Silicon er virkelig allestedsnærværende, men findes næsten aldrig som det frie element i naturen. I stedet forekommer det mest som siliciumdiokse, mere almindeligt kendt som sand eller kvarts, eller i silikatmineraler, generelt i de fundne i form af ler eller sten. Det blev først foreslået, at silicasand sandsynligvis var iltet af et tidligere ukendt element af Antoine Lavoisier i 1787. I 1808 kaldte Sir Humphry Davy dette hypotetiske element” silicium”, der kombinerede den latinske Sileks, der betyder sten, med den traditionelle-IUM-afslutning, der ofte blev givet til metalliske elementer. Navnet blev ændret til silicium i 1817, da slutningen antydede dets tættere forhold til de ikke-metalliske elementer bor og kulstof, men det var først i 1823, at den svenske kemiker Jons Jacob Berselius endelig lykkedes at forberede rent amorft silicium og som den første til at gøre det fik æren for at “opdage” elementet. langt størstedelen af silicium, der anvendes kommercielt, adskilles aldrig ud af de materialer, hvori det forekommer naturligt, som ofte behandles ret minimalt før brug. Silikat ler bruges til at producere hvidkalkskeramik såsom porcelæn og til fremstilling af keramiske mursten og cement, der bruges som byggematerialer. Silikatholdig sten som granit anvendes direkte i strukturelle og dekorative applikationer, og silicasand blandet med grus og cement producerer beton. Sand bruges også bredt som slibemiddel og som fyldstof i plast, gummi og maling. Derudover har kiseljord, en form for silica rock bestående af fossiliserede rester af diatomer, mange direkte kommercielle anvendelser, især som et absorberende middel, et filtreringsmedium, et mildt slibemiddel og et naturligt pesticid.

mere raffinerede siliciumprodukter tegner sig for en meget mindre del af kommerciel siliciumbrug, men er ikke desto mindre ekstremt vigtige økonomisk. Almindeligt silicasand er udgangspunktet for produktion af en række raffinerede silicaprodukter, andre siliciumforbindelser, siliciumholdige legeringer og elementært silicium på forskellige renhedsniveauer, som alle spiller vigtige roller i industrien. De følgende afsnit giver en oversigt over de vigtigste kategorier af slutanvendelser af silicium, men udgør ikke en udtømmende liste.

silicium i legeringer

silicium anvendes almindeligvis som legeringselement. Silicasand reduceres med kulstof i nærværelse af jern til fremstilling af ferrosilicium, som derefter kan anvendes i siliciumholdigt stål. I smeltet jern hjælper silicium med at opretholde kulstofindhold inden for snævre grænser, der kræves for en given stålkvalitet. Anvendes i større mængder, som i elektrisk stål, påvirker silicium positivt resistivitet og ferromagnetiske egenskaber af materialet.

til brug i ikke-jernholdige legeringer fremstilles metallurgisk silicium ved at reagere silica med høj renhed med kulstof i en elektrisk lysbueovn. De mest almindelige ikke-jernholdige siliciumlegeringer er aluminium-siliciumlegeringer. De passende proportioner af aluminium og silicium producerer et materiale, der udviser meget lidt termisk sammentrækning under størkning, hvilket gør det ideelt til støbning af applikationer. Metallurgisk silicium anvendes også som et mindre legeringsmiddel i en række andre legeringer designet til specialiserede applikationer.

keramik med høj styrke

først produceret syntetisk i det nittende århundrede, siliciumnitrid har været kendt for videnskaben i omtrent lige så længe som siliciumcarbid, men tog ikke desto mindre en meget langsommere vej til kommerciel udnyttelse. Potentialet for siliciumnitrid som et ildfast materiale blev først anerkendt i 1950 ‘ erne, og faktisk blev materialet brugt som et bindemiddel i siliciumcarbidkeramik, en anvendelse, der fortsætter til en vis grad i dag. Imidlertid viste ren siliciumnitridkeramik sig ekstremt vanskelig at fremstille, og tidlige produktionsmetoder resulterede enten i materialer med mindre end ideelle eller upålidelige mekaniske egenskaber eller anvendte produktionsmetoder, der alvorligt begrænsede de typer dele, der kunne produceres. I dag kan sintrede siliciumnitrid keramiske komponenter fremstilles med fremragende mekaniske egenskaber, men dette kræver ekstremt rent siliciumnitrid nanopulver og præcist kontrollerede fremstillingsbetingelser, som begge bidrager til de høje omkostninger ved dette materiale. Disse materialer har fremragende stødmodstand og er kommet til at blive brugt i små motorkomponenter. Derudover kan siliciumnitrid bruges til at producere kuglelejer, der tåler ætsende miljøer, høje driftstemperaturer og lav smøring, mens de fungerer bedre og vejer mindre end alternativer.

sialoner, keramik fremstillet med aluminiumsilte, siliciumnitrid og undertiden sjældne jordarter, blev først udviklet som reaktion på vanskeligheder med at producere sintret siliciumnitridkeramik. Der findes mange variationer på sialoner, da variationer i startkompositioner såvel som i produktionsteknikker kan producere materialer med meget forskellige egenskaber, som skyldes forskelle i krystalstruktur. Nogle af disse variationer bevarer mange af de ønskelige egenskaber ved siliciumnitrid, samtidig med at de giver den ekstra fordel ved lettere produktionsprocesser. Andre variationer er formuleret til at give yderligere egenskaber, såsom elektrisk ledningsevne eller modstandsdygtighed over for skader i specifikke kemiske miljøer. I øjeblikket anvendes sialoner primært i skæreværktøjer og industrielle maskinkomponenter udsat for ekstreme forhold.halvlederegenskaberne af siliciumcarbid har været kendt siden begyndelsen af det tyvende århundrede, da materialet fandt anvendelse i radiodetektorer og de første lysdioder. Imidlertid, disse og flere andre anvendelser blev udviklet i de meget tidlige dage af halvlederindretninger, og alternative materialer med egenskaber, der er mere egnede til disse applikationer, er siden blevet udviklet, stort set fortrænger siliciumcarbid fra dets historiske funktioner. Forskning, der udvikler siliciumcarbid som halvleder, har siden eksplicit fokuseret på at udnytte dets styrker, som inkluderer dets evne til at udføre ved høje temperaturer og i stærke elektriske felter. Disse egenskaber tillader teoretisk produktion af meget mindre, hurtigere, mere energieffektive og mere varmetolerante elektroniske enheder, end det er muligt med traditionelle siliciumbaserede teknologier. Oprindeligt hindrede vanskeligheder med at producere siliciumcarbidkrystaller uden defekter udviklingen af sofistikeret siliciumcarbidelektronik, men funktionelle siliciumcarbiddioder og transistorer er nu kommercielt tilgængelige, og udviklingen af disse teknologier pågår.

amorft siliciumnitrid, som kan fremstilles i tynde lag ved hjælp af kemisk dampaflejring, er et vigtigt materiale i fremstillingen af integrerede kredsløb, hvor det bruges så strukturelt som en elektrisk isolator eller beskyttende passiveringslag eller som en ætsemaske i bearbejdningsprocessen. Derudover undersøges doterede siliciumnitrider til brug som halvleder i enheder såsom LED ‘ er, og både siliciumnitrid og sialon kan doteres for at producere fosfor.

Silicaglas

Ved almindelig brug henviser glas til sodakalkglas, et silicabaseret glas produceret ved smeltning af kvartssand sammen med natriumcarbonat, kalk, dolmit og aluminium. Dette er det glas, der almindeligvis anvendes i vinduesruder og drikkevarebeholdere. De fleste andre produkter, der almindeligvis kaldes glas, er også silicabaserede, men har forskellige sammensætninger beregnet til at producere egenskaber, der er gunstige til specifikke anvendelser. For eksempel, borosilikatglas, ofte solgt under navnet Pyreks, indeholder boroksid, er bemærkelsesværdige for deres overlegne evne til at modstå termisk chok, og bruges til laboratorieglas, køkkengrej til husholdninger, og optiske komponenter. Aluminosilikatglas, en anden almindelig sort, bruges i kompositmaterialet glasfiber, og i splintresistent glas, der bruges til forruder på højhastighedskøretøjer og i stigende grad udsatte glasoverflader på bærbare elektroniske enheder såsom mobiltelefoner.

alternativt kan glas fremstilles af ren silicium uden tilsætning af andre forbindelser. Det resulterende materiale er kendt som smeltet kvarts, og sammenlignet med sodakalkglas er stærkere, har bedre optiske egenskaber og modstår bedre termisk chok. Det smelter også ved en meget højere temperatur. Denne egenskab, selvom det ofte er ønskeligt, gør det betydeligt dyrere at producere end andre typer glas. Det bruges derfor primært til applikationer, der kræver disse forbedrede egenskaber, som inkluderer produktion af optiske præcisionskomponenter såsom linser og optiske fibre af høj kvalitet, fotolitografimasker og ildfaste materialer til brug i laboratorie-og industrielle processer ved høj temperatur.

syntetisk kvarts

kvarts er et naturligt materiale, der finder anvendelse i krystaloscillatorer, der bruges til at markere tid i Ure og digitale enheder og til at standardisere frekvens i radiofrekvensenheder. Kvarts til denne anvendelse fremstilles generelt Syntetisk af silicasand, da dette muliggør præcisionsteknik af krystalegenskaber.

silikoner

silikoner er blandede organisk-uorganiske polymerer, der generelt består af en silicium-ilt-rygrad forbundet med carbonhydridsidegrupper. Varierende de tilstedeværende carbonhydridgrupper, silicium-iltkædelængder og graden af tværbinding kan producere en bred vifte af materialer, fra silikoneoliesmøremidler til hårde silikoneharpikser, men alle har tendens til at udvise lav varmeledningsevne, kemisk reaktivitet og toksicitet. Den brede vifte af konsistenser, der er mulige og lette at fremstille, såvel som deres polymere struktur, beder sammenligning med kulbrintebaseret plast, og i husholdningsapparater bruges materialerne undertiden ombytteligt. Den lave toksicitet og høje varmestabilitet af silikoneprodukter giver imidlertid mulighed for en bredere vifte af anvendelser i køkkengrej og medicinsk udstyr. Silikoner bruges desuden til elektrisk og termisk isolering, klæbemiddel, fugemasse, industrielle smøremidler, rensemiddel og produkter til personlig pleje.

ultra høj renhed silicium i elektronik og fotovoltaik

På trods af at skiven silicium anvendes i halvleder-enheder tegner sig for kun en lille brøkdel af den kommercielle brug af elementet, denne enkelt ansøgning er den mest tæt knyttet til offentlige forestillinger om silicium, som dens indflydelse på det moderne liv har været dybtgående. Selvom hverken de første integrerede kredsløb (germanium) eller de første solceller (selen) indeholdt silicium, har silicium med høj renhed i det meste af begge industriers historie været det utvivlsomt dominerende halvledermateriale.

til integrerede kredsløbsapplikationer forstyrrer selv små krystalfejl små kredsløbsstier, hvilket nødvendiggør brugen af monokrystallinsk silicium. Dette materiale fremstilles ved hjælp af krystalvækstprocessen, som kræver langsom vækst af en enkelt enorm krystal fra smeltet silicium med høj renhed i et omhyggeligt kontrolleret miljø. Integrerede kredsløb er bygget ved hjælp af tynde skiver skåret fra disse krystaller, som er de højeste effektivitet silicium fotovoltaiske celler. Andre halvlederindretninger kræver generelt ikke monokrystallinsk silicium, men kræver stadig høj renhed for at kontrollere materialets elektriske egenskaber. Høj renhed amorf eller polykrystallinsk silicium findes i de fleste silicium fotovoltaiske celler, og nogle andre store område halvlederindretninger.

syntetiske silica produkter

der er mange former for syntetisk silica, herunder udfældet silica, kolloid silica, silicagel, ryget silica og silica røg. Selvom hvert produkt primært er siliciumdiokse, produceres hver som et resultat af en anden industriel proces, og de varierer i partikelstørrelse. Almindeligvis anvendes disse produkter som milde slibemidler, anti-caking eller fortykkelsesmidler i fødevarer, absorberingsmidler eller som fyldmateriale i plast, gummi, silikoner eller cement, selvom præcise slutanvendelser varierer efter form.

silicagel er den form for syntetisk silica, der er mest kendt for forbrugerne. Disse mikroporøse silicaperler findes almindeligvis i små papirpakker, der indgår i emballage af forskellige produkter for at absorbere overskydende fugt. De samme absorptionsegenskaber udnyttes til brug i kattekuld. Silicagel anvendes også i kemilaboratorier som en stationær fase til kromatografi eller, når den modificeres med kovalent bundne funktionelle grupper, som et reduktions-eller chelateringsmiddel.