Szilícium fémosztályokat "numerikus kódok" jellemzik, amelyek a vas (Fe), alumínium (Al) és kalcium (Ca) legnagyobb megengedett tartalmát (tízezres részekben) jelzik. Az alapminőségek megfeleltetése és szabványos alapja a következő (lásd GB/T 2881-2014 és ASTM E478-22):
| Szilikon fém minőség | Fe (Fe) Maximális tartalom | Al (alumínium) Maximális tartalom | Kalcium (Ca) Maximális tartalom | Összes szennyeződés Maximális tartalom | Alkalmazandó forgatókönyvek és alapvető követelmények |
| 1101 | 0,1% (100 ppm) | 0,1% (100 ppm) | 0,01% (10 ppm) | 0,22% vagy annál kisebb | Nagy vezetőképesség, alacsony hibák (félvezetők, fotovoltaik) |
| 2202 | 0,2% (200 ppm) | 0,2% (200 ppm) | 0,02% (20 ppm) | 0,44% vagy annál kisebb | Precíziós elektronika, csúcsminőségű{0}}szilikon |
| 3303 | 0,3% (300 ppm) | 0,3% (300 ppm) | 0,03% (30 ppm) | 0,63% vagy annál kisebb | Kiváló-minőségű szilikon, speciális ötvözetek |
| 441 | 0,4% (400 ppm) | 0,4% (400 ppm) | 0,1% (100 ppm) | 0,9% vagy annál kisebb | Autóipari alumíniumötvözetek, általános öntés |
| 553 | 0,5% (500 ppm) | 0,5% (500 ppm) | 0,3% (300 ppm) | 1,3% vagy annál kisebb | Építészeti alumíniumötvözetek, közönséges acél deoxidációja |
Jegyzet:ppm: ppm, 1%=10000ppm; a nemzetközi minőségek (például az ASTM) kissé eltérő kifejezésekkel rendelkeznek, de a szennyeződés kódolási logikája konzisztens.
A kulcsfontosságú szennyeződések hatásmechanizmusa a szilícium fém tulajdonságaira
(1) Vas (Fe): Alapvető hatás az elektromos tulajdonságokra és az ötvözetek szívósságára
Mechanizmus:A vas fémes szilíciumban intermetallikus vegyületeket képez, például FeSi2 és Fe3Si. Ezek a vegyületek félvezető vagy vezető fázisok, amelyek tönkreteszik a szilícium rácsintegritását, ami az ellenállás jelentős növekedéséhez vezet (pl. amikor a vas-tartalom 100 ppm-ről 500 ppm-re nő, a szilícium fém ellenállása 2000Ω・cm-ről 8000Ω・cm-re nő). Iparági alkalmazkodóképességi különbségek:
Félvezető/fotovoltaikus mező:A Fe-t 100 ppm alá kell szabályozni (pl.Szilícium fémminőség 1101), ellenkező esetben lerövidül a hordozó élettartama a szilícium lapkákban, és 0,5%-1%-kal csökken a fotovoltaikus cella konverziós hatékonysága;
Alumíniumötvözet mező:Megfelelő mennyiségű Fe (300-500 ppm) diszpergált erősítő fázist képezhet, javítva az ötvözet szilárdságát, de 800 ppm felett durva FeAl3 fázis keletkezik, ami 20-30%-kal csökkenti az ötvözet szívósságát és könnyű repedést a feldolgozás során.
(2) Alumínium (Al): Kiegyensúlyozó ötvözet teljesítmény- és vezetőképességi követelményei
Befolyásoló mechanizmus:Az alumínium szilíciummal szilárd Al-Si-oldatot képez, javítva az öntési folyékonyságot és az ötvözet szilárdságát. Az alumínium atomsugara azonban jelentősen eltér a szilíciumétól, és a szilárd oldat rácstorzulást okoz, ami csökkenti a vezetőképességet. Iparági kompatibilitási különbségek:
Gépjárműipari alumíniumötvözetek (pl. 6061 ötvözet kerekekhez): 441-es fokozatú szilícium fém(Al Kisebb vagy egyenlő 400 ppm) van kiválasztva. Az Al és Si szinergikusan optimalizálja az öntési teljesítményt, 10-15%-kal növelve a kerékalakítási arányt.
Elektromos alumíniumötvözetek (pl. 1350-es ötvözet vezetékekhez és kábelekhez):Osztályok lent2202 fém szilícium(Al Kisebb vagy egyenlő 200 ppm) értéket kell kiválasztani; ellenkező esetben a vezetőképesség 62%-ról 58% IACS alá esik, és nem teljesíti az energiaátviteli hatékonysági követelményeket.
(3) Kalcium (Ca): Befolyásolja a kémiai stabilitást és a folyamatkompatibilitást.
Hatásmechanizmus:A kalcium a szilícium fémben CaSi₂ formájában van jelen, erős kémiai reakciókészséget mutat, és könnyen reagál oxigénnel, kénnel és más elemekkel, alacsony -olvadáspontú- vegyületeket képezve (pl. CaO・SiO₂, olvadáspont 1464 fok). Iparági kompatibilitási különbségek:
Szerves szilícium szintézis:A Ca-tartalmat 30 ppm alá kell szabályozni (pl.Szilícium fémminőség 3303), különben katalizálja a mellékreakciókat, ami a szerves szilícium polimer molekulatömeg-eloszlásához és a szakítószilárdság 15-20%-os csökkenéséhez vezet.
Acélgyártási deoxidáció:Megfelelő mennyiségű kalcium (100-300 ppm) javíthatja az olvadt acél folyékonyságát és 10-15%-kal növelheti a kéntelenítési sebességet, de az 500 ppm-et meghaladó szintek CaC2 kemény és rideg fázist hoznak létre, csökkentve az acél ütésállóságát.
(4) Nyomnyi szennyeződések (foszfor, bór): „végzetes hatás” a csúcskategóriás{1}}mezőkön
A foszfor és a bór a fémes szilícium "kritikus nyomszennyeződésének" számít. Még 1 ppm alatti koncentrációban is jelentősen megváltoztathatják a teljesítményt:
A félvezető mezőben:A bór egy P- típusú adalékanyag, a bór pedig egy N- típusú adalékanyag. A nyomokban lévő szennyeződések ellenőrizetlen vezetőképességet okozhatnak a szilícium lapkákban, ami több mint 30%-kal csökkenti a forgácshozamot. Ezeket 0,1 ppm alá kell szabályozni (elektronikus -minőségű fémszilícium szabvány).
A fotovoltaikus területen:A 0,5 ppm-et meghaladó P- és bórkoncentráció rekombinációs központokat képezhet, csökkentve a fotogenerált hordozó élettartamát. Fotovoltaikus -minőségű fémszilíciumot (P legfeljebb 0,3 ppm, B legfeljebb 0,3 ppm) kell használni.
Szennyeződés-tartalom ellenőrzési folyamat és kimutatási módszerek
(1) Alapvető ellenőrzési folyamat
Nyersanyag tisztítás:
A nagy-tisztaságú kvarchomok (SiO₂ legalább 99,9%) és az alacsony -szennyeződésű redukálószer (kőolajkoksz-hamu legfeljebb 0,5%) van kiválasztva, hogy csökkentsék a szennyeződések forrásból való bejutását;
Az olvasztás szabályozása:
A merülő ívkemencés finomítási eljárást alkalmazzák. Az elektróda helyzetének és a kemence légkörének beállításával elősegítjük a szennyeződések salakkal való reakcióját és elválasztását. A Fe és Al eltávolítási aránya elérheti a 60-70%-ot;
Kezelés{0}}utáni tisztítás:
A csúcsminőségű-fémes szilíciumot (például elektronikus minőségű) savval- kell mosni (sósav + fluorsav keverék) és vákuumolvasztani kell. A nyomokban lévő szennyeződések eltávolítási sebessége nagyobb vagy egyenlő, mint 99%.
(2) Hiteles észlelési módszerek
Általános szennyeződések (Fe, Al, Ca):
ICP-OES (induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrométer) használatos, 1 ppm észlelési határral és 5%-nál kisebb vagy azzal egyenlő hibával;
Nyomokban lévő szennyeződések (P, B):
ICP-MS (induktív csatolású plazmatömegspektrométer) használatos, 0,01 ppm-es kimutatási határral, amely megfelel a félvezető minőségi követelményeknek;
Gyors észlelés a webhelyen{0}}:
Röntgen fluoreszcencia spektrometriát (XRF) használnak, amely 10 percen belül elvégzi a főbb szennyeződések szűrését, alkalmas az ipari gyártás minőségi ellenőrzésére.
Szennyeződéstartalom kiválasztására vonatkozó irányelvek különböző iparágakban
(1) Félvezető-/elektronikai ipar
Kiválasztási követelmények:Használjon 1101-es vagy nagyobb tisztaságú, Fe legfeljebb 100 ppm, Al legfeljebb 100 ppm, Ca legfeljebb 10 ppm, P legfeljebb 0,1 ppm, B kevesebb vagy egyenlő, mint 0,1 ppm;
Alapkövetelmények:Biztosítsa a rács integritását és az elektromos teljesítmény stabilitását, elkerülve az eszköz szennyeződések által okozott meghibásodását.
(2) Fotovoltaikus ipar
Kiválasztási követelmények:Használjon 2202-es vagy fotovoltaikus -minőségű speciális fokozatot, Fe legfeljebb 200 ppm, Al legfeljebb 200 ppm, Ca legfeljebb 20 ppm, P legfeljebb 0,3 ppm, B kevesebb vagy egyenlő, mint 0,3 ppm;
Alapkövetelmények:Mérlegkonverziós hatékonyság és költség; a szennyeződéstartalomnak meg kell egyeznie a szilícium lapka vágási és akkumulátorgyártási folyamataival.
(3) Szerves szilíciumipar
Kiválasztási követelmények:Használjon 3303-as vagy 441-es fokozatot, Fe legfeljebb 400 ppm, Al legfeljebb 400 ppm, Ca 30 ppm vagy annál kisebb;
Alapkövetelmények:Kerülje el a szennyeződések{0}}katalizált mellékreakcióit, és biztosítsa a szerves szilícium termékek egyenletes teljesítményét.
(4) Alumíniumötvözet/kohászati ipar
Kiválasztási követelmények:Használat553 minőségű szilícium fém(Fe kisebb vagy egyenlő 500 ppm, Al kisebb vagy egyenlő 500 ppm, Ca kevesebb vagy egyenlő 300 ppm) alumíniumötvözetek építéséhez, ésSzilícium 441 minőségűautóipari alumíniumötvözetekhez;
