אבקת מתכת סיליקון: ציונים, מאפיינים ויישומים תעשייתיים

מהי אבקת מתכת סיליקון

אבקת מתכת סיליקון מיוצרת על ידי ריסוק, כרסום וסיווג סיליקון מתכתי שהופחת מקוורץ בתנור קשת שקוע. התוצאה היא אבקה גבישית אפורה שתכולת הסיליקון שלה נופלת בדרך כלל בין 98% ל-99.9%. מכיוון שסיליקון מתכתי שביר, ניתן לטחון אותו לרצועות בגודל חלקיקים צרות, וזו הסיבה שרוב הקונים התעשייתיים מציינים טווח רשת במקום לקבל חלק רחב אחד.

שלושה מאפיינים מניעים את ערכו. חלקיקים עדינים יוצרים שטח פנים ספציפי גדול, כך שהאבקה מתפזרת באופן שווה בהמסים, פולימרים ותלושים. סיליקון יסודי פעיל כימית בטמפרטורה גבוהה, מה שהופך אותו לשימושי הן כחומר מפחית והן כחומר הזנה לסינתזה. סיליקון גם יוצר תרכובות יציבות עם אלומיניום, חמצן ופחמן, ולכן הוא משמש כאלמנט מתג כמו גם כמגיב לתהליך.

שימושים מתכתיים: אל-סגסוגות Si וסילוק חמצון של פלדה

מטלורגיה היא מגזר הצריכה הגדול ביותר. סיליקון הוא תוספת הסגסוגת העיקרית ביציקות אלומיניום-סיליקון כגון A356.0, כיתה המכוסה במפרטי יציקה כולל ASTM B26 ו-ASTM B108. תוספות בטווח של 7% עד 12% סיליקון משפרות את הנזילות, מפחיתות את נקבוביות ההתכווצות ומגבירות את ההתנגדות לבלאי, לכן נבחרות סגסוגות Al-Si עבור בלוקי מנוע, ראשי צילינדר, בתי תמסורת ויציקות תעופה וחלל. צורת האבקה מתמוססת במהירות בהמסה ומאפשרת שליטה צמודה על רמת הסיליקון הסופית.

בייצור פלדה, אבקת מתכת סיליקון משמשת לניקוי חמצון וסגסוגת. לסיליקון יש זיקה חזקה לחמצן, ולכן הוא מגביל את איסוף החמצן המוגזם במהלך ההקשה והיציקה. זהו גם הבסיס לתוספות נושאות סיליקון- המשמשות בפלדות חשמליות ובפלדות קפיציות, שבהן תכולת סיליקון מבוקרת מעלה את ההתנגדות החשמלית ואת התגובה האלסטית.

יישומי אנרגיה וכימיקלים: סיליקונים, תאים סולאריים וסוללות

סיליקון בדרגה כימית הוא חומר המוצא של מתיל כלורוסילאנים, אשר מומרים לאחר מכן לסיליקונים, חומרי איטום, דבקים, חומרי שחרור ואלסטומרים. במסלול זה, אבקת סיליקון עדינה מגיבה עם מתיל כלוריד על פני זרז נחושת, והן חלוקת גודל החלקיקים והן ניקיון פני השטח של האבקה משפיעים על קצב התגובה והסלקטיביות.

סיליקון סולארי לפרוסות פוטו-וולטאיות מזוקק ממתכת סיליקון באמצעות שלבי טיהור המפחיתים בורון, זרחן וזיהומים מתכתיים לרמות נמוכות מאוד לפני שהחומר מתגבש למטילים וחתוך לפרוסות. באחסון אנרגיה, אבקת סיליקון משמשת כשלב הפעיל של אנודות סיליקון-מרוכבות פחמן לתאי ליתיום-. הסיליקון אוגר הרבה יותר ליתיום ליחידת מסה מאשר גרפיט, והוא מעורבב עם פחמן כדי לחסום את השינוי בנפח המתרחש במהלך טעינה ופריקה.

מטלורגיית אבקות, ייצור תוספים וחומרי עקשן

מטלורגיית אבקה וחומרי מטריצת מתכת:אבקת סיליקון מעורבבת עם אבקות אלומיניום או נחושת ומסינטרת, מה שמעלה את הקשיות והמוליכות התרמית בחלק המוגמר.

ייצור תוסף:חומרי הזנה נושאי סיליקון טחונים או אטומים- משמשים להדפסת חלקים מבניים קלים ורכיבי ניהול תרמי.

חסיני אש וחומרי יציקה:האבקה מתווספת לתערובות טשטוש, חומרי ירי וציפוי עובש, שם היא פועלת כנוגד חמצון ומשפרת את חוזק החום.

רכיבים וחיישנים אלקטרוניים:חלקי טוהר נמוך יותר מזינים את הייצור של-רכיבים מבוססי סיליקון ומצעי חיישנים שאינם זקוקים לחומר בדרגת מוליכים למחצה.

ציונים ומפרטים טיפוסיים

דרגות סיליקון תעשייתיות מזוהות בדרך כלל באמצעות קוד ארבע-ספרות שמתעד את תכולת הברזל, האלומיניום והסידן המקסימלית, בהתאם למערכת הייעוד GB/T 2881. הטבלה שלהלן מסכמת את הדרגות המתכות הנפוצות.

צִיוּן	Fe, % מקסימום	אל, % מקסימום	כ, % מקסימום	שימוש אופייני
Si-2202	0.20	0.20	0.02	סיליקונים, כיתה כימית בטוהר גבוה
Si-3303	0.30	0.30	0.03	כיתה כימית, חומרי גלם סולאריים
Si-441	0.40	0.40	0.10	סגסוגות אלומיניום, מטלורגיה כללית
Si-553	0.50	0.50	0.30	שחרור חמצון, עקשן, יציקה

גודל החלקיקים מוזמן בנפרד מהכימיה. חלקים מסחריים נפוצים כוללים גרגירים של 0-1 מ"מ, 1-3 מ"מ ו-3-10 מ"מ, יחד עם אבקות טחונות ב-200 mesh (כ-74 מיקרון) ו-325 mesh (כ-45 מיקרון). סינתזה כימית ויישומי סוללה דורשים בדרך כלל את השברים העדינים והמסווגים יותר, בעוד שעבודות סגסוגות ועבודות עקשן יכולות להשתמש בחומר גס יותר.

בדיקות בחירה ואיכות

הבחירה מתחילה בתהליך במורד הזרם. מפיק סיליקון צריך ברזל ואלומיניום נמוכים וגודל חלקיקים מבוקר קפדני; למפעל יציקה אלומיניום אכפת בעיקר מהתנהגות פירוק וכימיה עקבית; יצרן עקשן מחליף קצת טוהר תמורת עלות. הקונים צריכים גם לאשר את תכולת הלחות והאריזה, שכן שקיות אטומות של 25 ק"ג או שקיות גדולות של 1000 ק"ג מונעות חמצון וזיהום במהלך הובלה ימית. תעודת אצווה המציגה תוכן Fe, Al ו-Ca היא הדרך הרגילה לאמת מגרש שנמסר.

שאלות נפוצות

ש: למה משמשת אבקת מתכת סיליקון?
השימושים העיקריים הם סגסוגות אלומיניום-סיליקון, דה-חמצון וסגסוגת פלדה, ייצור סיליקון וסילאן, חומרי גלם סולאריים, אנודות סוללות סיליקון-פחמן, מתכות אבקה ותערובות עקשן.

ש: מה ההבדל בין מתכת סיליקון 553 למתכת סיליקון 441?
הספרות רושמות תכולת ברזל, אלומיניום וסידן מקסימלית. Si-553 מאפשר עד 0.5% Fe, 0.5% Al ו-0.3% Ca, בעוד ש-Si-441 מגביל אותם ל-0.4%, 0.4% ו-0.1%, כך ש-Si-441 הוא הדרגה הנקה והיקרה יותר.

ש: איזה גודל חלקיקים זמין?
גרגירים מסופקים ברצועות כגון 0-1 מ"מ, 1-3 מ"מ ו-3-10 מ"מ, ואבקה טחונה מסופקת ב-200 mesh או -325 mesh, עם חיתוכים מותאמים אישית זמינים לתהליכים ספציפיים.

ש: האם אבקת מתכת סיליקון זהה לאבקת פרוסיליקון?
לא. אבקת מתכת סיליקון קרובה לסיליקון אלמנטרי, בעוד שפרוסיליקון הוא סגסוגת סיליקון-ברזל המכילה ברזל רב ומשמשת בדרך כלל לניקוי חמצון וסגסוגת בפלדה.

ש: האם ניתן להשתמש באבקת מתכת סיליקון בסוללות?
כֵּן. אנודות מרוכבות של סיליקון- משתמשות באבקת סיליקון כשלב הפעיל בקיבולת גבוהה, מעורבבת עם פחמן כדי לשלוט בהתרחבות במהלך רכיבה על אופניים.

ש: כיצד יש לאחסן את האבקה?
שמור אותו יבש ואטום. לחות וחשיפה ממושכת לאוויר עלולות לחמצן את פני השטח של חלקיקים עדינים ולשנות את התנהגות האבקה בתהליכים כימיים ומטלורגיים.