金属硅

金属硅

“金属硅”（我国也称工业硅）是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体行业的兴起有关。目前，国际通用作法是把商品硅分成金属硅和半导体硅。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（近年来，含Si量99.99%的也名手在金属硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。半导体硅用于制作半导体器件的高纯度金属硅。是以多晶、单晶形态出售，前者价廉，后者价昂。因其用途不同而划分为多种规格。据统计，1985年全世界共消耗金属硅约50万吨，其中用于铝合金的金属硅约占60%，用于有机硅的不足30%，用于半导体的约占3%，其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。

硅的性质

硅是半金属之一,旧称“矽”。熔点为1412℃，密度为2.34克/厘米3。质硬而脆。在常温下不溶于酸，易溶于碱。金属硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳总重的四分之一还强，以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体：一种为暗棕色无定形粉末，性质活泼，在空气中能燃烧；另一种为性质稳定的晶体（晶态硅）。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材，优质的石英用于制作合金、金属和单晶。

硅的用途

硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。近年来非晶硅太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8%以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅，可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。八十年代的纸张——硅人们称硅为“八十年代的纸张”。这是因为纸张只能记录信息，而硅不仅能记载信息，还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机，装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容，整个机器重30吨，占地170平方米，相当于10间房子大小。而今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的硅片上，可以容纳上万个晶体管；并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热

力设备及管道上。经测试，节能效益优于石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠岩等保温材料。特种硅钙材料可用作催化剂载体，在石油炼制、汽车尾气净化等多方面广泛应用。

超纯硅

目前，超纯硅（每一千个原子中杂质不高于几个原子）是最重要的半导体材料，广泛用于计算机、微波通讯、光纤通讯、太阳能发电等方面。半导体硅材料发展很快，每年单晶硅的用量超过2500吨，硅片消费25亿平方英寸。我国硅材料的研究和生产也有很大发展，直径3英寸以下的单晶已达到国际水平，并且建立了切、磨、抛工艺和设备，但总体水平与国际上还有一定差距。所以，我国超纯硅发展潜力很大，任重道远。

为什么把现时代称为硅时代?在第七届国际晶体硅生产会议上，科学家们把现时代称为硅时代。为什么把硅提到如此高的地位呢？这是因为，当今世界正处在由工业时代走向信息时代。在工业时代，领头的是钢铁，所以钢铁生产量标志着一个国家的经济和军事实力。在信息时代，领头的是半导体材料——硅。可作半导体材料的品种为数是很多的，不过工业生产的品种并不多，主要是硅、锗、砷化镓和磷化镓等，而其中硅占目前整个半导体材料产量的90%左右。这就是人们把现时代称为硅时代的原因。

分类

金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。

工业上，金属硅通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。化学反应方程式：SiO2 + 2C → Si + 2CO 这样制得的硅纯度为97~98%，叫做金属硅。再将它融化后重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。

金属硅成分主要是硅，因此和硅具有相类似的性质。

硅有无定形硅和晶形硅两种同素异形体。

无定形硅是灰黑色粉末，实际上也是一种微晶体。

晶形硅具有金刚石的晶体结构和半导体性质，熔点1410℃ ，沸点2355℃ ，密度2.32～2.34克/厘米3，莫氏硬度 7，性脆。无定形硅化学性质活泼，在氧气中能剧烈燃烧。它在高温下与卤素、氮、碳等非金属发生反应，也能与镁、钙、铁等金属作用，生成硅化物。无定形硅几乎不溶于包括氢氟酸在内的所有无机酸和有机酸，但能溶于硝酸与氢氟酸的混合酸。浓氢氧化钠溶液能溶解无定形硅，放出氢气。晶形硅比较不活泼，即使在高温下也不与氧气化合，它也不溶于任何一种无机酸和有机酸，但可溶于硝酸和氢氟酸的混合酸以及浓氢氧化钠溶液。