادة السيليكون الصلبة نفسها.

الالكثافة الظاهرية لكتل ​​معدن السيليكونيصف الكتلة مقسومة على الحجم الإجمالي الذي تشغله كومة فضفاضة من المواد، بما في ذلك المساحات الفارغة بين الكتل الفردية.

نظرًا لأن كتل معدن السيليكون السائبة لا يمكنها ملء كل جزء من الحاوية، فيجب أن تكون كثافتها الظاهرية أقل من كثافة المادة الحقيقية البالغة 2.33 جم/سم مكعب.

ما الذي يتحكم في الكثافة الظاهرية لكتل ​​معدن السيليكون؟

الكثافة الظاهرية ليست مادة ثابتة واحدة. يتغير مع الحالة المادية للشحنة.

تشمل المتغيرات المهمة ما يلي:

• حجم الجسيمات:لا يتم بالضرورة تعبئة المواد مقاس 10-50 مم و50-100 مم بنفس الطريقة.
• توزيع الحجم:يمكن للقطع الصغيرة أن تملأ بعض الفراغات بين الكتل الكبيرة.
• شكل مقطوع:القطع الزاوية وغير المنتظمة تخلق أحجامًا فارغة مختلفة.
• محتوى الغرامات:يمكن للغرامات أن تغير سلوك التعبئة بشكل كبير.
• الضغط والاهتزاز:يمكن أن يسمح النقل أو المناولة بتسوية المواد السائبة.

ولهذا السبب، لا ننصح بحساب حجم شحنة معدن السيليكون على افتراض أن كل متر مكعب يحتوي على 2330 كجم من الكتل السائبة.

إذا كانت الكثافة الظاهرية الفعلية مهمة لتصميم الصومعة أو الكيس أو القادوس، فيجب قياسها من حيث الدرجة ذات الصلة وتوزيع حجم الجسيمات.

تصبح كثافة السيليكون مفيدة عندما يتعين تحويل الكتلة إلى حجم أو عندما تعتمد سعة المعدات على المساحة التي تشغلها المادة.

كثافة السيليكون لحسابات الكتلة والحجم

لقطعة السيليكون الصلبة:

يعد استخدام 2330 كجم/م3 مناسبًا عند حساب الحجم النظري للسيليكون البلوري الصلب نفسه.

إنه ليس مناسبًا تلقائيًا لكومة فضفاضة من كتل معدن السيليكون.

الكثافة الظاهرية للسيليكون في المناولة والتعبئة

بالنسبة للتعبئة الصناعية وسعة القادوس ومعالجة المواد، غالبًا ما تكون الكثافة الظاهرية هي القيمة الأكثر عملية.

على سبيل المثال، يمكن أن تشغل شحنتان من معدن السيليكون بنفس الوزن الصافي أحجامًا مختلفة إذا كانت إحداهما تحتوي على توزيع أكبر لحجم الجسيمات- أو المزيد من الغرامات.

وهذا هو السبب في أن التحكم في حجم الجسيمات والغرامات يمكن أن يكون مهمًا ليس فقط لشحن الفرن، ولكن أيضًا لسلوك التعبئة والتخزين.

كثافة السيليكون ومواصفات معدن السيليكون

نادراً ما تكون الكثافة هي معلمة القبول الرئيسية لمعدن السيليكون المعدني العادي. عادةً ما يكون التركيب الكيميائي وحجم الجسيمات أكثر أهمية في مواصفات الشراء.

على سبيل المثال، يتم التمييز بين الدرجات مثل 553، 441، 421، 3303 و2202 بشكل أساسي من خلال مستويات الشوائب الخاضعة للتحكم بدلاً من التغيرات الكبيرة في الكثافة الجوهرية للسيليكون.

يمكنك مراجعة لدينا مقارنة معدن السيليكون 553 مقابل 441 لمعرفة كيف يتم اختيار الدرجة حسب متطلبات Fe وAl وCa ومتطلبات التطبيق.

للحصول على مرجع آخر للمواصفات التجارية، راجع موقعنا مواصفات معدن السيليكون 421 .

في أعمال توريد معدن السيليكون لدينا، نؤكد الدرجة المطلوبة والتركيب الكيميائي وحجم الجسيمات وشهادة توثيق البرامج قبل الشحن. إذا كانت الكثافة الظاهرية أمرًا بالغ الأهمية لنظام التغذية أو الصومعة أو التعبئة لديك، فيجب تعريفها على أنها متطلب فيزيائي منفصل بدلاً من افتراضها من كثافة السيليكون النظرية.