Křemík je skutečně všudypřítomné, ale je téměř nikdy nalezen jako volný prvek v přírodě. Místo toho se vyskytuje většinou jako oxid křemičitý, běžněji známý jako písek nebo křemen, nebo v silikátových minerálech, obvykle ve formě jílu nebo horniny. Nejprve bylo navrženo, že křemičitý písek byl pravděpodobně oxidem dříve neznámého prvku Antoine Lavoisier v roce 1787. V roce 1808 Sir Humphry Davy jmenoval tento hypotetický prvek „křemíku“, kombinací latinského silex, což znamená kámen, s tradiční -ium končí často dána kovové prvky. Název byl změněn na křemík v roce 1817, jak -na konec navrhl jeho bližším vztahu k non-kovové prvky bóru a uhlíku, ale to nebylo až do roku 1823, že švédský chemik Jons Jacob Berzelius nakonec uspěl v přípravě čistého amorfního křemíku a jako první dělat tak dostal ocenění za „objevování“ prvek.

drtivá většina komerčně používaného křemíku není nikdy oddělena od materiálů, ve kterých se přirozeně vyskytuje, které jsou před použitím často zpracovávány poměrně minimálně. Silikátové jíly se používají k výrobě porcelán keramiky, porcelánu a ve výrobě keramických cihel a cementu použit jako stavební materiál. Silikát obsahující horninu, jako je žula, se používá přímo ve strukturálních a dekorativních aplikacích a křemičitý písek smíchaný se štěrkem a cementem vytváří beton. Písek se také široce používá jako brusivo a jako plnivo v plastech, gumě a barvách. Navíc, křemelina, forma křemene hornina skládající se z zkamenělé pozůstatky rozsivek, má mnoho přímé komerční využití, zejména jako absorpční, filtrační médium, mírné abrazivní, a přírodní pesticid.

rafinovanější výrobky z křemíku představují mnohem menší část komerčního využití křemíku, ale přesto jsou ekonomicky nesmírně důležité. Běžný křemičitý písek, je výchozím bodem pro výrobu řadu rafinovaný oxid křemičitý výrobky, ostatní sloučeniny křemíku, obsahující křemík slitin, a elementárního křemíku na různých úrovních čistoty, které hrají významnou roli v průmyslu. Následující odstavce poskytují přehled hlavních kategorií koncových použití křemíku, ale nepředstavují vyčerpávající seznam.

křemík ve slitinách

křemík se běžně používá jako legující prvek. Křemičitý písek je snížena s uhlíkem v přítomnosti železa na výrobu ferosilicia, které pak mohou být použity v obsahující křemík oceli. V roztaveném železe křemík pomáhá udržovat obsah uhlíku v úzkých mezích požadovaných pro danou jakost oceli. Používá se ve větších množstvích, jako u elektrické oceli, křemík příznivě ovlivňuje odpor a feromagnetické vlastnosti materiálu.

pro použití v neželezných slitinách se hutní křemík vyrábí reakcí vysoce čistého oxidu křemičitého s uhlíkem v elektrické obloukové peci. Nejběžnějšími neželeznými slitinami křemíku jsou slitiny hliníku a křemíku. Vhodné poměry hliníku a křemíku vytvářejí materiál, který během tuhnutí vykazuje velmi malou tepelnou kontrakci, což je ideální pro aplikace lití. Křemík metalurgické kvality se také používá jako vedlejší legovací činidlo v řadě dalších slitin určených pro specializované aplikace.

vysokopevnostní Keramiky

První vyrábí synteticky v devatenáctém století, z nitridu křemíku bylo známo, že věda za stejně dlouho, jako karbid křemíku, ale přesto trvalo mnohem pomalejší cesta ke komerčnímu využití. Potenciál z nitridu křemíku jako žáruvzdorný materiál byl nejprve rozpoznán v roce 1950, a ve skutečnosti materiál přišel být používán jako pojivo karbidu křemíku, keramiky, používání, které pokračuje do jisté míry i dnes. Nicméně, čistý nitrid křemíku keramika ukázalo jako velmi obtížné vyrobit, a brzy výrobních metod, a to buď za následek materiály s méně-než-ideální nebo nespolehlivé mechanické vlastnosti, nebo používané výrobní metody, které značně omezené typy dílů, které by mohly být vyráběny. Dnes, slinutý nitrid křemíku keramické komponenty mohou být vyrobeny s vynikající mechanické vlastnosti, ale to vyžaduje velmi čistého křemíku nitrid nanopowder a přesně řízené výrobní podmínky, které oba přispívají k vysoké ceně tohoto materiálu. Tyto materiály mají vynikající odolnost proti nárazům a používají se v malých součástech motoru. Navíc, z nitridu křemíku mohou být použity k výrobě kuličkových ložisek, které mohou tolerovat korozní prostředí, vysoké provozní teploty a nízké mazání vše při lepší výkon a váží méně než alternativy.

Sialony, keramika vyrobená z oxidu hlinitého, nitridu křemíku a někdy oxidů vzácných zemin, byly poprvé vyvinuty v reakci na obtíže při výrobě slinuté keramiky z nitridu křemíku. Existuje mnoho variací na sialonech, protože variace ve výchozích kompozicích i ve výrobních technikách mohou produkovat materiály s diametrálně odlišnými vlastnostmi, které jsou výsledkem rozdílů v krystalové struktuře. Některé z těchto variant si zachovávají mnoho žádoucích vlastností nitridu křemičitého a zároveň poskytují další výhodu jednodušších výrobních procesů. Jiné varianty jsou formulovány tak, aby poskytovaly další vlastnosti, jako je elektrická vodivost nebo odolnost proti poškození ve specifických chemických prostředích. V současné době se sialony používají především v řezných nástrojích a průmyslových strojních součástech vystavených extrémním podmínkám.

polovodičové vlastnosti karbidu křemíku jsou známy již od počátku dvacátého století, kdy materiál našel použití v rádiových detektorech a prvních LED diodách. Nicméně, tyto a několik dalších použití byly vyvinuty ve velmi raných dnech polovodičových zařízení, a alternativní materiály s vlastnostmi vhodnější pro tyto aplikace již byly vyvinuty, většinou přemísťovat z karbidu křemíku z jeho historických funkcí. Výzkum rozvojových karbid křemíku jako polovodiče se od té doby výslovně zaměřena na využívání svých silných stránek, mezi které patří jeho schopnost provádět při vysokých teplotách a v silných elektrických polích. Tyto vlastnosti teoreticky umožnit výrobu mnohem menší, rychlejší, energeticky efektivní, a více tepla-tolerantní elektronických zařízení, než je možné s tradiční křemík technologií. Zpočátku obtíže výrobu karbidu křemíku krystaly bez vady brání rozvoji sofistikované karbid křemíku elektroniky, ale funkční karbid křemíku diody a tranzistory jsou nyní komerčně dostupné, a na rozvoj těchto technologií probíhá.

Amorfní nitrid křemíku, který může být produkován v tenkých vrstvách pomocí chemické depozice par, je důležitý materiál v integrované obvody výroba, kde se používá jako strukturálně jako elektrický izolant nebo ochranné pasivační vrstvy, nebo jako etch maska v procesu obrábění. Navíc dopovaný křemík nitridy jsou zkoumány pro použití jako polovodiče v zařízení, jako jsou Led diody, a to jak z nitridu křemíku a sialon mohou být dopované k výrobě fosforu.

oxid Křemičitý brýle

Při běžném používání, sklo odkazuje na sodnovápenaté sklo, na bázi oxidu křemičitého skla vyrábí tavením křemenného písku spolu s uhličitan sodný, vápno, dolmite, a oxid hlinitý. Jedná se o sklo běžně používané v okenních tabulích a nápojových nádobách. Většina ostatních produktů běžně známých jako sklo je také na bázi oxidu křemičitého, ale mají odlišné složení určené k výrobě vlastností příznivých pro konkrétní použití. Například borosilikátové brýle, často prodávané pod názvem Pyrex, obsahují oxid boru, jsou pozoruhodné svou vynikající schopností odolávat tepelnému šoku a používají se pro laboratorní sklo, domácí nádobí a optické komponenty. Hlinitokřemičitanu sklo, další běžné odrůdy, se používá v kompozitní materiál ze skelných vláken, a rozbít-odolné sklo použité pro čelní skla high-rychlost vozidla a stále více vystaveny skleněné povrchy, na přenosných elektronických zařízeních, jako jsou mobilní telefony.

Alternativně může být sklo vyrobeno z čistého oxidu křemičitého bez přidání dalších sloučenin. Výsledný materiál je známý jako tavený křemen, a ve srovnání s sodnovápenatokřemičité sklo je silnější, má lepší optické vlastnosti, a lépe odolává tepelným šokům. Taje také při mnohem vyšší teplotě. Tato vlastnost, i když často žádoucí, činí výrobu podstatně nákladnější než jiné druhy skla. Proto se používá především pro aplikace, které vyžadují tyto vylepšené vlastnosti, které zahrnují výrobu přesné optické komponenty, jako jsou high-kvalitní čočky a optická vlákna, fotolitografii masky, a žárovzdorné materiály pro použití ve vysoké teplotě a laboratorních a průmyslových procesů.

Syntetický křemen

Křemene je přírodní piezoelektrický materiál, který najde využití v krystalové oscilátory, které slouží k označení času v hodiny a digitální zařízení, a standardizovat frekvenci v rádiové frekvenci zařízení. Křemen pro toto použití se obecně vyrábí synteticky z křemičitého písku, protože to umožňuje přesné inženýrství krystalických vlastností.

Silikony

Silikony jsou smíšené organické-anorganické polymery obecně se skládá z křemíku-kyslíku páteř připojena k uhlovodíků straně skupiny. Různé uhlovodíkové skupiny přítomné, křemík-kyslík řetězce délky a stupeň síťování může produkovat širokou škálu materiálů, od silikonového oleje maziva na tvrdé silikonové pryskyřice, ale všechny mají tendenci vykazovat nízkou tepelnou vodivost, chemická reaktivita, toxicita. Široká škála možných konzistencí a snadná výroba, stejně jako jejich polymerní struktura, vyvolává srovnání s plasty na bázi uhlovodíků a v domácích zařízeních se materiály někdy používají zaměnitelně. Nízká toxicita a vysoká tepelná stabilita silikonových výrobků však umožňují širší škálu použití v nádobí a zdravotnických prostředcích. Silikony se dále používají pro elektrickou a tepelnou izolaci, lepidlo, tmel, průmyslová maziva, rozpouštědla pro chemické čištění a výrobky osobní péče.

Ultra vysoká čistota křemíku v elektronice a fotovoltaika

Navzdory skutečnosti, že oplatka křemíku používá v polovodičových zařízení, představuje pouze nepatrný zlomek komerční využití prvku, tato jediná aplikace je nejvíce úzce vázána na veřejnou pojetí křemíku, jako jeho vliv na moderní život byl hluboký. I když ani první integrované obvody (germanium), ani první solární články (selen), obsažený křemík, pro většinu z historie obou odvětví, high-čistota křemíku byl nepochybně dominantní polovodičového materiálu.

pro aplikace s integrovanými obvody narušují i malé krystalové defekty malé dráhy obvodů, což vyžaduje použití monokrystalického křemíku. Tento materiál se vyrábí pomocí procesu růstu krystalů Czochralski, který vyžaduje pomalý růst jediného obrovského krystalu z roztaveného křemíku vysoké čistoty v pečlivě kontrolovaném prostředí. Integrované obvody jsou postaveny pomocí tenkých destiček vyříznutých z těchto krystalů, stejně jako křemíkové fotovoltaické články s nejvyšší účinností. Ostatní polovodičová zařízení obecně nevyžadují monokrystalický křemík, ale stále vyžadují vysokou čistotu pro kontrolu elektrických vlastností materiálu. Amorfní nebo polykrystalický křemík s vysokou čistotou se nachází ve většině křemíkových fotovoltaických článků a některých dalších polovodičových zařízeních s velkou plochou.

Syntetický oxid křemičitý přípravky

Existuje mnoho forem syntetický oxid křemíku, včetně vysrážený oxid křemičitý, koloidní oxid křemičitý, oxid křemičitý gel, pyrogenní oxid křemičitý a oxid křemičitý dým. Ačkoli každý produkt je primárně oxid křemičitý, každý je vyroben v důsledku jiného průmyslového procesu a liší se velikostí částic. Obvykle, tyto produkty jsou zaměstnáni jako mírné abrazivní látky, protispékavé nebo zahušťovadla v potravinářském, absorbants, nebo jako výplňový materiál do plastů, pryže, silikony, nebo cement, i když přesné konečné použití se liší podle formy.

silikagel je forma syntetického oxidu křemičitého, která je spotřebitelům nejznámější. Tyto mikroporézní kuličky oxidu křemičitého se běžně vyskytují v malých papírových balíčcích, které jsou součástí balení různých produktů, které absorbují přebytečnou vlhkost. Stejné absorpční vlastnosti jsou využívány pro použití v podestýlce pro kočky. Silikagel se používá také v chemii laboratoře jako stacionární fáze pro chromatografii nebo, při úpravě s kovalentně vázané funkční skupiny, jako snížení nebo chelatační činidlo.