Silisium er virkelig allestedsnærværende, Men er nesten aldri funnet som det frie elementet i naturen. I stedet forekommer det hovedsakelig som silisiumdioksyd, mer kjent som sand eller kvarts, eller i silikatmineraler, vanligvis i form av leire eller stein. Det ble først foreslått at silikasand sannsynligvis var oksydet av Et tidligere ukjent grunnstoff Av Antoine Lavoisier i 1787. I 1808 kalte Sir Humphry Davy dette hypotetiske elementet «silisium», som kombinerte den latinske silex, som betyr stein, med den tradisjonelle-ium-endelsen som ofte ble gitt til metalliske elementer. Navnet ble endret til silisium i 1817, da-on-avslutningen foreslo sitt nærmere forhold til de ikke-metalliske elementene bor og karbon, men det var ikke før 1823 at den svenske kjemikeren Jons Jacob Berzelius endelig lyktes i å forberede rent amorf silisium og som den første til å gjøre det ble gitt kreditt for å «oppdage» elementet. det store flertallet av silisium som brukes kommersielt, blir aldri skilt ut av materialene der det forekommer naturlig, som ofte behandles ganske minimalt før bruk. Silikat leire brukes til å produsere whiteware keramikk som porselen og i fremstillingen av keramiske murstein og sement brukes som byggematerialer. Silikatholdig stein som granitt brukes direkte i strukturelle og dekorative applikasjoner, og silikasand blandet med grus og sement produserer betong. Sand brukes også mye som et slipemiddel og som fyllstoff i plast, gummi og maling. I tillegg har kiselgur, en form for silikaberg som består av fossiliserte rester av kiselgur, mange direkte kommersielle anvendelser, spesielt som et absorberende, et filtreringsmedium, et mildt slipemiddel og et naturlig plantevernmiddel.

mer raffinerte silisiumprodukter står for en mye mindre del av kommersiell silisiumbruk, men er likevel ekstremt viktig økonomisk. Vanlig silikasand er utgangspunktet for produksjon av en rekke raffinerte silikaprodukter, andre silisiumforbindelser, silisiumholdige legeringer og elementært silisium på ulike nivåer av renhet, som alle spiller viktige roller i industrien. De følgende avsnittene gir en oversikt over hovedkategorier av silisiumendebruk, men utgjør ikke en uttømmende liste.

Silisium i Legeringer

Silisium brukes ofte som legeringselement. Silikasand reduseres med karbon i nærvær av jern for å produsere ferrosilisium, som deretter kan brukes i silisiumholdige stål. I smeltet jern hjelper silisium til å opprettholde karboninnhold innenfor smale grenser som kreves for en gitt stålkvalitet. Brukes i større mengder, som i elektrisk stål, påvirker silisium gunstig resistivitet og ferromagnetiske egenskaper av materialet.

for bruk i ikke-jernholdige legeringer, metallurgisk grade silisium er produsert ved å omsette høy renhetsgrad silika med karbon i en lysbue ovn. De vanligste ikke-jernholdige silisiumlegeringer er aluminium-silisiumlegeringer. De riktige proporsjonene av aluminium og silisium produserer et materiale som utviser svært lite termisk sammentrekning under størkning, noe som gjør den ideell for støping. Metallurgisk-grade silisium brukes også som et mindre legeringsmiddel i en rekke andre legeringer designet for spesialiserte applikasjoner.

Høy Styrke Keramikk

først produsert syntetisk i det nittende århundre, silisiumnitrid har vært kjent for vitenskapen i omtrent like lenge som silisiumkarbid, men likevel tok en mye langsommere vei til kommersiell utnyttelse. Potensialet av silisiumnitrid som ildfast materiale ble først anerkjent på 1950-tallet, og faktisk ble materialet brukt som bindemiddel i silisiumkarbidkeramikk, en bruk som fortsetter til en viss grad i dag. Imidlertid viste ren silisiumnitrid keramikk seg ekstremt vanskelig å fremstille, og tidlige produksjonsmetoder resulterte enten i materialer med mindre enn ideelle eller upålitelige mekaniske egenskaper, eller brukte produksjonsmetoder som sterkt begrenset hvilke typer deler som kunne produseres. I dag kan sintret silisiumnitrid keramiske komponenter produseres med gode mekaniske egenskaper, men dette krever ekstremt rent silisiumnitrid nanopulver og nøyaktig kontrollerte produksjonsforhold, som begge bidrar til høye kostnader for dette materialet. Disse materialene har utmerket støtmotstand, og har kommet til å bli brukt i små motorkomponenter. I tillegg kan silisiumnitrid brukes til å produsere kulelager som tåler korrosive miljøer, høye driftstemperaturer og lav smøring alt mens du utfører bedre og veier mindre enn alternativer. Sialoner, keramikk produsert med aluminiumoksid, silisiumnitrid og noen ganger sjeldne jordoksider, ble først utviklet som svar på vanskeligheter med å produsere sintret silisiumnitrid keramikk. Mange variasjoner på sialoner eksisterer, da variasjoner i startkomposisjoner så vel som i produksjonsteknikker kan produsere materialer med svært forskjellige egenskaper, som skyldes forskjeller i krystallstruktur. Noen av disse variasjonene beholder mange av de ønskelige egenskapene til silisiumnitrid, samtidig som de gir den ekstra fordelen av enklere produksjonsprosesser. Andre variasjoner er formulert for å gi ytterligere egenskaper, for eksempel elektrisk ledningsevne eller motstand mot skade i bestemte kjemiske miljøer. For tiden brukes sialoner primært i skjæreverktøy og industrielle maskinkomponenter utsatt for ekstreme forhold.halvlederegenskapene til silisiumkarbid har vært kjent siden begynnelsen av det tjuende århundre, da materialet ble brukt i radiodetektorer og de første Lysdiodene. Imidlertid ble disse og flere andre bruksområder utviklet i de tidlige dagene av halvlederinnretninger, og alternative materialer med egenskaper som er mer egnet til disse applikasjonene, har siden blitt utviklet, i stor grad forflyttet silisiumkarbid fra sine historiske funksjoner. Forskning som utvikler silisiumkarbid som halvleder har siden eksplisitt fokusert på å utnytte sine styrker, som inkluderer evnen til å utføre ved høye temperaturer og i sterke elektriske felt. Disse egenskapene tillater teoretisk produksjon av mye mindre, raskere, mer energieffektive og mer varmetolerante elektroniske enheter enn det som er mulig med tradisjonell silisiumbasert teknologi. I utgangspunktet vanskeligheter med å produsere silisiumkarbidkrystaller uten defekter hemmet utvikling av sofistikert silisiumkarbidelektronikk, men funksjonelle silisiumkarbiddioder og transistorer er nå kommersielt tilgjengelige, og utviklingen av disse teknologiene pågår. Amorft silisiumnitrid, som kan produseres i tynne lag ved hjelp av kjemisk dampavsetning, er et viktig materiale i produksjon av integrerte kretser, der det brukes som strukturelt som en elektrisk isolator eller beskyttende passiveringslag, eller som en etsemaske i bearbeidingsprosessen. I tillegg blir dopede silisiumnitrider undersøkt for bruk som halvleder i enheter som Lysdioder, og både silisiumnitrid og sialon kan dopes for å produsere fosfor.

Silikaglass

i vanlig bruk refererer glass til soda-lime glass, et silikabasert glass produsert ved å smelte kvartssand sammen med natriumkarbonat, kalk, dolmitt og aluminiumoksid. Dette er glasset som vanligvis brukes i vindusruter og drikkevarebeholdere. De fleste andre produkter kjent som glass er også silikabasert, men har forskjellige sammensetninger som er ment å produsere egenskaper som er gunstige for spesifikke bruksområder. For eksempel inneholder borosilikatbriller, ofte solgt under Navnet Pyrex, boroksyd, er kjent for sin overlegne evne til å motstå termisk sjokk, og brukes til laboratorieglass, husholdnings kokekar og optiske komponenter. Aluminosilikatglass, et annet vanlig utvalg, brukes i komposittmaterialet glassfiber, og i knusebestandig glass som brukes til frontruter av høyhastighetsbiler og i økende grad eksponerte glassflater på bærbare elektroniske enheter som mobiltelefoner.

Alternativt kan glass produseres fra rent silisiumdioksyd uten andre forbindelser tilsatt. Det resulterende materialet er kjent som smeltet kvarts, og sammenlignet med soda lime glass er sterkere, har bedre optiske egenskaper, og bedre motstår termisk sjokk. Det smelter også ved en mye høyere temperatur. Denne egenskapen, men ofte ønskelig, gjør det betydelig dyrere å produsere enn andre typer glass. Det brukes derfor primært til applikasjoner som krever disse forbedrede egenskapene, som inkluderer produksjon av presisjonsoptiske komponenter som linser og optiske fibre av høy kvalitet, fotolitografimasker og ildfaste materialer til bruk i høytemperaturlaboratorium og industrielle prosesser.

Syntetisk kvarts

Kvarts er et naturlig piezoelektrisk materiale som finner bruk i krystalloscillatorer som brukes til å markere tid i klokker og digitale enheter, og for å standardisere frekvens i radiofrekvensenheter. Kvarts for denne bruken produseres vanligvis syntetisk fra silikasand, da dette muliggjør presisjonsteknikk av krystallegenskaper.

Silikoner

Silikoner er blandede organisk-uorganiske polymerer som vanligvis består av en silisium-oksygen ryggrad koblet til hydrokarbonsidegrupper. Varierende hydrokarbongruppene tilstede, silisium-oksygen kjede lengder, og graden av tverrbinding kan produsere et bredt spekter av materialer, fra silikonolje smøremidler til harde silikonharpikser, men alle har en tendens til å utvise lav varmeledningsevne, kjemisk reaktivitet og toksisitet. Det brede spekteret av konsistenser mulig og enkel fabrikasjon, så vel som deres polymere struktur, ber om sammenligning med hydrokarbonbasert plast, og i husholdningsapparater brukes materialene noen ganger om hverandre. Den lave giftigheten og høye varmestabiliteten til silikonprodukter tillater imidlertid et bredere bruksområde i kokekar og medisinsk utstyr. Silikoner brukes i tillegg til elektrisk og termisk isolasjon, lim, tetningsmasse, industrielle smøremidler, rensemiddel og personlig pleieprodukter.

Ultra høy renhetsgrad silisium i elektronikk og solceller

Til Tross for at wafer silisium brukes i halvledere enheter står for bare en liten brøkdel av den kommersielle bruken av elementet, er dette enkelt program den mest nært knyttet til offentlige forestillinger av silisium, som sin innflytelse på det moderne liv har vært dyp. Selv om verken de første integrerte kretsene (germanium) eller de første solcellene (selen) inneholdt silisium, har høy renhet silisium for det meste vært det utvilsomt dominerende halvledermaterialet. for integrerte kretsapplikasjoner forstyrrer selv små krystallfeil små kretsbaner, noe som krever bruk av monokrystallinsk silisium. Dette materialet er produsert Ved Hjelp Av Czochralski krystall vekstprosessen, som krever langsom vekst av en enkelt enorm krystall fra smeltet høy renhet silisium i et nøye kontrollert miljø. Integrerte kretser er bygget ved hjelp av tynne wafers kuttet fra disse krystallene, som er de høyeste effektivitet silisium fotovoltaiske celler. Andre halvlederinnretninger krever vanligvis ikke monokrystallinsk silisium, men krever fortsatt høy renhet for å kontrollere materialets elektriske egenskaper. Høy renhet amorf eller polykrystallinsk silisium finnes i de fleste silisiumfotovoltaiske celler, og noen andre store halvlederinnretninger.

Syntetiske silisiumprodukter

det finnes mange former for syntetisk silisiumoksid, inkludert utfelt silika, kolloidal silika, silikagel, fumed silika og silisiumrøyk. Selv om hvert produkt primært er silisiumdioksyd, produseres hvert som et resultat av en annen industriell prosess, og de varierer i partikkelstørrelse. Vanligvis brukes disse produktene som milde slipemidler, anti-kakende eller fortykningsmidler i mat, absorberende midler eller som fyllmateriale i plast, gummi, silikoner eller sement, selv om presise sluttbruk varierer etter form.

Silikagel er formen av syntetisk silika mest kjent for forbrukerne. Disse mikroporøse silikaperlene finnes ofte i små papirpakker som inngår i emballasje av forskjellige produkter for å absorbere overflødig fuktighet. De samme absorpsjonsegenskapene utnyttes for bruk i kattavfall. Silikagel brukes også i kjemilaboratorier som en stasjonær fase for kromatografi eller, når den er modifisert med kovalent bundet funksjonelle grupper, som et reduksjons-eller chelateringsmiddel.