خلوص سیلیس چگونه بر کیفیت فلز سیلیکون تأثیر می گذارد؟

سفر از کوارتز خام به خلوص-بالافلز سیلیکونبا اساسی ترین تصمیم در فرآیند تولید شروع می شود: انتخاب ماده خام سیلیس. در حالی کهفلز سیلیکونیکی از فراوان ترین مواد در صنعت مدرن است، کیفیت آن ذاتاً با خلوص سیلیسی که از آن ذوب می شود تعیین می شود. درک این رابطه برای متالوژیست‌ها، متخصصان تدارکات، و کاربران نهایی-که به ثابت وابسته هستند، ضروری است.فلز سیلیکونعملکرد در کاربردهای آلومینیوم، شیمیایی و نیمه هادی.

فوری ترین تاثیر خلوص سیلیس برفلز سیلیکونکیفیت انتقال مستقیم عناصر ناخالصی در طی فرآیند احیای کربوترمی است. هنگامی که کوارتز با خلوص بالا (معمولاً 98-99.5٪ SiO2) در کوره‌های قوس زیر آب در دمای بیش از 1800 درجه ذوب می‌شود، ناخالصی‌های موجود در سیلیس خام-به‌ویژه آلومینیوم، آهن، مولتنیون کلسیم و تیتان مستقیماً وارد می‌شود.فلز سیلیکون .

تحقیقات بر روی ذوب های سیلیکون زیر آب نشان داده است که در حالی که سیلیس حاوی سطوح ناخالصی نسبتاً پایینی است (تقریباً 0.4 ppm بور و 4 ppm فسفر)، این آلاینده ها با این وجود در مشخصات ناخالصی نهایی نقش دارند.فلز سیلیکون. برای درجه متالورژی-فلز سیلیکونمورد استفاده در آلیاژهای آلومینیوم، سطوح ناخالصی آهن تا 0.5٪، آلومینیوم تا 0.3٪ و کلسیم تا 0.2٪ برای گریدهای استاندارد مجاز است. با این حال، هنگامی که سیلیس حاوی سطوح بالایی از این عناصر باشد، نتیجه می شودفلز سیلیکونممکن است از محدودیت‌های مشخصات فراتر رود، و آن را به برنامه‌های کاربردی کم‌تر-ترغیب کند یا به مراحل پالایش پرهزینه نیاز داشته باشد.

این رابطه به ویژه برای عناصری که حذف آنها در طی پالایش بعدی دشوار است بسیار مهم است. به عنوان مثال، بور و فسفر از بین بردن آنها بسیار چالش برانگیز استفلز سیلیکوناز طریق پردازش متعارف فن‌آوری‌های تولید اختراع شده به طور خاص با نیاز به سیلیس با بور کمتر از ppm 10 و فسفر کمتر از 5 ppmw برای تولید مواد متالورژیک با کیفیت بالا به این موضوع رسیدگی می‌کنند.فلز سیلیکونمناسب برای کاربردهای پیشرفته

خلوص سیلیس به طور مستقیم تعیین می کند که کدام درجه تجاری ازفلز سیلیکونمی تواند تولید شود، با پیامدهای اقتصادی قابل توجهی. استانداردهای بین المللی طبقه بندی می کنندفلز سیلیکونبه درجات بر اساس غلظت ناخالصی مجاز، که هر کدام دارای قیمت های متفاوتی در بازار هستند و کاربردهای متفاوتی دارند.

برای A-درجهفلز سیلیکون (>99.3٪ Si)، حداکثر مقدار مجاز آهن 0.4٪، آلومینیوم 0.2٪ و کلسیم 0.1٪ است. دستیابی به این سطح از خلوص به مواد اولیه سیلیسی با سطوح ناخالصی پایینی نیاز دارد. درجه B-فلز سیلیکون (>99.0٪ Si) اجازه می دهد تا ناخالصی های کمی بالاتر: آهن تا 0.5٪، آلومینیوم 0.3٪، و کلسیم 0.2٪. نمرات پایین تر ازفلز سیلیکون(97-98.5% Si) سطوح ناخالصی به تدریج بالاتر را می‌پذیرد و می‌تواند از منابع سیلیسی ارزان‌تر و با خلوص کمتر استفاده کند.

تاثیر اقتصادی آن قابل توجه است. خلوص-بالافلز سیلیکونبرای کاربردهای شیمیایی یا آلیاژهای آلومینیوم ممتاز نسبت به مواد متالورژی استاندارد، قیمت قابل توجهی دارد. بنابراین تولیدکنندگان باید منابع سیلیس را به دقت با هدف مطابقت دهندفلز سیلیکوننمرات، با هزینه مواد خام که مستقیماً بر ارزش پیشنهادی محصول نهایی تأثیر می گذارد.

هنگامی که سیلیس حاوی سطوح ناخالصی بالا باشد، در نتیجهفلز سیلیکوننیاز به پالایش گسترده‌تری برای برآورده کردن مشخصات، افزایش هزینه‌های تولید و تأثیر بالقوه بر عملکرد دارد. انجماد جهت دار و سایر تکنیک های تصفیه می تواند بسیاری از ناخالصی های فلزی را از بین ببردفلز سیلیکون، اما این فرآیندها هزینه و پیچیدگی را اضافه می کنند.

تحقیقات نشان داده است که انجماد جهت دار می تواند بیش از 90 درصد آهن، مس و نیکل را از بین ببردفلز سیلیکون، تقریباً 50٪ از شمش پس از پردازش به خلوص 99.99٪ می رسد. با این حال، این راندمان پالایش به بار ناخالصی اولیه بستگی دارد. غلظت های بالاتر ناخالصی اولیه نیاز به زمان پردازش طولانی تری دارد، کسری از مواد مطابق با مشخصات مواد را کاهش می دهد و مصرف انرژی در هر تن ماده قابل قبول را افزایش می دهد.فلز سیلیکون.

رفتار جداسازی ناخالصی های مختلف در طول انجماد نیز بر استراتژی پالایش تأثیر می گذارد. برخی از عناصر به شدت به فاز جامد یا مایع تقسیم می‌شوند و حذف کارآمد را از طریق انجماد جهت دار ممکن می‌سازند. سایرین، از جمله بور و فسفر، ضرایب تفکیک کمتر مطلوبی از خود نشان می دهند و حذف آنها از آنها دشوارتر است.فلز سیلیکون. برای این عناصر مشکل ساز، پیشگیری از طریق انتخاب سیلیس بسیار موثرتر از تلاش برای درمان از طریق پالایش است.

خلوص سیلیس در نهایت تعیین می کند که آیافلز سیلیکونمی تواند الزامات دقیق برنامه های کاربردی-با ارزش را برآورده کند. برای تولید آلیاژ آلومینیوم، ناخالصی ها درفلز سیلیکونبه طور مستقیم بر خواص مکانیکی ریخته گری نهایی تأثیر می گذارد. برای مثال آهن، فازهای بین فلزی شکننده را در آلیاژهای سیلیکونی{1}آلومینیوم تشکیل می‌دهد که شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خستگی را کاهش می‌دهد. سازگارفلز سیلیکونکیفیت، که با خلوص سیلیس کنترل شده امکان پذیر است، برای قطعات خودرو و هوافضا که خرابی آن غیرقابل قبول است ضروری است.

برای کاربردهای شیمیایی تولید سیلیکون و سیلان،فلز سیلیکونخلوص بر بازده واکنش و کیفیت محصول تأثیر می گذارد. ناخالصی های فلزات واسطه می توانند واکنش های جانبی ناخواسته را کاتالیز کنند یا کاتالیزورهای مورد استفاده در تولید سیلیکون را غیرفعال کنند. بنابراین صنایع شیمیایی معمولاً نیاز دارندفلز سیلیکونبا پروفیل های ناخالصی کاملاً کنترل شده تنها از طریق انتخاب دقیق سیلیس قابل دستیابی است.

پرتقاضاترین کاربردها در الکترونیک و فتوولتائیک است. درجه متالورژی-فلز سیلیکونمعمولاً حاوی 1000-5000 ppm آلومینیوم، 1600-6500 ppm آهن و 35-50 ppm بور است. برای درجه الکترونیکیسیلیکون، این سطوح باید به قسمت در میلیارد-بور زیر 0.1 ppb، آهن بین 0.1-1 ppb کاهش یابد. در حالی که پالایش گسترده تبدیل می شودفلز سیلیکونهر اتم ناخالصی موجود در سیلیکای آغازین به مواد نیمه هادی{0}}به بار خالص سازی می افزاید. خلوص-بیشترفلز سیلیکوناز منابع سیلیس تمیزتر، هزینه های پالایش را کاهش می دهد و بازده نهایی مواد درجه الکترونیکی- را بهبود می بخشد.

علاوه بر ناخالصی های عمده، عناصر کمیاب موجود در سیلیس می توانند اثرات نامتناسبی بر روی داشته باشندفلز سیلیکونکیفیت عناصری مانند فسفر، بور و تیتانیوم، که در سطوح در میلیون در سیلیس وجود دارند، می توانندفلز سیلیکونبرای کاربردهای خورشیدی یا الکترونیکی نامناسب است مگر اینکه از طریق پردازش پرهزینه حذف شود.

فسفر و بور به ویژه مشکل ساز هستند زیرا به عنوان مواد ناخالص در سیلیکون عمل می کنند و مستقیماً بر خواص الکتریکی تأثیر می گذارند. برای درجه-خورشیدیفلز سیلیکون، حتی غلظت کم این عناصر بر طول عمر حامل و کارایی سلول تأثیر می گذارد. تحقیقات روی پرداخت سیلیس کلوئیدی نشان داده است که آلودگی مس و نیکل در سطوح بسیار کم می تواند به طور قابل توجهی فعالیت نوترکیبی را در سیلیکون افزایش دهد و عملکرد فتوولتائیک را کاهش دهد. این یافته‌ها بر اهمیت کنترل ناخالصی ردیابی در سراسر جهان تأکید می‌کندفلز سیلیکونزنجیره تامین

این چالش با این واقعیت تشدید می‌شود که منابع مختلف سیلیس حاوی پروفایل‌های عناصر کمیاب متفاوتی بسته به منشاء زمین‌شناسی هستند. کوارتز برزیلی، کوارتز{1}}نروژی با خلوص بالا، و منابع چینی هر کدام الگوهای ناخالصی مشخصی را نشان می‌دهند که بر نهایی تأثیر می‌گذارند.فلز سیلیکونکیفیت . تولیدکنندگان باتجربه اطلاعات دقیقی از این تغییرات حفظ می کنند و منابع سیلیس خاصی را برای موارد مختلف انتخاب می کنندفلز سیلیکوننمرات و برنامه های کاربردی

خلوص مواد اولیه سیلیس اساساً کیفیت، درجه و مناسب بودن کاربرد را تعیین می کندفلز سیلیکون. از انتقال مستقیم ناخالصی و طبقه بندی درجه تا اقتصاد پالایش و عملکرد پایین دستی، هر جنبه ای ازفلز سیلیکونکیفیت به انتخاب مواد اولیه بازمی گردد. برای تولیدکنندگان، درک خلوص سیلیس امکان بهینه سازی هزینه های تولید و موقعیت بازار را فراهم می کند. برای مصرف کنندگان، شناخت رابطه بین منابع سیلیس وفلز سیلیکونکیفیت از تصمیمات خرید آگاهانه و برنامه های تضمین کیفیت پشتیبانی می کند. با افزایش تقاضا برای- خلوص بالاترفلز سیلیکوندر کاربردهای فتوولتائیک و الکترونیکی، اهمیت منابع سیلیس ممتاز تنها افزایش می یابد و این اصل اساسی را تقویت می کند که کیفیتفلز سیلیکونبا سیلیس با کیفیت شروع می شود.