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硅物質(zhì)小知識(shí),科普知多些。
來源:轉(zhuǎn)+改 作者:強(qiáng)力化工 發(fā)布時(shí)間:2023-01-31 14:10 閱讀次數(shù):3798

    硅是一種化學(xué)元素,英文名稱Silicon,化學(xué)符號(hào)是Si,舊稱矽,原子序數(shù)14,相對(duì)原子質(zhì)量28.0855,密度2.4g/cm3,熔點(diǎn)1414℃,沸點(diǎn)2355℃,元素周期表上IVA族的類金屬元素。硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體,晶體硅為鋼灰色,無定形硅為黑色,晶體硅屬于原子晶體,硬而有光澤,有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑,在高溫下能與氧氣等多種元素化合,不溶于水、硝酸和鹽酸,溶于氫氟酸和堿液。硅在自然界中分布極廣,一般很少以單質(zhì)的形式出現(xiàn),主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在,地殼中約含27.6%,是地殼中僅次于氧的第二豐富元素。主要用來制作高純半導(dǎo)體、耐高溫材料、光導(dǎo)纖維通信材料、有機(jī)硅化合物、合金等,被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。

    高純半導(dǎo)體

    高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料,可制成二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路(包括人們計(jì)算機(jī)內(nèi)的芯片和CPU),還可以做成太陽能光伏電池,將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?012年中國已經(jīng)超越歐洲、日本成為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。

    耐高溫材料

  •    硅可用來制作金屬陶瓷復(fù)合材料,這種材料繼承了金屬和陶瓷的各自優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還彌補(bǔ)了兩者不足,具有耐高溫、富韌性、可切割等優(yōu)點(diǎn)。第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”正是靠著硅瓦拼砌的外殼才抵擋住了飛機(jī)高速穿行稠密大氣時(shí)摩擦產(chǎn)生的高溫。

   光導(dǎo)纖維通信材料

  •   純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,該纖維是光導(dǎo)纖維通信的重要材料,這種通信方式代替了笨重的電纜,通信容量高,不受電、磁干擾,不怕竊聽,具有高保密性。光導(dǎo)纖維通信使得人類的生活發(fā)生了革命性的巨變。

   有機(jī)硅化合物

  •   硅的有機(jī)化合物,將硅優(yōu)良的無機(jī)性能與有機(jī)材料性能相結(jié)合,使有機(jī)硅化合物別具一格,開辟了新的領(lǐng)域。其具備了表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì),并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性,主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,有機(jī)硅已經(jīng)成為化工新材料界獨(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系,許多有機(jī)硅品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。

  •    有機(jī)硅材料按其形態(tài)的不同可分為:硅烷偶聯(lián)劑(有機(jī)硅化學(xué)試劑)、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性劑)、硅樹脂、復(fù)合物等。如有機(jī)塑料可以做成性能優(yōu)良的防水布料,地鐵四壁噴涂有機(jī)硅可以解決滲水問題,古文物、雕塑等外表涂層也是有機(jī)硅化合物。硅油可做成一種很好的潤滑劑。硅橡膠可以作為絕緣材料,也可作為醫(yī)用高分子材料,受我國紡織、電子、醫(yī)療、日化等終端行業(yè)分布、需求影響,硅橡膠在有機(jī)硅下游產(chǎn)品中占據(jù)了半壁江山。

  硅橡膠依靠其更好的特性已經(jīng)逐漸被制品行業(yè)接受并在部分領(lǐng)域逐漸成為大眾橡膠,且隨著近幾年終端行業(yè)的發(fā)展,作為有機(jī)硅第二大產(chǎn)品的硅油也受到越來越多的關(guān)注,在紡織、電子、造紙等領(lǐng)域,硅油已經(jīng)成為生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品必不可少的生力軍,預(yù)計(jì)在2015年表觀消費(fèi)量將達(dá)到36萬噸,增幅將達(dá)到44%,硅油在有機(jī)硅下游產(chǎn)品中的比例將趨向歐美等發(fā)達(dá)國家。

  •     在我國有機(jī)硅行業(yè)下游產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展過程中,硅橡膠發(fā)展?jié)摿χ饾u趨向平穩(wěn),而硅油、硅烷偶聯(lián)劑將成為下游產(chǎn)品重點(diǎn)發(fā)展方向,且持續(xù)性較強(qiáng)。


  •      一直以來,我國有機(jī)硅最大的下游產(chǎn)品是硅橡膠,硅橡膠最大的終端應(yīng)用領(lǐng)域是建筑行業(yè),這種結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)仍將持續(xù),近兩年我國房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展迅速,建筑幕墻以及涂料行業(yè)對(duì)有機(jī)硅產(chǎn)品的需求逐年遞增。2014年兩會(huì)結(jié)束,新型城鎮(zhèn)化的影響開始體現(xiàn),《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014-2020年)》,由新華社授權(quán)發(fā)布。規(guī)劃提出發(fā)展目標(biāo),即“常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到60%左右,戶籍人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到45%左右。”

    •     近幾年,越來越多的有機(jī)硅企業(yè)開始重視產(chǎn)品的高附加值、新產(chǎn)品的研發(fā),在各種高端領(lǐng)域,如醫(yī)藥、精細(xì)電子等,有機(jī)硅產(chǎn)品開始受到應(yīng)用,對(duì)進(jìn)口有機(jī)硅產(chǎn)品的依賴度開始減弱,并且隨著技術(shù)的不斷完善,后期有機(jī)硅產(chǎn)品在高端行業(yè)中的比例將會(huì)越來越大。


       硅類合金

       硅與其他金屬可以制成合金,以此來提升其金屬性能。硅制成的合金主要包括:硅鋁合金、硅銅合金、硅鐵合金、硅錳合金等。



    •   硅鋁合金中硅元素的存在能夠改善合金的流動(dòng)性,降低熱裂傾向,減少疏松,提高氣密性。這類合金具有較好的耐腐蝕性能和中等的機(jī)加工性能,具有中等強(qiáng)度和硬度,使塑性較低,用于制造低中強(qiáng)度的形狀復(fù)雜的鑄件,如蓋板、電機(jī)殼、托架等,也用作釬焊焊料。

    •   硅銅合金用于細(xì)化晶粒,提高導(dǎo)電性。

    • 硅鐵合金硅鐵合金是硅和鐵組成的鐵合金。硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料,用電爐冶煉制成的鐵硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅鐵常用于煉鋼時(shí)作脫氧劑,同時(shí)由于SiO2生成時(shí)放出大量的熱,在脫氧的同時(shí),對(duì)提高鋼水溫度也是有利的。在鑄鐵工業(yè)中用作孕育劑和球化劑。在鑄鐵中加入一定量的硅鐵能阻止鐵中形成碳化物、促進(jìn)石墨的析出和球化,因而在球墨鑄鐵生產(chǎn)中,硅鐵是一種重要的孕育劑(幫助析出石墨)和球化劑。同時(shí),硅鐵還可作為合金元素加入劑,廣泛應(yīng)用于低合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中,硅鐵在鐵合金生產(chǎn)及化學(xué)工業(yè)中,常用作還原劑。75#硅鐵在皮江法煉鎂中常用于金屬鎂的高溫冶煉過程中,將CaO.MgO中的鎂置換出來,每生產(chǎn)一噸金屬鎂就要消耗1.2噸左右的硅鐵,對(duì)金屬鎂生產(chǎn)起著很大的作用。另外,磨細(xì)或霧化處理過的硅鐵粉,在選礦工業(yè)中可作為懸浮相。在焊條制造業(yè)中可作為焊條的涂料。高硅硅鐵在化學(xué)工業(yè)中可用于制造硅酮等產(chǎn)品。      在以上這些用途中,煉鋼工業(yè)、鑄造工業(yè)和鐵合金工業(yè)是硅鐵的最大用戶。它們共消耗約90%以上的硅鐵。在各種不同牌號(hào)的硅鐵中,目前應(yīng)用最廣的是75%硅鐵。在煉鋼工業(yè)中,每生產(chǎn)1t鋼大約消耗3-5kg75%硅鐵。
    • 硅錳合金硅 錳合金是由錳、硅、鐵及少量碳和其它元素組成的合金,是一種用途較廣、產(chǎn)量較大的鐵合金。錳硅合金是煉鋼常用的復(fù)合脫氧劑,又是生產(chǎn)中低碳錳鐵和電硅熱法生產(chǎn)金屬錳的還原劑。錳和硅是碳鋼中所用的主要合金元素。錳是煉鋼過程中最主要的脫氧劑之一,幾乎所有的鋼種都需要用錳來脫氧。因?yàn)橛缅i來脫氧時(shí)所生成的氧產(chǎn)物熔點(diǎn)較低,易于上浮;錳還能增大硅和鋁等強(qiáng)脫氧劑的脫氧效果。所有的工業(yè)鋼都需加入少量的錳作為脫硫劑,使鋼能進(jìn)行熱軋、鍛造及其它工藝而不致斷裂,錳還是各鋼種中最重要的合金元素,在合金鋼中也會(huì)添加15%以上的錳以增加鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。硅是生鐵和碳鋼中僅次于錳的最重要的合金元素。在鋼生產(chǎn)中,硅主要用作熔融金屬的脫氧劑,或作為合金添加劑使鋼增加強(qiáng)度和改善其性能。硅還是一種有效的石磨化介質(zhì),它能使鑄鐵中的碳變成游離的石磨碳。加入標(biāo)準(zhǔn)灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的硅可達(dá)4%。而大量的錳和硅都是以鐵合金的形式添加到鋼液中的:錳鐵、硅錳和硅鐵。


        其他用途

        硅在提高植物對(duì)非生物和生物逆境抗性中的作用很大,是植物抵御逆境、調(diào)節(jié)植物與其他生物之間相互關(guān)系所必需的化學(xué)元素。如硅可以提高植物莖稈的硬度,硅可以提高植物對(duì)干旱、鹽脅迫、紫外輻射以及病蟲害等的抗性。硅可以提高水稻對(duì)稻縱卷葉螟的抗性,施用硅后水稻對(duì)害蟲取食的防御反應(yīng)迅速提高,硅對(duì)植物防御起到警備作用。水稻在受到蟲害襲擊時(shí),硅可以警備水稻迅速激活與抗逆性相關(guān)的茉莉酸途徑,茉莉酸信號(hào)反過來促進(jìn)硅的吸收,硅與茉莉酸信號(hào)途徑相互作用影響著水稻對(duì)害蟲的抗性


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