Hiệu suất cốt lõi và ranh giới ứng dụng củakim loại silicon(Si Lớn hơn hoặc bằng 98%) được xác định bởi độ tinh khiết của nó. Sắt (Fe), nhôm (Al) và canxi (Ca) là các tạp chất chính và hàm lượng của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả khử oxy, hiệu ứng hợp kim và chất lượng sản phẩm hạ nguồn của silicon kim loại. Việc kiểm soát chính xác nội dung tạp chất là rất quan trọng để đảm bảo tính phù hợp cho các ứng dụng-cao cấp.
Đặc điểm cơ bản và giới hạn tiêu chuẩn của tạp chất Fe, Al và Ca trong kim loại silicon
| Cấp | Giới hạn hàm lượng Fe | Giới hạn hàm lượng Al | Giới hạn hàm lượng Ca | Tổng hàm lượng tạp chất | Kịch bản ứng dụng cốt lõi |
| 553# | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3% | Nhỏ hơn hoặc bằng 1,3% | Hợp kim nhôm thông thường, khử oxy hóa thép |
| 441# | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,1% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,9% | Hợp kim nhôm cao cấp-, đúc chính xác |
| 3303# | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,63% | Polysilicon quang điện, chất bán dẫn |
| 2202# (Cao cấp) | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,02% | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,42% | Vật liệu silicon cấp điện tử, hợp kim đặc biệt |
Ghi chú:Fe và Al dễ dàng tạo thành các hợp chất cứng và giòn (chẳng hạn như AlSi₃ và FeSi₂), trong khi Ca dễ dàng phản ứng với oxy và lưu huỳnh để tạo thành các thể vùi có điểm nóng chảy-thấp{1}}. Cả ba tạp chất này đều làm giảm độ tinh khiết và độ ổn định hiệu suất của silicon kim loại khi hàm lượng ngày càng tăng.
Tác động định lượng đến hiệu suất và ứng dụng
Tác động của sắt
Tính chất cơ học:
Hàm lượng sắt cao có thể làm giảm độ bền cơ học và độ cứng của kim loại silicon và dễ bị biến dạng.
Phản ứng oxy hóa:
Sắt dễ bị oxy hóa trong kim loại silicon tạo thành oxit sắt, ảnh hưởng đến quá trình khử silicon và làm giảm hiệu quả khử oxy.
Hiệu ứng điểm nóng chảy:
Sự hiện diện của sắt có thể làm giảm điểm nóng chảy của kim loại silicon và ảnh hưởng đến hoạt động của nó trong quá trình nấu chảy.
Tác động của nhôm
Hiệu suất luyện kim:
Nhôm sẽ phản ứng với silicon tạo thành nhôm silicide, ảnh hưởng đến khả năng khử và độ ổn định hóa học của kim loại silicon.
Phản ứng oxy hóa:
Nhôm cũng dễ bị oxy hóa và có thể tạo thành nhôm oxit ở nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến độ tinh khiết và hiệu suất khử của kim loại silicon.
Tác dụng của canxi
Giảm hoạt động của tác nhân:
Canxi có thể cải thiện hiệu suất khử của kim loại silicon và cải thiện khả năng khử của nó đối với oxit.
Độ hòa tan rắn:
Độ hòa tan rắn của canxi trong kim loại silicon bị hạn chế. Nếu vượt quá một giới hạn nhất định, nó có thể tạo thành pha rắn, ảnh hưởng đến độ tinh khiết và cấu trúc mạng tinh thể của silicon.
Giới hạn nội dung tạp chất cho các kịch bản ứng dụng cốt lõi
| Kịch bản ứng dụng | Fe Nhỏ hơn hoặc bằng | Al Nhỏ hơn hoặc bằng | Ca Nhỏ hơn hoặc bằng | Thương hiệu được đề xuất |
| Hợp kim nhôm thông thường, khử oxy hóa thép | 0.5% | 0.5% | 0.3% | 553# |
| Hợp kim nhôm cao cấp-, đúc chính xác | 0.4% | 0.4% | 0.1% | 441# |
| Polysilicon quang điện, chất bán dẫn | 0.3% | 0.3% | 0.03% | 3303# |
| Organosilicon cấp điện tử, hợp kim đặc biệt | 0.2% | 0.2% | 0.02% | 2202# |
Nhìn chung, tác động của các tạp chất này lên kim loại silicon phụ thuộc vào hàm lượng của chúng và các tình huống ứng dụng cụ thể. Trong sản xuất công nghiệp, thành phần của kim loại silicon thường được kiểm soát và điều chỉnh chặt chẽ để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu ứng dụng cụ thể.
