Кремний

Технический и поликристаллический кремний

Кремний — металлоид Si, который при определенных условиях обладает свойствами металлов и неметаллов. Занимает примерно 30% в составе земной коры, залегает в виде кремнеземов, шпатов, кварцитов, силикатов. По распространенности уступает только кислороду. Из-за кристаллической формы, темно-серого цвета и характерного блеска неотличим от других металлов. В промышленности материал, очищенный от примесей (с чистотой 98,5–99%), используется под названиями металлургический, технический, металлический кремний разных марок: Кр00, Кр0, Кр1, Кр2.

Производство металлического кремния

Металлургический Si получают выплавкой в рудно-термической печи при +1800°С. После остывания дробят на куски (монокристаллы), отливают в слитки, производят прокат и тонкий порошок. В жидком состоянии материал сжимается, при отвердевании расширяется и образует алмазную кристаллическую решетку. За счет 4 свободных электронов он легко связывается с другими элементами.

Металлоид повлиял на развитие радиоэлектроники и гелиоэнергетики. Первым на изготовление полупроводников пошел германий, но Si его быстро вытеснил. С 1954 г. из него делают транзисторы и фотоэлектрические панели, питающиеся от солнечной энергии (на них работал первый искусственный спутник, запущенный в 1958 г). Для выпуска солнечных модулей мощностью 1 мВт требуется около 5 т поликремния. Цена кремния за тонну зависит от способа производства, от затрат электроэнергии.

Металлоид и его соединения обладают высокой прочностью, легко выдерживают давление, кратковременный нагрев до +2000°С, резкие скачки температур. Способны работать в агрессивных средах. Пока нет равноценной замены кремневым материалам.

Применение

Производители металлопродукции закупают кремний оптом в больших количествах. Его используют как легирующие добавки, улучшающие свойства стали, чугуна и сплавов алюминия, железа, меди, магния. Входя в состав разных конструкционных материалов, Si облегчает их вес, расширяет области применения.

Технический кремний идет на изготовление:

• космических приборов;
• нагревательных элементов;
• синтетических каучуков;
• стекла, огнеупорных изделий,
• боеприпасов, пуленепробиваемых жилетов;
• электродов, высокотемпературных полупроводников.

Можно купить кремний в чушках, прутках, кругах, пластинах. В химической промышленности он идет на выпуск дымящихся кремнеземов в качестве осушителя или загустителя. В большом количестве его добавляют в силиконы: пасты, клеи, герметики, смазки.

Сверхтвердый карбид (карборунд SiC) применяют для получения режущих алмазных инструментов, керамики, тормозных колодок, съемных абразивных дисков для шлифовальных машинок.

Поликристаллический Si с чистотой 6N =99,9999% и очищенный металлургический Si-umg служит основным сырьем электронной промышленности — идет на изготовление чипсетов: процессоров, микросхем, микрочипов. Без кремневых составних не обходится выпуск компьютеров, смартфонов, умных гаджетов. Это главный элемент при производстве плат, интегральных схем, светодиодов. Si используют в работе солнечных батарей (15% сырья потребляет «зеленая» гелиоэнергетическая промышленность).

Цена кремния зависит от марки, от чистоты. Металлоизделия и неметаллопродукция из него производятся в 44 странах, ежегодно в мире перерабатываются сотни тысяч тонн сырья.