Η βασική απόδοση και τα όρια εφαρμογής τουμεταλλικό πυρίτιο(Si μεγαλύτερο ή ίσο με 98%) προσδιορίζονται από την καθαρότητά του. Ο σίδηρος (Fe), το αλουμίνιο (Al) και το ασβέστιο (Ca) είναι οι κύριες ακαθαρσίες και η περιεκτικότητά τους επηρεάζει άμεσα την αποτελεσματικότητα της αποξείδωσης, την επίδραση του κράματος και την ποιότητα του μεταλλικού πυριτίου κατάντη του προϊόντος. Ο ακριβής έλεγχος του περιεχομένου ακαθαρσιών είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της καταλληλότητας για εφαρμογές υψηλού επιπέδου.
Βασικά χαρακτηριστικά και τυπικά όρια ακαθαρσιών Fe, Al και Ca σε μέταλλο πυριτίου
| Βαθμός | Όριο περιεκτικότητας σε Fe | Όριο περιεχομένου Al | Όριο περιεχομένου Ca | Ολική περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες | Βασικά σενάρια εφαρμογών |
| 553# | Λιγότερο ή ίσο με 0,5% | Λιγότερο ή ίσο με 0,4% | Λιγότερο ή ίσο με 0,3% | Λιγότερο ή ίσο με 1,3% | Κοινά κράματα αλουμινίου, αποξείδωση χάλυβα |
| 441# | Λιγότερο ή ίσο με 0,4% | Λιγότερο ή ίσο με 0,4% | Λιγότερο ή ίσο με 0,1% | Λιγότερο ή ίσο με 0,9% | Κράματα αλουμινίου υψηλής-τελικής κατασκευής, χύτευση ακριβείας |
| 3303# | Λιγότερο ή ίσο με 0,3% | Λιγότερο ή ίσο με 0,3% | Λιγότερο ή ίσο με 0,03% | Λιγότερο ή ίσο με 0,63% | Φωτοβολταϊκό πολυπυρίτιο, ημιαγωγοί |
| 2202# (Βαθμός Premium) | Λιγότερο ή ίσο με 0,2% | Λιγότερο ή ίσο με 0,2% | Λιγότερο ή ίσο με 0,02% | Λιγότερο ή ίσο με 0,42% | Ηλεκτρονικά-υλικά πυριτίου, ειδικά κράματα |
Σημείωμα:Το Fe και το Al σχηματίζουν εύκολα σκληρές και εύθραυστες ενώσεις (όπως AlSi3 και FeSi2), ενώ το Ca αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο και το θείο για να σχηματίσει εγκλείσματα χαμηλού-σημείου τήξης-. Και οι τρεις ακαθαρσίες μειώνουν την καθαρότητα και τη σταθερότητα απόδοσης του μεταλλικού πυριτίου με αυξανόμενη περιεκτικότητα.
Ποσοτική επίδραση στην απόδοση και τις εφαρμογές
Επίδραση σιδήρου
Μηχανικές ιδιότητες:
Η υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο μπορεί να μειώσει τη μηχανική αντοχή και τη σκληρότητα του μετάλλου πυριτίου και να το κάνει εύκολο να παραμορφωθεί.
Αντίδραση οξείδωσης:
Ο σίδηρος οξειδώνεται εύκολα σε μέταλλο πυριτίου για να σχηματίσει οξείδιο του σιδήρου, το οποίο επηρεάζει τη μείωση του πυριτίου και μειώνει το φαινόμενο της αποξείδωσης.
Επίδραση σημείου τήξης:
Η παρουσία σιδήρου μπορεί να μειώσει το σημείο τήξης του μετάλλου πυριτίου και να επηρεάσει τη συμπεριφορά του κατά τη διαδικασία τήξης.
Επίδραση αλουμινίου
Απόδοση τήξης:
Το αλουμίνιο θα αντιδράσει με το πυρίτιο για να σχηματίσει πυριτικό αλουμίνιο, το οποίο επηρεάζει την ικανότητα αναγωγής και τη χημική σταθερότητα του μετάλλου πυριτίου.
Αντίδραση οξείδωσης:
Το αλουμίνιο είναι επίσης εύκολο να οξειδωθεί και μπορεί να σχηματίσει οξείδιο αλουμινίου σε υψηλή θερμοκρασία, επηρεάζοντας την καθαρότητα και την απόδοση μείωσης του μετάλλου πυριτίου.
Επίδραση του ασβεστίου
Μειωτική δραστηριότητα παράγοντα:
Το ασβέστιο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση αναγωγής του μετάλλου πυριτίου και να βελτιώσει την ικανότητα αναγωγής του σε οξείδια.
Στερεά διαλυτότητα:
Η στερεά διαλυτότητα του ασβεστίου στο μεταλλικό πυρίτιο είναι περιορισμένη. Εάν υπερβεί ένα ορισμένο όριο, μπορεί να σχηματίσει μια στερεά φάση, επηρεάζοντας την καθαρότητα και τη δομή του πλέγματος του πυριτίου.
Όρια περιεχομένου ακαθαρσίας για βασικά σενάρια εφαρμογής
| Σενάριο εφαρμογής | Fe Μικρότερο ή ίσο με | Al Μικρότερο ή ίσο με | Ca Μικρότερο ή ίσο με | Προτεινόμενη μάρκα |
| Κοινά κράματα αλουμινίου, αποξείδωση χάλυβα | 0.5% | 0.5% | 0.3% | 553# |
| Κράματα αλουμινίου υψηλής-τελικής κατασκευής, χύτευση ακριβείας | 0.4% | 0.4% | 0.1% | 441# |
| Φωτοβολταϊκό πολυπυρίτιο, ημιαγωγοί | 0.3% | 0.3% | 0.03% | 3303# |
| Οργανοπυρίτιο ηλεκτρονικής-ποιότητας, ειδικά κράματα | 0.2% | 0.2% | 0.02% | 2202# |
Συνολικά, η επίδραση αυτών των ακαθαρσιών στο μέταλλο πυριτίου εξαρτάται από το περιεχόμενό τους και τα συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογής. Στη βιομηχανική παραγωγή, η σύνθεση του μετάλλου πυριτίου συνήθως ελέγχεται αυστηρά και προσαρμόζεται ώστε να διασφαλίζεται ότι πληροί συγκεκριμένες τεχνικές απαιτήσεις και ανάγκες εφαρμογής.
