A Szilícium valóban mindenütt jelen van, de szinte soha nem található meg szabad elemként a természetben. Ehelyett többnyire Szilícium-dioxidként fordul elő, ismertebb nevén homok vagy kvarc, vagy szilikát ásványi anyagokban, általában agyag vagy kőzet formájában. Először azt javasolták, hogy a szilícium-dioxid homok valószínűleg egy korábban ismeretlen elem oxidja volt Antoine Lavoisier 1787-ben. 1808-ban Sir Humphry Davy ezt a hipotetikus elemet “Szilícium”- nak nevezte el, kombinálva a Latin silex, jelentése kő, a hagyományos-ium végződéssel, amelyet gyakran fémes elemeknek adnak. A nevet 1817-ben szilíciumra változtatták, mivel a-on végződés azt sugallta, hogy szorosabb kapcsolatban áll a nemfémes elemekkel bór és szén, de csak 1823-ban a svéd kémikusnak, Jons Jacob Berzeliusnak sikerült tiszta amorf szilíciumot készítenie, és mivel elsőként tette ezt, hitelt kapott az elem “felfedezéséért”.

a kereskedelemben használt szilícium túlnyomó többségét soha nem választják el azoktól az anyagoktól, amelyekben a természetben előfordul, amelyeket gyakran használat előtt meglehetősen minimálisan dolgoznak fel. A szilikátagyagokat fehéráru Kerámiák, például porcelán előállítására, valamint építőanyagként használt kerámia téglák és cement készítésére használják. A szilikát tartalmú kőzeteket, például a gránitot közvetlenül használják szerkezeti és dekoratív alkalmazásokban, és a kavicsokkal és cementtel kevert szilícium-dioxid homok betont eredményez. A homokot széles körben használják csiszolóanyagként és töltőanyagként műanyagokban, gumiban és festékekben. Ezenkívül a kovaföld, a kovamoszat kőzetének egy formája, amely a kovamoszatok megkövesedett maradványaiból áll, számos közvetlen kereskedelmi alkalmazással rendelkezik, különösen abszorbensként, szűrőközegként, enyhe csiszolóanyagként és természetes peszticidként.

a finomabb szilíciumtermékek a kereskedelmi szilíciumfelhasználás sokkal kisebb részét teszik ki, de ennek ellenére gazdaságilag rendkívül fontosak. A közönséges szilícium-dioxid-homok a különböző finomított szilícium-dioxid-termékek, más szilíciumvegyületek, szilíciumtartalmú ötvözetek és elemi Szilícium különböző tisztaságú előállításának kiindulópontja, amelyek mindegyike jelentős szerepet játszik az iparban. A következő bekezdések áttekintést adnak a szilícium végfelhasználásának főbb kategóriáiról, de nem alkotnak kimerítő listát.

Szilícium ötvözetekben

a szilíciumot általában ötvöző elemként használják. A szilícium-dioxid-homokot vas jelenlétében szénnel redukálják ferroszilícium előállításához, amelyet ezután szilíciumtartalmú acélokban lehet felhasználni. Az olvadt vasban A Szilícium segíti a széntartalom fenntartását az adott acélminőséghez szükséges szűk határokon belül. Nagyobb mennyiségben használják, mint az elektromos acélban, A Szilícium kedvezően befolyásolja az anyag ellenállását és ferromágneses tulajdonságait.

színesfém ötvözetekben való felhasználásra a kohászati minőségű szilíciumot úgy állítják elő, hogy nagy tisztaságú szilícium-dioxidot reagáltatnak szénnel egy elektromos ívkemencében. A leggyakoribb színesfém szilíciumötvözetek az alumínium-szilícium ötvözetek. Az alumínium és a szilícium megfelelő aránya olyan anyagot eredményez, amely a megszilárdulás során nagyon kevés termikus összehúzódást mutat, így ideális öntési alkalmazásokhoz. A kohászati minőségű szilíciumot kisebb ötvözőanyagként is használják számos más, speciális alkalmazásokhoz tervezett ötvözetben.

nagy szilárdságú Kerámiák

először szintetikusan gyártották a tizenkilencedik században, a szilícium-nitrid körülbelül olyan hosszú ideig ismert a tudomány számára, mint a szilícium-karbid, de ennek ellenére sokkal lassabb utat tett a kereskedelmi hasznosítás felé. A szilícium-nitrid tűzálló anyagként való potenciálját először az 1950-es években ismerték fel, és valójában az anyagot kötőanyagként használták szilícium-karbid kerámiákban, amely felhasználás bizonyos mértékig ma is folytatódik. A tiszta szilícium-nitrid Kerámiák előállítása azonban rendkívül nehéznek bizonyult, és a korai gyártási módszerek vagy ideálisnál kevésbé vagy megbízhatatlan mechanikai tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményeztek, vagy olyan gyártási módszereket alkalmaztak, amelyek súlyosan korlátozták az előállítható alkatrészek típusát. Ma a szinterezett szilícium-nitrid kerámia komponensek kiváló mechanikai tulajdonságokkal állíthatók elő, de ehhez rendkívül tiszta szilícium-nitrid nanopor és pontosan szabályozott gyártási feltételek szükségesek, amelyek mindkettő hozzájárul az anyag magas költségéhez. Ezek az anyagok kiváló ütésállósággal rendelkeznek, és kis motoralkatrészekben használják őket. Ezenkívül a szilícium-nitrid felhasználható olyan golyóscsapágyak előállítására, amelyek tolerálják a korrozív környezetet, a magas üzemi hőmérsékletet és az alacsony kenést, miközben jobban teljesítenek és kisebb súlyúak, mint az alternatívák.

a Sialonokat, az alumínium-oxiddal, Szilícium-nitriddel és néha ritkaföldfém-oxidokkal előállított kerámiákat először a szinterezett szilícium-nitrid Kerámiák előállításának nehézségeire reagálva fejlesztették ki. A sialonokon számos variáció létezik, mivel a kiindulási kompozíciók, valamint a gyártási technikák variációi nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkező anyagokat állíthatnak elő, amelyek a kristályszerkezet különbségeiből származnak. Ezen variációk némelyike megtartja a szilícium-nitrid sok kívánatos tulajdonságát, miközben a könnyebb gyártási folyamatok további előnyeit is biztosítja. Más variációkat úgy alakítottak ki, hogy további tulajdonságokat biztosítsanak, például elektromos vezetőképességet vagy károsodással szembeni ellenállást bizonyos kémiai környezetben. Jelenleg a sialonokat elsősorban szélsőséges körülményeknek kitett vágószerszámokban és ipari gépalkatrészekben használják.

A Szilícium-karbid félvezető tulajdonságai a huszadik század eleje óta ismertek, amikor az anyagot a rádióérzékelőkben és az első LED-ekben használták. Ezeket és számos más felhasználást azonban a félvezető eszközök nagyon korai napjaiban fejlesztettek ki, és azóta olyan alternatív anyagokat fejlesztettek ki, amelyek tulajdonságai jobban megfelelnek ezeknek az alkalmazásoknak, nagyrészt kiszorítva a szilícium-karbidot történelmi funkcióiból. A Szilícium-karbidot félvezetőként Fejlesztő kutatás azóta kifejezetten az erősségeinek kiaknázására összpontosított, amelyek magukban foglalják a magas hőmérsékleten és erős elektromos mezőkben való teljesítőképességét. Ezek a tulajdonságok elméletileg sokkal kisebb, gyorsabb, energiahatékonyabb és hőtűrőbb elektronikus eszközök gyártását teszik lehetővé, mint a hagyományos szilícium alapú technológiák. Kezdetben a szilícium-karbid kristályok hibátlan előállítása akadályozta a kifinomult szilícium-karbid elektronika fejlesztését, de a funkcionális szilícium-karbid diódák és tranzisztorok ma már kereskedelmi forgalomban kaphatók, és ezeknek a technológiáknak a fejlesztése folyamatban van.

az amorf szilícium-nitrid, amely kémiai gőzfázisú leválasztással vékony rétegekben állítható elő, fontos anyag az integrált áramkörök gyártásában, ahol szerkezetileg elektromos szigetelőként vagy védő passziváló rétegként, vagy Marat maszkként használják a megmunkálási folyamatban. Ezenkívül az adalékolt Szilícium-nitrideket félvezetőként használják olyan eszközökben, mint a LED-ek, és mind a szilícium-nitrid, mind a sialon adalékolható foszforok előállításához.

szilícium-dioxid üvegek

a közös használat, üveg utal szóda-mész üveg, egy szilícium-dioxid-alapú üveg olvasztásával előállított kvarchomok együtt nátrium-karbonát, mész, dolmit, és alumínium-oxid. Ez az üveg, amelyet általában ablaküvegekben és italtartályokban használnak. A legtöbb más termék, amelyet általában üvegnek neveznek, szintén szilícium-dioxid alapú, de eltérő összetételűek, amelyek meghatározott felhasználásokhoz kedvező tulajdonságok előállítására szolgálnak. Például a gyakran Pyrex néven forgalmazott boroszilikát üvegek bór-oxidot tartalmaznak, figyelemre méltóak a hősokk ellenállóképessége miatt, és laboratóriumi üvegárukhoz, háztartási edényekhez és optikai alkatrészekhez használják. Alumínium-szilikát üveg, egy másik gyakori fajta, használják a kompozit anyag üvegszál, valamint a törésálló üveg használt szélvédők a nagy sebességű járművek, és egyre inkább kitett üvegfelületek hordozható elektronikus eszközök, mint a mobiltelefonok.

Alternatív megoldásként az üveg előállítható tiszta szilícium-dioxidból, más vegyületek hozzáadása nélkül. A kapott anyag olvasztott kvarc néven ismert, és a szóda mészüveghez képest erősebb, jobb optikai tulajdonságokkal rendelkezik, és jobban ellenáll a hősokknak. Sokkal magasabb hőmérsékleten is megolvad. Ez a tulajdonság, bár gyakran kívánatos, lényegesen költségesebbé teszi az előállítását, mint más típusú üvegek. Ezért elsősorban olyan alkalmazásokhoz használják, amelyek megkövetelik ezeket a javított tulajdonságokat, amelyek magukban foglalják a precíziós optikai alkatrészek, például kiváló minőségű lencsék és optikai szálak, fotolitográfiai maszkok és tűzálló anyagok gyártását magas hőmérsékletű laboratóriumi és ipari folyamatokban.

szintetikus kvarc

a kvarc egy természetes piezoelektromos anyag, amelyet kristály oszcillátorokban használnak az órák és a digitális eszközök időjelzésére, valamint a rádiófrekvenciás eszközök frekvenciájának szabványosítására. Az ehhez a felhasználáshoz használt kvarcot általában szintetikusan állítják elő szilícium-dioxid homokból, mivel ez lehetővé teszi a kristály tulajdonságainak precíziós tervezését.

szilikonok

a szilikonok vegyes szerves-szervetlen polimerek, amelyek általában szénhidrogén oldalcsoportokhoz kapcsolódó szilícium-oxigén gerincből állnak. A jelen lévő szénhidrogéncsoportok, a szilícium-oxigén lánchosszak és a térhálósítás mértéke sokféle anyagot eredményezhet, a szilikonolaj kenőanyagoktól a kemény szilikongyantákig, de mindegyik alacsony hővezető képességgel, kémiai reakcióképességgel és toxicitással rendelkezik. A lehetséges konzisztenciák széles skálája és a könnyű gyártás, valamint polimer szerkezetük szükségessé teszi a szénhidrogén alapú műanyagokkal való összehasonlítást, és a háztartási készülékekben az anyagokat néha felcserélhető módon használják. A szilikon termékek alacsony toxicitása és magas hőstabilitása azonban szélesebb körű felhasználást tesz lehetővé az edényekben és az orvostechnikai eszközökben. A szilikonokat elektromos és hőszigeteléshez, ragasztóhoz, tömítőanyaghoz, ipari kenőanyagokhoz, Vegytisztító oldószerhez és testápolási termékekhez is használják.

Ultra nagy tisztaságú szilícium az elektronikában és a fotovoltaikában

annak ellenére, hogy a félvezető eszközökben használt ostya Szilícium az elem kereskedelmi felhasználásának csak egy apró részét teszi ki, ez az egyetlen alkalmazás a legszorosabban kötődik a szilícium nyilvános elképzeléseihez, mivel annak hatása a modern életre mély volt. Bár sem az első integrált áramkörök (germánium), sem az első napelemek (szelén) nem tartalmaztak szilíciumot, mindkét iparág történetének nagy részében a nagy tisztaságú szilícium volt a vitathatatlanul domináns félvezető anyag.

integrált áramköri alkalmazásoknál még az apró kristályhibák is zavarják az apró áramköri utakat, ami monokristályos szilícium használatát teszi szükségessé. Ezt az anyagot a Czochralski kristálynövekedési eljárással állítják elő, amely egyetlen hatalmas kristály lassú növekedését igényli olvadt nagy tisztaságú szilíciumból, gondosan ellenőrzött környezetben. Az integrált áramkörök ezekből a kristályokból kivágott vékony ostyák felhasználásával készülnek, csakúgy, mint a legnagyobb hatékonyságú Szilícium fotovoltaikus cellák. Más félvezető eszközök általában nem igényelnek monokristályos szilíciumot, de mégis nagy tisztaságot igényelnek az anyag elektromos tulajdonságainak szabályozásához. Nagy tisztaságú amorf vagy polikristályos szilícium található a legtöbb Szilícium fotovoltaikus cellában, valamint néhány más nagy területű félvezető eszközben.

szintetikus szilícium-dioxid termékek

a szintetikus szilícium-oxid számos formája létezik, beleértve a kicsapódott szilícium-dioxidot, a kolloid szilícium-dioxidot, a szilikagélt, a füstölt szilícium-dioxidot és a szilícium-dioxid-füstöt. Bár minden termék elsősorban szilícium-dioxid, mindegyik különböző ipari folyamat eredményeként jön létre, és szemcseméretük eltérő. Ezeket a termékeket általában enyhe csiszolóanyagként, csomósodásgátlóként vagy sűrítőanyagként alkalmazzák az élelmiszerekben, abszorbensekben, vagy töltőanyagként műanyagokban, gumikban, szilikonokban vagy cementben, bár a pontos végfelhasználás formánként változik.

a szilikagél a fogyasztók számára legismertebb szintetikus szilícium-dioxid formája. Ezeket a mikroporózus szilícium-dioxid gyöngyöket általában kis papírcsomagokban találják meg, amelyek a különféle termékek csomagolásában szerepelnek a felesleges nedvesség felszívására. Ugyanazokat az abszorpciós tulajdonságokat használják ki a macskaalomhoz. A szilikagélt kémiai laboratóriumokban is használják a kromatográfia állófázisaként, vagy kovalensen kötött funkciós csoportokkal módosítva redukáló vagy kelátképző szerként.