ما هو السيليكون المعدني
السيليكون المعدني، الذي يتم تداوله عالميًا أيضًا باسم السيليكون الصناعي، هو عبارة عن معدن فضي-رمادي اللون يتم الحصول عليه عن طريق الاختزال الكربوثيرمي للكوارتز. دخلت الأسواق التجارية في منتصف-الستينات، بالتزامن مع النمو السريع في صناعات أشباه الموصلات والألومنيوم. في التجارة الدولية، تنقسم المادة بشكل عام إلى عائلتين: السيليكون المعدني، الذي يخدم علم المعادن والصناعات الكيماوية، والسيليكون من درجة أشباه الموصلات، والذي يتطلب نقاءًا أعلى بعدة مراتب.
طريق الإنتاج: الكوارتز وفحم الكوك في فرن كهربائي
يتم إنتاج السيليكون المعدني عن طريق صهر الكوارتز ومادة اختزال الكربون مثل فحم الكوك في -فرن كهربائي قوسي مغمور. رد فعل التخفيض الكلي هو SiO2+ 2C → سي + 2CO. تتم تغذية شحنة الفرن بشكل مستمر، ويتم استغلال السيليكون المنصهر على فترات، ثم يتم صبه وتبريده وسحقه وغربلته إلى الأحجام التي يطلبها العميل. ونظرًا لأن العملية تستهلك كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية، فإن المصاهر تقع عادةً في أماكن تكون فيها الطاقة مستقرة واقتصادية.
التحكم في التركيب والشوائب
السيليكون هو المكون الرئيسي للمنتج التجاري، وعادة ما يمثل حوالي 98% من التركيب الإجمالي، والدرجات التي تصل إلى 99.99% Si تنتمي أيضًا إلى عائلة السيليكون المعدني. أما العناصر المتبقية فهي بشكل رئيسي الحديد والألومنيوم والكالسيوم، مع كميات ضئيلة من الكربون والتيتانيوم والفوسفور. هذه الشوائب هي الأساس العملي للتصنيف: تتم كتابة كل المواصفات حول الحد الأقصى لمحتويات الحديد والألومنيوم والكالسيوم، لأن العناصر المتبقية، وليس السيليكون نفسه، هي التي تحدد كيفية سلوك المادة في فرن العميل أو حمام السبائك.
عائلات الصف ومنطق التصنيف
ينقسم معدن السيليكون إلى العديد من المواصفات بحيث يمكن لكل مستخدم مطابقة النقاء مع التكلفة. يحمل رمز الدرجة عادةً حدود الشوائب: على سبيل المثال، تشير الأرقام الموجودة في Si-553 إلى الحد الأقصى من الحديد بنسبة 0.5%، والألمنيوم بنسبة 0.5% والكالسيوم بنسبة 0.3%، بينما تشير Si-3303 إلى 0.3% و0.3% و0.03% على التوالي. يتم استخدام الدرجات ذات الأرقام الأعلى مثل Si-441 وSi-421 وSi-3303 حيث يجب التحكم بإحكام في كيمياء الذوبان، ويتم حجز الدرجات المتميزة Si-2202 وSi-1101 للمهام الأكثر تطلبًا.
| عائلة الصف | سي نموذجي (الحد الأدنى٪) | نموذجي Fe / Al / Ca (الحد الأقصى٪) | الواجب المعتاد |
|---|---|---|---|
| سي-1101 | 99.7 | 0.1 / 0.1 / 0.01 | واجبات كيميائية وإلكترونية عالية-عالية النقاء |
| سي-2202 | 99.5 | 0.2 / 0.2 / 0.02 | السبائك المتخصصة والمواد الكيميائية الدقيقة |
| سي-3303 | 99.3 | 0.3 / 0.3 / 0.03 | سبائك الألومنيوم، السيليكون |
| سي-441 | 99.0 | 0.4 / 0.4 / 0.10 | الاستخدام المعدني العام |
| سي-553 | 98.5 | 0.5 / 0.5 / 0.30 | إزالة الأكسدة وسبائك السائبة |
نمط الاستهلاك والاستخدامات النهائية
تسجل بيانات الصناعة المنشورة الاستهلاك العالمي للسيليكون المعدني بحوالي 500 ألف طن في عام 1985، يذهب حوالي 60% منه إلى سبائك الألومنيوم، وحوالي 3% إلى أشباه الموصلات، والباقي إلى صهر الفولاذ والسيراميك الدقيق. لقد تغيرت النسب منذ ذلك الحين، لكن مراكز الطلب الأساسية لم تتغير: فالسيليكون يعمل على تحسين سيولة سبائك الألومنيوم وقابليتها للصب، ويعمل كعنصر مزيل للأكسدة وعنصر صناعة السبائك في الفولاذ، ويغذي المسار الكيميائي للسيليكون والسيلان، ويزود السلاسل الكهروضوئية والإلكترونية بالمواد الخام لمزيد من التنقية.
مراقبة الجودة والتسليم
تم الإبلاغ عن التحليل الكيميائي لكل دفعة من Fe وAl وCa مقابل الدرجة المطلوبة.
تصنيف الحجم عن طريق الغربلة، مع عمليات تسليم قياسية تبلغ 10-100 ملم (90% كحد أدنى) و10-50 ملم (90% كحد أدنى)؛ يتم إنتاج قطع أخرى حسب الطلب.
التحكم في الرطوبة والغرامات لتجنب الخسائر في نظام الشحن الخاص بالعميل.
التعبئة في أكياس عالية القوة-للشحنات السائبة، أو في إطارات خشبية وبراميل حديدية عندما يطلبها المشتري، بحيث يتم نقل البضائع بأمان عن طريق البر والبحر.
يتوفر فحص -طرف ثالث- قبل الشحن بحيث يمكن التحقق من التكوين والحجم بشكل مستقل قبل الإرسال.
شراء قائمة مرجعية للمستخدمين الصناعيين
تثبيت الدرجة بحدود الشوائب، وليس بمحتوى السيليكون وحده.
مطابقة حجم الجسيمات مع طريقة الشحن: تتحمل أفران الحث قطعًا أدق من أفران القوس -المغمورة.
تأكد من أساس إعداد التقارير، نظرًا لأن الموردين المختلفين يستشهدون بمحتوى السيليكون على أسس تحليلية مختلفة.
قم بالاتفاق على ترتيبات أخذ العينات والتفتيش مسبقًا عندما تكون كيمياء الذوبان أمرًا بالغ الأهمية.
الأسئلة المتداولة
س: هل السيليكون المعدني هو نفسه السيليكون الصناعي؟
نعم. يصف كلا الاسمين منتج الفرن-الذي يتم تصنيعه عن طريق اختزال الكوارتز بالكربون؛ السيليكون الصناعي هو المصطلح التجاري، في حين أن السيليكون المعدني هو الوصف التقليدي المستخدم في علم المعادن.
س: ما هي كمية السيليكون التي يحتوي عليها السيليكون المعدني التجاري؟
تتكون المادة القياسية من حوالي 98% من السيليكون، وتصل الدرجات الممتازة إلى 99.99% من السيليكون. الأرقام الحاسمة للمشترين هي الحد الأقصى لمحتويات الحديد والألمنيوم والكالسيوم.
س: ماذا تعني الأرقام الموجودة في درجة مثل Si-553؟
الأرقام تعطي الحدود القصوى للشوائب بالتسلسل: الحديد 0.5%، الألومنيوم 0.5%، والكالسيوم 0.3%. تتيح الاتفاقية قراءة المواصفات مباشرة من اسم الصف.
س: ما هي الاستخدامات الرئيسية للسيليكون المعدني؟
تعتبر سبائك الألومنيوم المنفذ الأكبر، تليها صهر الفولاذ وإزالة الأكسدة، وكيمياء السيليكون والسيلان، والسيراميك الدقيق. يستهلك استخدام أشباه الموصلات والطاقة الكهروضوئية حصة صغيرة فقط من حمولة الفرن-.
س: ما هي أحجام الجسيمات التي يتم توفيرها عادة؟
هناك نوعان من القطع القياسية التي تهيمن على السوق: 10-100 ملم و10-50 ملم، كل منها بحد أدنى 90% ضمن النطاق المحدد. يمكن فحص التخفيضات الأخرى عند الطلب.
س: لماذا تتصرف نفس الدرجة بشكل مختلف في أفران مختلفة؟
يعتمد السلوك على توزيع الحجم ومحتوى الدقائق والرطوبة بقدر ما يعتمد على الكيمياء، ولهذا السبب يجب الاتفاق على المواصفات الفيزيائية مع المواصفات الكيميائية.
