Знакомство с материалами зачастую начинается с хорошо известных веществ, таких как кремний (Si). На первый взгляд он может показаться обыденным — основа песка и стекла. Однако за этой внешней простотой скрывается элемент с выдающимися свойствами. Он занимает особое место в периодической системе Менделеева, входя в 14-ю группу (или IV главную подгруппу, если по-старому).
Этот неметалл, второй по распространенности в земной коре после кислорода, редко встречается в чистом виде. Обычно он связан в силикатах и оксидах. Процесс получения высокочистого кристаллического кремния является технологически сложным, однако его результат имеет фундаментальное значение. Именно кремний в чистом кристаллическом виде служит основой для современной электронной промышленности.
Физические характеристики
Технический кремний — это твёрдое вещество. Имеет характерный металлический блеск, хотя и относится к неметаллам. Его структура напоминает алмаз, что объясняет его хрупкость и твердость. Плотность у него невысокая, около 2,33 г/см³.
Температура плавления довольно внушительная — 1414°C. Это делает его тугоплавким материалом. Важная характеристика — полупроводниковые свойства. Именно это свойство сделало его незаменимым в микросхемах, транзисторах и солнечных батареях. Чистота материала здесь играет ключевую роль.
Химические свойства
При комнатной температуре кремний проявляет относительную химическую инертность и слабо реагирует с другими веществами. Однако при повышении температуры его химическая активность значительно возрастает. В этих условиях он активно взаимодействует с галогенами, кислородом — с образованием диоксида кремния (SiO?, основного компонента кварца), а также с азотом и другими реагентами.
Особо стоит отметить химические свойства кремния при взаимодействии с щелочами. В растворах щелочей он растворяется, выделяя водород. С кислотами (кроме смеси азотной и плавиковой) почти не реагирует. Это довольно типичное поведение для элементов его подгруппы. В целом, его химический характер можно описать как восстановительный, хотя он может проявлять и окислительные свойства в соединениях с более активными металлами.
Области использования
Сферы, где находит применение кремний, весьма разнообразны. Трудно переоценить его значение для электроники и солнечной энергетики, но это далеко не всё. Вот лишь некоторые направления его использования:
- Производство сплавов. Добавляется в стали и чугуны для улучшения их свойств.
- Создание силиконов. Кремнийорганические соединения используются в маслах, смазках, герметиках.
- Изготовление стекла и керамики. Диоксид кремния — главный компонент этих материалов.
Чистый кристаллический кремний идет в основном на полупроводники. Технический же, менее чистый, находит свое применение в металлургии и химической промышленности.
Получение
Промышленное получение кремния — это обычно восстановление диоксида кремния углеродом. Процесс идет в дуговых печах при высоких температурах. Получается так называемый технический кремний чистотой 95–98%. Для электроники этого мало.
Процесс дальнейшей очистки кремния представляет собой сложную многостадийную технологическую процедуру. Используют химические методы, зонную плавку. В итоге получают поликристаллический или монокристаллический кремний высочайшей чистоты (до 99,9999% и выше). Выращивание монокристаллов кремния — высокоточный технологический процесс, необходимый для производства микросхем. Используется исключительно сверхчистый материал, а все его характеристики находятся под строгим контролем на всех этапах, ведь от чистоты зависит работоспособность сложнейших электронных устройств.
Где купить кремний?
Металлокомбинат «Прогресс» поставляет кремний высокого качества для различных отраслей — от микроэлектроники до металлургии. Мы обеспечиваем стабильные поставки, индивидуальный подход и техническую поддержку на всех этапах сотрудничества. Если Вам необходимо купить кремний — мы готовы предложить оптимальное решение под Ваши задачи.
