硅地性質(zhì)、制備及用途

1、學(xué)號(hào)：20105051242學(xué)年論文本科系院化學(xué)化工學(xué)院專 業(yè)化學(xué)年 級(jí)2010級(jí)姓 名X曉麗論文設(shè)計(jì)題目硅的性質(zhì)、制備與用途指導(dǎo)教師王巖 職稱副教授成 績(jī)2011年6月6日目錄摘要 1關(guān)鍵詞 1Abstracts 1Key words 1引言 11. 硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 12. 常見(jiàn)的化學(xué)反響 23. 硅的制備 24參考文獻(xiàn) 5硅的性質(zhì)、制備與用途某某：X曉麗學(xué)號(hào)：20105051242化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)專業(yè)指導(dǎo)教師：王巖職稱：副教授摘要：本文主要介紹硅的物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)與其制備方法。與此同時(shí)硅在工業(yè) 生產(chǎn)、科技中也有極其重要的作用，文章列出了硅的一些比擬重要的用途。關(guān)鍵詞：硅；晶體；制備；用途

2、Abstract: This paper describes the physical properties of silicon,chemicalproperties and preparatio n methods. At the same time silic onin in dustrialproducti on, tech no logy also has an importa nt role, the article lists some of the more important of silicon useKey words: silicon; crystal; prepara

3、tion; use引言隨著我國(guó)工業(yè)、科技的開(kāi)展，對(duì)硅的需求越來(lái)越多，從而促使硅產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展， 使硅的產(chǎn)量逐年增高。與此同時(shí)高科技對(duì)硅純度要求也越來(lái)越高，這就要求我國(guó) 致力于硅的研究，打開(kāi)硅產(chǎn)業(yè)的廣闊前景。近幾年我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)不斷開(kāi)展，也帶動(dòng) 了科技的新的飛躍。本文主要就其性質(zhì)，制備與用途作簡(jiǎn)要說(shuō)明。1硅的性質(zhì)1823年，瑞典的貝采利烏斯，用氟化硅或氟硅酸鉀與鉀共熱，得到粉狀硅 14,原子結(jié)構(gòu)示意圖如下：含量：在地殼中，它的含量?jī)H次于氧，居第二位。存在形式：在自然界中，沒(méi)有游離態(tài)的硅，只有化和態(tài)的硅晶體硅為鋼灰色，無(wú)定形硅為黑色，密度2.4g /cm3熔點(diǎn)1420C,沸點(diǎn)2355C晶體硅屬于原子晶體，

4、硬而有光澤，有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比擬活潑， 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， 用于造制合金如硅鐵、硅鋼等，單晶硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，用于制造大功 率晶體管、整流器、太陽(yáng)能電池等。結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的，很脆，是典型的半導(dǎo)體?；瘜W(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在 常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反響。2常見(jiàn)的化學(xué)反響 與非金屬作用 常溫下Si只能與F2反響，在F2中瞬間燃燒，生成SiF4Si+F2= SiF4加熱時(shí)，能與其它鹵素反響生成鹵化硅，與氧反響生成SiO2Si+2X2= SiX4 (X=CI， Br， I) Si+O 2 =SiO2 (SiO2的

5、微觀結(jié)構(gòu))在高溫下，硅與碳、氮、 硫等非金屬單質(zhì)化合，分別生成碳化硅SiC、氮化硅SisN和硫化硅SiS2等。Si+C= SiC 3Si+2N 2 = Si 3MSi+2S =SiS2(2) 與酸作用Si在含氧酸中被鈍化，但與氫氟酸與其混合酸反響，生成SiF4或fSiF6Si+4HF =SiF4 T +2H T 3Si+4HNO+18HF = 3HSiF6+4NOt +8H0與堿作用無(wú)定形硅能與堿猛烈反響生成可溶性硅酸鹽，并放出氫氣 Si+2NaOH+2O = Na2SiO3+2HT(4)與金屬作用硅還能與鈣、鎂、銅、鐵、鉑、鉍等化合，生成相應(yīng)的金屬硅化 物。3硅的制備1.1金屬熱復(fù)原法在實(shí)驗(yàn)

6、室中，可將金屬鎂與二氧化硅的為細(xì)粉末混合加熱而制得純硅，其主 要反映式SiO2 + 2 Mg Si + 2MgO反響得到一種多孔的塊狀物體，用鹽酸來(lái)處理，將氧化鎂轉(zhuǎn)化為氟化鎂：2MgO + 4HCMgC2+2HO洗滌，過(guò)濾別離后，濾渣不容于鹽酸的固態(tài)物即是硅和未反響的二氧化 硅。用氫氟酸處理此濾渣，氫氟酸與二氧化硅起作用形成四氟化硅與水SiO2+4HF SiF4+2HO四氟化硅是無(wú)色的氣體，很易揮發(fā)，剩下的暗褐色的殘?jiān)词菬o(wú)定形硅另外，用鋁、鋅復(fù)原二氧化硅也可以制得無(wú)定型硅，其原理與鎂熱復(fù)原二氧 化硅根本一樣。德國(guó) Heliotro ni c/Wacker公司引入 CaO-SiO2液相助熔劑，

7、在1600-1700.C下進(jìn)展鋁熱復(fù)原石英砂：3SQ2+4AI 3Si+2AI 2OCaO-SiQ液相助熔劑既可以溶解副產(chǎn)物氧化鋁，又可以作為液-液萃取介質(zhì)，助熔劑與硅不互溶，從而可將硅別離開(kāi)來(lái)。該方法多用于實(shí)驗(yàn)室，其成分主要取決于原料本錢，而鎂、鋁、鋅金屬粉的 價(jià)格較高，資源能效較低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯，故難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。工業(yè)上，以含SiO2的礦物硅石或石英等為原料，以碳質(zhì)物木炭，石焦 油，煤等為復(fù)原劑，在礦熱爐內(nèi)熔煉制得工業(yè)硅，通常稱為碳熱復(fù)原法或電熱 法。復(fù)雜Si-O-C體質(zhì)由Si、OC這三種元素構(gòu)成，主要存在SiO2、SiO、Si、SiC、 C、CO等六種物質(zhì)，畐阪響較多，主要反響式為Si

8、O2+2C Si+2CO生產(chǎn)的工藝流程都大致可以分為原料準(zhǔn)備、配料、熔煉、出爐鑄錠、產(chǎn)品破 碎包裝、回收硅灰等幾個(gè)局部。該法多用于工業(yè)生產(chǎn)，工藝相對(duì)成熟，原料易得且本錢較低，產(chǎn)品純度較高，通常硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)97.00%-99.00%,但能耗較大，屬高能耗產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)70年代起，德國(guó)Sime ns、挪威Elkem、Si ntef等公司分別改良碳熱 復(fù)原法制得純硅。復(fù)雜Si-O-H體系由Si、OH這三種元素構(gòu)成，主要存在SiO2、 SiO、Si、Q、HO H2等這六種物質(zhì)，副反響較多，主要反響式SiO2+2H Si+2H2O與碳熱法相比，該方法沒(méi)用中間產(chǎn)物SiC的生成，硅的收率較高；采用氫氣做

9、復(fù)原劑，氧化產(chǎn)物清潔無(wú)污染，環(huán)境效益好；可以直接制備高純太陽(yáng)能硅，不 需要純化過(guò)程，生產(chǎn)本錢低，市場(chǎng)潛力較好。4硅的用途在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導(dǎo)體；摻入微量的第VA 族元素，形成n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就可做成太陽(yáng)能電池，將輻射能轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔?。在開(kāi)發(fā)能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛應(yīng)用的二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路包括我們計(jì)算機(jī)內(nèi)的芯片和CPU都是用硅做的原材料1.2金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料將陶瓷和金屬混合燒結(jié)，制成金屬陶瓷復(fù)合材料，它耐高溫，富韌性，可以 切割，既繼承和陶瓷的各自的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的先天缺陷?？蓱?yīng)用于軍事武 器的制造第一架航

10、天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)能抵擋住高速穿行稠密大氣時(shí)磨擦產(chǎn)生 的高溫，全靠它那三萬(wàn)一千塊硅瓦拼砌成的外殼。1.3光導(dǎo)纖維通信，最新的現(xiàn)代通信手段用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維，激光在玻璃纖維的通路里，無(wú)數(shù) 次的全反射向前傳輸，代替了笨重的電纜。光纖通信容量高，一根頭發(fā)絲那么細(xì) 的玻璃纖維，可以同時(shí)傳輸 256路，它還不受電、磁干擾，不怕竊聽(tīng)，具有高度 的某某性。光纖通信將會(huì)使21世紀(jì)人類的生活發(fā)生革命性巨變。硅以硅鐵硅鐵合金形式作為鑄鐵式的脫氧劑。也制造高硅鐵合金硅的 含量從14%94不等，增強(qiáng)鐵的抗腐蝕性能。用以合成硅酮化合物、硅酮油、硅酮樹(shù)脂和硅酮膠。適合這一用途的硅的材 料要求有相當(dāng)高的純

11、度。其中硅的含量要求達(dá)到98.53%。生產(chǎn)這一類硅材料需要采用較嚴(yán)格的工藝流程。天然橡膠和合成橡膠的使用溫度， 一一般都在150C以下，否如此就會(huì)老化變 質(zhì)。20世紀(jì)40年代開(kāi)展起來(lái)的硅橡膠，是以硅一氧一硅為主鏈的半無(wú)機(jī)高分子彈 性體，兼有無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的某些特點(diǎn)，使用溫度X圍廣。硅橡膠還具有優(yōu)異的耐臭氧、生理惰性和電氣性能。某些特殊結(jié)構(gòu)的硅橡膠，更具有優(yōu)良的耐油、 耐溶劑、耐輻射等特性，因此，硅橡膠廣泛用于航空、字宙航行技術(shù)、電氣與電 子工業(yè)部門。另外，硅是同位素電池中換能器的主要材料；也是一種廉價(jià)而輕巧的太陽(yáng)能 電池材料。還是制航天飛機(jī)用的耐熱而極輕的硅瓦的材料。由于硅是微電子技術(shù)的關(guān)鍵材料，所以有人稱現(xiàn)在為“以硅片為代表的電子材 料時(shí)代當(dāng)然硅的作用還遠(yuǎn)不止這些，它更多的作用還有待開(kāi)發(fā)。參考文獻(xiàn)1 社何允平,王恩慧.工業(yè)硅生產(chǎn)M.:冶金工業(yè)出版，1996.2 于站良,馬文會(huì),戴永年,等.太陽(yáng)能級(jí)硅制備新工藝研究進(jìn)展J.輕金屬,2006 3：43-47.3 實(shí)用工業(yè)硅技術(shù)編寫組.實(shí)用工業(yè)硅技術(shù)M.:化學(xué)工業(yè)，2005.4 陳肇友.化學(xué)熱力