کاربردهای اصلی فلز سیلیکون در صنعت چیست؟

فلز سیلیکونیک ماده متالورژیکی با خلوص بالا- که معمولاً حاوی 98.5٪ تا 99.99٪ سیلیکون است، به عنوان یک ماده خام اساسی در چندین بخش صنعتی عمل می کند. ترکیب منحصر به فرد آن از خواص نیمه هادی، پایداری حرارتی و ویژگی های آلیاژی آن را برای تولید مدرن ضروری می کند. آشنایی با کاربردهای اصلیفلز سیلیکونبینش اساسی در مورد نقش حیاتی آن در اقتصاد جهانی ارائه می دهد.

صنعت آلومینیوم بزرگترین مصرف کننده استفلز سیلیکونکه تقریباً 49 تا 60 درصد از کل تقاضای جهانی را تشکیل می دهد. وقتی به آلومینیوم اضافه می شود،فلز سیلیکونبه طور قابل توجهی خواص مکانیکی فلز را افزایش می دهد، استحکام، سختی و قابلیت ریخته گری را بهبود می بخشد و در عین حال ویژگی های سبک وزن را حفظ می کند.

فلز سیلیکونبه عنوان یک عنصر آلیاژی حیاتی عمل می کند که انقباض و ترک خوردگی را در طول انجماد به حداقل می رساند و امکان تولید قطعات ریخته گری آلومینیومی پیچیده را فراهم می کند. این ویژگی به ویژه در تولید خودرو ارزشمند است، جایی که آلیاژهای آلومینیوم{1}}سیلیکون به طور فزاینده‌ای جایگزین اجزای چدن سنگین‌تر می‌شوند. بلوک‌های موتور، سرسیلندرها و رینگ‌های چرخ کاربردهای رایجی را نشان می‌دهندفلز سیلیکون-حاوی آلیاژهای آلومینیوم بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری باعث کاهش وزن می‌شود.

روند سبک وزن در حمل و نقل به طور مستقیم هدایت می کندفلز سیلیکونمصرف هر 10 درصد کاهش وزن خودرو به معنای تقریباً 6 تا 8 درصد بهبود در راندمان سوخت است. با رشد تولید خودروهای الکتریکی سالانه بیش از 20 درصد، تقاضا برایفلز سیلیکوناز تولید کنندگان آلیاژ آلومینیوم همچنان تقویت می شود. درجه متالورژیفلز سیلیکونمورد استفاده در این بخش معمولاً حاوی 98.5-99.5٪ سیلیکون است که الزامات عملکرد را با ملاحظات هزینه متعادل می کند.

صنایع شیمیایی دومین حوزه کاربردی عمده برایفلز سیلیکونتقریباً 30 تا 35 درصد از تولید جهانی را برای تولید سیلیکون مصرف می کند.فلز سیلیکونبه عنوان ماده خام اساسی برای تولید سیلوکسان ها و سیلیکون ها از طریق فرآیندهای سنتز مستقیم عمل می کند.

سیلیکون های مشتق شده ازفلز سیلیکونویژگی های استثنایی از جمله پایداری حرارتی، آب گریزی، عایق الکتریکی و انعطاف پذیری در محدوده های وسیع دما را نشان می دهد. این ویژگی‌ها مواد سیلیکونی را در صنایع مختلف- ضروری می‌سازد:

ساخت و ساز: درزگیرها، چسب ها و مواد ضد آب و هوا

مراقبت های بهداشتی: ایمپلنت های پزشکی، لوله و تجهیزات جراحی

الکترونیک: محصور کننده ها، پوشش های منسجم و مواد رابط حرارتی

منسوجات: درمان‌ها و نرم‌کننده‌های پارچه‌های دافع آب-

بازار جهانی سیلیکون بسیار متمرکز است و پنج تولیدکننده بزرگ تقریباً 85 درصد از تولید را به خود اختصاص می دهند. این ادغام تقاضای پایدار و بلندمدت-برای درجه-شیمیایی ایجاد می‌کند.فلز سیلیکونرعایت مشخصات خلوص دقیق

بخش انرژی خورشیدی سریع‌ترین-در حال رشد برنامه را نشان می‌دهدفلز سیلیکون، تقریباً 12.4٪ سالانه افزایش می یابد.فلز سیلیکونبه عنوان ماده اولیه ضروری برای تولید پلی سیلیکون عمل می کند که سپس به سلول های خورشیدی پردازش می شود. خلوص-بالافلز سیلیکون(99.9999٪ یا بالاتر) برای ایجاد ویفرهای سیلیکونی کریستالی که اساس تقریباً 95٪ از تمام پانل های خورشیدی تولید شده در سطح جهانی را تشکیل می دهد، اصلاح بیشتری انجام می شود.

رشد صنعت فتوولتائیک به طور مستقیم بافلز سیلیکونتقاضا افزایش ظرفیت جهانی فتوولتائیک خورشیدی در سال 2023 به 348 گیگاوات رسید، با سرعت بخشیدن به تاسیسات در اقتصادهای در حال توسعه. ابتکارات دولت از جمله قانون کاهش تورم ایالات متحده و چهاردهمین برنامه پنج ساله چین همچنان به پذیرش انرژی خورشیدی ادامه می‌دهد و چین به تنهایی 1200 گیگاوات ظرفیت ترکیبی خورشیدی و بادی را تا سال 2030 هدف قرار داده است.

پیشرفت های اخیر فناوری درفلز سیلیکوناستفاده برای کاربردهای خورشیدی شامل استراتژی‌های کاهش نقره برای سلول‌های اتصال ناهمگون است، جایی که محققان با موفقیت محتوای نقره را با حفظ کارایی به حداقل رسانده‌اند. چنین نوآوری هایی تضمین می کند کهفلز سیلیکونعلیرغم تحقیقات مداوم در مورد فناوری‌های جایگزین لایه نازک، ماده نیمه‌رسانای غالب برای کاربردهای فتوولتائیک باقی می‌ماند.

نیمه هادی های الکترونیکی نشان دهنده بالاترین-ارزش کاربرد برای-فوق العاده خالص هستند.فلز سیلیکون. تقریباً 98٪ از تمام دستگاه های نیمه هادی از سیلیکون به عنوان ماده بستر استفاده می کنند.فلز سیلیکونپایه و اساس صنعت الکترونیک جهانی

برای کاربردهای نیمه هادی،فلز سیلیکونباید حداقل سطوح خلوص 99.999% (5N) و اغلب به 99.9999999% (9N) برای مدارهای مجتمع پیشرفته برسد. این خلوص- فوق العاده بالافلز سیلیکوناز طریق فرآیندهای رشد کریستالی از جمله روش Czochralski برای مدارهای مجتمع و پالایش منطقه شناور برای الکترونیک قدرت به سیلیکون تک کریستالی تبدیل می‌شود.

تقاضای صنعت نیمه هادی برایفلز سیلیکونبا فناوری های نوظهور به رشد خود ادامه می دهد:

• زیرساخت 5G: نیاز به اجزای RF با فرکانس بالا-
• اینترنت اشیا (IoT): میلیاردها حسگر و دستگاه متصل
• هوش مصنوعی: پردازنده های تخصصی برای یادگیری ماشین
• الکترونیک قدرت: دستگاه های کاربید سیلیکون برای وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم های انرژی تجدید پذیر

هزینه جهانی تجهیزات ویفر نیمه هادی در سال 2023 از 99 میلیارد دلار فراتر رفت که نشان دهنده سرمایه گذاری پایدار در ظرفیت تولید مبتنی بر سیلیکون-است.

فراتر از کاربردهای سنتی،فلز سیلیکوندر فناوری‌های-نسل بعدی شهرت پیدا می‌کند. باتری‌های لیتیوم{2} یون یک بازار نوظهور به‌ویژه را نشان می‌دهند، با آندهای کامپوزیت سیلیکونی-گرافیت تا ده برابر ظرفیت نظری بالاتری نسبت به آندهای گرافیت معمولی دارند. تولید کنندگان باتری به طور فزاینده ای را ترکیب می کنندفلز سیلیکونبه فرمولاسیون آند برای افزایش چگالی انرژی، با بخش باتری EV به تنهایی انتظار می رود که تقریباً 150000 تن متریک مصرف کند.فلز سیلیکونسالانه توسط 2027 .

برنامه های کاربردی در حال ظهور اضافی عبارتند از:

• تولید مواد افزودنی: پودرهای آلیاژ سیلیکون برای پرینت سه بعدی اجزای سبک وزن
• دستگاه های ترموالکتریک: مواد مبتنی بر سیلیکون-برای بازیابی حرارت هدر رفته
• فیبرهای نوری: خلوص-بالافلز سیلیکونبرای زیرساخت های مخابراتی
• مواد نسوز: پودر فلز سیلیکون بهبود پایداری حرارتی و مقاومت در برابر سایش

برنامه های اصلی ازفلز سیلیکوناز آلیاژهای آلومینیوم سنتی و تولید سیلیکون گرفته تا بخش‌های فتوولتائیک و نیمه هادی با رشد بالا-، با فناوری‌های نوظهور باتری که آماده ایجاد تقاضای بیشتر هستند. هر کاربرد به سطوح خلوص و اشکال فیزیکی خاصی نیاز داردفلز سیلیکون، ایجاد بخش های بازار متمایز با مسیرهای رشد و ارزش پیشنهادی متفاوت است. از آنجایی که صنایع جهانی سبک وزن، برق رسانی و پذیرش انرژی های تجدیدپذیر را دنبال می کنند،فلز سیلیکونیک ماده اساسی برای پیشرفت تکنولوژی در بخش های مختلف باقی خواهد ماند.