Μεταλλικό πυρίτιοΟι ποιότητες χαρακτηρίζονται από «αριθμητικούς κωδικούς» που αντιπροσωπεύουν τη μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα (σε μέρη ανά δέκα χιλιάδες) σε σίδηρο (Fe), αλουμίνιο (Al) και ασβέστιο (Ca). Η αντιστοιχία και η τυπική βάση των βασικών βαθμών έχουν ως εξής (ανατρέξτε στα GB/T 2881-2014 και ASTM E478-22):
| Ποιότητα μετάλλου πυριτίου | Fe (Fe) Μέγιστο περιεχόμενο | Μέγιστο περιεχόμενο Al (Αλουμίνιο). | Μέγιστη περιεκτικότητα σε ασβέστιο (Ca). | Μέγιστο περιεχόμενο συνολικών ακαθαρσιών | Ισχύοντα σενάρια και βασικές απαιτήσεις |
| 1101 | 0,1% (100 ppm) | 0,1% (100 ppm) | 0,01% (10 ppm) | Λιγότερο ή ίσο με 0,22% | Υψηλή αγωγιμότητα, χαμηλά ελαττώματα (ημιαγωγοί, φωτοβολταϊκά) |
| 2202 | 0,2% (200 ppm) | 0,2% (200 ppm) | 0,02% (20 ppm) | Λιγότερο ή ίσο με 0,44% | Ηλεκτρονικά ακριβείας,-σιλικόνη υψηλής ποιότητας |
| 3303 | 0,3% (300 ppm) | 0,3% (300 ppm) | 0,03% (30 ppm) | Λιγότερο ή ίσο με 0,63% | Υψηλής ποιότητας-σιλικόνη, ειδικά κράματα |
| 441 | 0,4% (400 ppm) | 0,4% (400 ppm) | 0,1% (100 ppm) | Λιγότερο ή ίσο με 0,9% | Κράματα αλουμινίου αυτοκινήτων, γενική χύτευση |
| 553 | 0,5% (500 ppm) | 0,5% (500 ppm) | 0,3% (300 ppm) | Λιγότερο ή ίσο με 1,3% | Αρχιτεκτονικά κράματα αλουμινίου, αποξείδωση συνηθισμένου χάλυβα |
Σημείωμα:ppm είναι μέρη ανά εκατομμύριο, 1%=10000ppm; οι διεθνείς ποιότητες (όπως το ASTM) έχουν ελαφρώς διαφορετικές εκφράσεις, αλλά η λογική κωδικοποίησης ακαθαρσιών είναι συνεπής.
Ο μηχανισμός επιρροής των βασικών προσμίξεων στις ιδιότητες του μετάλλου πυριτίου
(1) Σίδηρος (Fe): Βασική επιρροή στις ηλεκτρικές ιδιότητες και τη σκληρότητα του κράματος
Μηχανισμός:Ο σίδηρος σχηματίζει διαμεταλλικές ενώσεις όπως FeSi2 και Fe3Si στο μεταλλικό πυρίτιο. Αυτές οι ενώσεις είναι φάσεις ημιαγωγών ή αγωγών, οι οποίες θα καταστρέψουν την ακεραιότητα του πλέγματος του πυριτίου, οδηγώντας σε σημαντική αύξηση της ειδικής αντίστασης (π.χ., όταν η περιεκτικότητα σε Fe αυξάνεται από 100 ppm σε 500 ppm, η ειδική αντίσταση του μετάλλου πυριτίου αυξάνεται από 2000Ω・cm σε πάνω από 800000Ω). Διαφορές προσαρμοστικότητας κλάδου:
Ημιαγωγός/Φωτοβολταϊκό Πεδίο:Ο Fe πρέπει να ελέγχεται κάτω από 100 ppm (π.χ.Μεταλλικό πυρίτιο ποιότητας 1101), διαφορετικά θα οδηγήσει σε συντόμευση της διάρκειας ζωής του φορέα σε γκοφρέτες πυριτίου και μείωση 0,5%-1% στην απόδοση μετατροπής φωτοβολταϊκών στοιχείων.
Πεδίο κράματος αλουμινίου:Μια κατάλληλη ποσότητα Fe (300-500 ppm) μπορεί να σχηματίσει μια διασκορπισμένη φάση ενίσχυσης, βελτιώνοντας την αντοχή του κράματος, αλλά η υπέρβαση των 800 ppm θα δημιουργήσει χονδροειδή φάση FeAl3, με αποτέλεσμα 20%-30% μείωση της σκληρότητας του κράματος και εύκολο ράγισμα κατά την επεξεργασία.
(2) Αλουμίνιο (Al): Απαιτήσεις απόδοσης και αγωγιμότητας κράματος εξισορρόπησης
Μηχανισμός Επιρροής:Το αλουμίνιο σχηματίζει ένα στερεό διάλυμα Al-Si με πυρίτιο, βελτιώνοντας τη ρευστότητα χύτευσης και την αντοχή του κράματος. Ωστόσο, η ατομική ακτίνα του αλουμινίου διαφέρει σημαντικά από αυτή του πυριτίου και το στερεό διάλυμα θα προκαλέσει παραμόρφωση του πλέγματος, μειώνοντας την αγωγιμότητα. Διαφορές συμβατότητας κλάδου:
Κράματα αλουμινίου για αυτοκίνητα (π.χ. κράμα 6061 για τροχούς): Μεταλλικό πυρίτιο βαθμού 441Επιλέγεται (Al Λιγότερο ή ίσο με 400 ppm). Το Al και το Si βελτιστοποιούν συνεργιστικά την απόδοση χύτευσης, αυξάνοντας το ποσοστό πιστοποίησης σχηματισμού τροχού κατά 10%-15%.
Ηλεκτρικά κράματα αλουμινίου (π.χ. κράμα 1350 για σύρματα και καλώδια):Βαθμοί παρακάτω2202 Μεταλλικό πυρίτιοΠρέπει να επιλεγεί (Al Λιγότερο ή ίσο με 200 ppm). Διαφορετικά, η αγωγιμότητα πέφτει από 62% IACS σε κάτω από 58% IACS, αποτυγχάνοντας να καλύψει τις απαιτήσεις απόδοσης μετάδοσης ισχύος.
(3) Ασβέστιο (Ca): Επηρεάζει τη χημική σταθερότητα και τη συμβατότητα της διαδικασίας.
Μηχανισμός επιρροής:Το ασβέστιο υπάρχει στο μεταλλικό πυρίτιο ως CaSi2, εμφανίζει ισχυρή χημική αντιδραστικότητα και αντιδρά εύκολα με οξυγόνο, θείο και άλλα στοιχεία για να σχηματίσει ενώσεις χαμηλού σημείου τήξης (π.χ. CaO・SiO2, σημείο τήξης 1464 βαθμοί ). Διαφορές συμβατότητας κλάδου:
Σύνθεση οργανοπυριτίου:Η περιεκτικότητα σε Ca πρέπει να ελέγχεται κάτω από 30 ppm (π.χ.Μεταλλικό πυρίτιο ποιότητας 3303), διαφορετικά θα καταλύσει παράπλευρες αντιδράσεις, οδηγώντας σε άνιση κατανομή μοριακού βάρους του πολυμερούς οργανοπυριτίου και μείωση 15%-20% της αντοχής σε εφελκυσμό.
Αποξείδωση χάλυβα:Κατάλληλες ποσότητες Ca (100-300 ppm) μπορούν να βελτιώσουν τη ρευστότητα του τηγμένου χάλυβα και να αυξήσουν τον ρυθμό αποθείωσης κατά 10%-15%, αλλά επίπεδα που υπερβαίνουν τα 500 ppm θα δημιουργήσουν τη σκληρή και εύθραυστη φάση CaC2, μειώνοντας την αντοχή σε κρούση του χάλυβα.
(4) Ίχνη ακαθαρσίες (φώσφορος, βόριο): Μια "θανατηφόρα επίδραση" σε πεδία υψηλών-τελικών
Ο φώσφορος και το βόριο θεωρούνται «κρίσιμες ακαθαρσίες ιχνών» στο μεταλλικό πυρίτιο. Ακόμη και σε συγκεντρώσεις κάτω από 1 ppm, μπορούν να αλλάξουν σημαντικά την απόδοση:
Στον τομέα των ημιαγωγών:Το βόριο είναι προσμίκτη τύπου P-και το βόριο είναι προσμίκτη τύπου N-. Οι ίχνη ακαθαρσιών μπορούν να προκαλέσουν ανεξέλεγκτη αγωγιμότητα των πλακών πυριτίου, μειώνοντας την απόδοση των τσιπ κατά περισσότερο από 30%. Πρέπει να ελέγχονται κάτω από 0,1 ppm (ηλεκτρονικό-πρότυπο μεταλλικού πυριτίου ποιότητας).
Στο φωτοβολταϊκό πεδίο:Οι συγκεντρώσεις P και βορίου που υπερβαίνουν τα 0,5 ppm μπορούν να σχηματίσουν κέντρα ανασυνδυασμού, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του φωτοπαραγόμενου φορέα. Πρέπει να χρησιμοποιείται φωτοβολταϊκό-μεταλλικό πυρίτιο (P μικρότερο ή ίσο με 0,3 ppm, B μικρότερο ή ίσο με 0,3 ppm).
Διαδικασία ελέγχου περιεχομένου ακαθαρσίας και μέθοδοι ανίχνευσης
(1) Διαδικασία Βασικού Ελέγχου
Καθαρισμός πρώτων υλών:
Χαλαζιακή άμμος υψηλής-καθαρότητας (SiO2 μεγαλύτερο ή ίσο με 99,9%) και χαμηλής-ακαθαρσίας παράγοντας μείωσης ακαθαρσιών (πετρελαϊκή τέφρα οπτάνθρακα Λιγότερο ή ίσο με 0,5%) επιλέγονται για τη μείωση της εισαγωγής ακαθαρσιών από την πηγή.
Έλεγχος τήξης:
Υιοθετείται μια διαδικασία εξευγενισμού σε φούρνο βυθισμένου τόξου. Με τη ρύθμιση της θέσης του ηλεκτροδίου και της ατμόσφαιρας του κλιβάνου, προωθείται η αντίδραση και ο διαχωρισμός των ακαθαρσιών με σκωρία. Το ποσοστό απομάκρυνσης του Fe και του Al μπορεί να φτάσει το 60%-70%.
Μετά{0}}καθαρισμός θεραπείας:
Το μεταλλικό πυρίτιο υψηλού-τελικού (όπως ηλεκτρονικής ποιότητας) πρέπει να πλυθεί με οξύ-(μείγμα υδροχλωρικού οξέος + υδροφθορικού οξέος) και να λιώσει υπό κενό. Ο ρυθμός απομάκρυνσης των ιχνών ακαθαρσιών είναι μεγαλύτερος ή ίσος με 99%.
(2) Αξιόπιστες Μέθοδοι Ανίχνευσης
Κοινές ακαθαρσίες (Fe, Al, Ca):
Χρησιμοποιείται ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer), με όριο ανίχνευσης 1 ppm και σφάλμα μικρότερο ή ίσο με 5%.
Ίχνη ακαθαρσίες (P, B):
Χρησιμοποιείται ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer), με όριο ανίχνευσης 0,01 ppm, που πληροί τις απαιτήσεις ποιότητας ημιαγωγών-.
Γρήγορη-ανίχνευση στον ιστότοπο:
Χρησιμοποιείται φασματομετρία φθορισμού ακτίνων Χ (XRF), η οποία ολοκληρώνει τον έλεγχο της κύριας περιεκτικότητας σε ακαθαρσίες εντός 10 λεπτών, κατάλληλη για έλεγχο ποιότητας βιομηχανικής παραγωγής.
Οδηγίες επιλογής περιεχομένου ακαθαρσιών για διαφορετικούς κλάδους
(1) Βιομηχανία Ημιαγωγών/Ηλεκτρονικών
Απαιτήσεις επιλογής:Χρησιμοποιήστε βαθμό καθαρότητας 1101 ή υψηλότερη, Fe μικρότερο ή ίσο με 100 ppm, Al μικρότερο ή ίσο με 100 ppm, Ca μικρότερο ή ίσο με 10 ppm, P μικρότερο ή ίσο με 0,1 ppm, B μικρότερο ή ίσο με 0,1 ppm.
Βασικές Απαιτήσεις:Εξασφαλίστε την ακεραιότητα του πλέγματος και τη σταθερότητα της ηλεκτρικής απόδοσης, αποφεύγοντας τη βλάβη της συσκευής που προκαλείται από ακαθαρσίες.
(2) Βιομηχανία Φωτοβολταϊκών
Απαιτήσεις επιλογής:Χρήση ειδικού βαθμού 2202 ή φωτοβολταϊκών-, Fe μικρότερο ή ίσο με 200 ppm, Al μικρότερο ή ίσο με 200 ppm, Ca μικρότερο ή ίσο με 20 ppm, P μικρότερο ή ίσο με 0,3 ppm, B μικρότερο ή ίσο με 0,3 ppm.
Βασικές Απαιτήσεις:Εξισορρόπηση της αποτελεσματικότητας και του κόστους μετατροπής. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες πρέπει να ταιριάζει με τις διαδικασίες κοπής γκοφρέτας πυριτίου και κατασκευής μπαταριών.
(3) Βιομηχανία οργανοπυριτίου
Απαιτήσεις επιλογής:Χρήση βαθμού 3303 ή 441, Fe μικρότερο ή ίσο με 400 ppm, Al μικρότερο ή ίσο με 400 ppm, Ca μικρότερο ή ίσο με 30 ppm.
Βασικές Απαιτήσεις:Αποφύγετε τις παράπλευρες αντιδράσεις που καταλύονται από ακαθαρσίες- και εξασφαλίστε σταθερή απόδοση των προϊόντων οργανοπυριτίου.
(4) Βιομηχανία κραμάτων αλουμινίου/μεταλλουργίας
Απαιτήσεις επιλογής:ΧρήσηΜεταλλικό πυρίτιο 553 ποιότητας(Fe μικρότερο ή ίσο με 500 ppm, Al μικρότερο ή ίσο με 500 ppm, Ca μικρότερο ή ίσο με 300 ppm) για την κατασκευή κραμάτων αλουμινίου καιSilicon 441 βαθμούγια κράματα αλουμινίου αυτοκινήτων.
