Silikonmetallkvaliteter kännetecknas av "numeriska koder" som representerar det högsta tillåtna innehållet (i delar per tio tusen) av järn (Fe), aluminium (Al) och kalcium (Ca). Korrespondensen och standardbasen för kärnkvaliteterna är följande (se GB/T 2881-2014 och ASTM E478-22):
| Silikonmetallkvalitet | Fe (Fe) Maximalt innehåll | Al (Aluminium) Maximalt innehåll | Kalcium (Ca) Maximalt innehåll | Totalt föroreningar Maximalt innehåll | Tillämpliga scenarier och kärnkrav |
| 1101 | 0,1 % (100 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | 0,01 % (10 ppm) | Mindre än eller lika med 0,22 % | Hög ledningsförmåga, låga defekter (halvledare, solceller) |
| 2202 | 0,2 % (200 ppm) | 0,2 % (200 ppm) | 0,02 % (20 ppm) | Mindre än eller lika med 0,44 % | Precisionselektronik, hög-silikon |
| 3303 | 0,3 % (300 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | 0,03 % (30 ppm) | Mindre än eller lika med 0,63 % | Hög-silikon, speciallegeringar |
| 441 | 0,4 % (400 ppm) | 0,4 % (400 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | Mindre än eller lika med 0,9 % | Automotive aluminiumlegeringar, allmän gjutning |
| 553 | 0,5 % (500 ppm) | 0,5 % (500 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | Mindre än eller lika med 1,3 % | Arkitektoniska aluminiumlegeringar, deoxidation av vanligt stål |
Notera:ppm är delar per miljon, 1 %=10000ppm; internationella kvaliteter (som ASTM) har något olika uttryck, men föroreningskodningslogiken är konsekvent.
Inverkansmekanismen för viktiga föroreningar på egenskaperna hos kiselmetall
(1) Järn (Fe): Kärnpåverkan på elektriska egenskaper och legeringsseghet
Mekanism:Järn bildar intermetalliska föreningar som FeSi₂ och Fe₃Si i metalliskt kisel. Dessa föreningar är halvledar- eller ledarfaser, vilket kommer att förstöra kiselgitterintegriteten, vilket leder till en signifikant ökning av resistiviteten (t.ex. när Fe-halten ökar från 100 ppm till 500 ppm, ökar resistiviteten hos kiselmetall från 2000Ω・cm till över 8000cm). Skillnader i branschens anpassningsförmåga:
Halvledare/fotovoltaiskt fält:Fe måste kontrolleras under 100 ppm (t.ex.Silikonmetallkvalitet 1101), annars kommer det att leda till en förkortad bärarlivslängd i kiselwafers och en 0,5 %-1 % minskning i fotovoltaisk cellomvandlingseffektivitet;
Aluminiumlegeringsfält:En lämplig mängd Fe (300-500 ppm) kan bilda en dispergerad förstärkningsfas, vilket förbättrar legeringshållfastheten, men överskridande av 800 ppm kommer att generera grov FeAl3-fas, vilket resulterar i en 20-30% minskning av legeringssegheten och lätt sprickbildning under bearbetningen.
(2) Aluminium (Al): Balanserande legeringsprestanda och konduktivitetskrav
Påverkansmekanism:Aluminium bildar en Al-Si-fast lösning med kisel, vilket förbättrar legeringens flytbarhet och styrka. Emellertid skiljer sig atomradien för aluminium avsevärt från den för kisel, och fast lösning kommer att orsaka gitterförvrängning, vilket minskar konduktiviteten. Branschkompatibilitetsskillnader:
Aluminiumlegeringar för fordon (t.ex. 6061-legering för hjul): Klass 441 Silikonmetall(Al Mindre än eller lika med 400 ppm) är valt. Al och Si optimerar synergistiskt gjutningsprestandan och ökar kvalificeringsgraden för hjulformning med 10%-15%.
Elektriska aluminiumlegeringar (t.ex. 1350-legering för ledningar och kablar):Betyg nedan2202 Silikonmetall(Al Mindre än eller lika med 200 ppm) måste väljas; annars sjunker konduktiviteten från 62 % IACS till under 58 % IACS, vilket misslyckas med att uppfylla kraven på kraftöverföringseffektivitet.
(3) Kalcium (Ca): Påverkar kemisk stabilitet och processkompatibilitet.
Inflytandemekanism:Kalcium finns i kiselmetall som CaSi₂, uppvisar stark kemisk reaktivitet och reagerar lätt med syre, svavel och andra grundämnen för att bilda föreningar med låg-smältpunkt- (t.ex. CaO・SiO₂, smältpunkt 1464 grader). Branschkompatibilitetsskillnader:
Organosilikonsyntes:Ca-halten måste kontrolleras under 30 ppm (t.ex.Silikonmetallkvalitet 3303I annat fall kommer det att katalysera sidoreaktioner, vilket leder till ojämn molekylviktsfördelning av organokiselpolymeren och en 15-20% minskning av draghållfastheten.
Deoxidation av ståltillverkning:Lämpliga mängder Ca (100-300 ppm) kan förbättra flytbarheten hos smält stål och öka avsvavlingshastigheten med 10%-15%, men nivåer som överstiger 500 ppm kommer att generera den hårda och spröda fasen av CaC2, vilket minskar stålets slagseghet.
(4) Spårföroreningar (fosfor, bor): En "dödlig påverkan" i avancerade-fält
Fosfor och bor anses vara "kritiska spårföroreningar" i metalliskt kisel. Även vid koncentrationer under 1 ppm kan de väsentligt förändra prestandan:
I halvledarfältet:Bor är ett dopämne av P-typ och bor är ett dopämne av N-typ. Spårföroreningar kan orsaka okontrollerad ledningsförmåga hos kiselskivor, vilket minskar spånutbytet med mer än 30 %. De måste kontrolleras under 0,1 ppm (elektronisk-kvalitet metallisk kiselstandard).
På solcellsområdet:P- och borkoncentrationer som överstiger 0,5 ppm kan bilda rekombinationscentra, vilket minskar fotogenererad bärarlivslängd. Fotovoltaiskt-metalliskt kisel (P Mindre än eller lika med 0,3 ppm, B Mindre än eller lika med 0,3 ppm) måste användas.
Process för kontroll av föroreningsinnehåll och detektionsmetoder
(1) Kärnkontrollprocess
Råmaterialrening:
Kvartssand med hög -renhet (SiO₂ större än eller lika med 99,9 %) och reducerande medel med låg -förorening (petroleumkoksaska Mindre än eller lika med 0,5 %) väljs för att minska införandet av föroreningar från källan;
Smältkontroll:
En raffineringsprocess för undervattensbågsugnar används. Genom att justera elektrodpositionen och ugnsatmosfären främjas reaktionen och separationen av föroreningar med slagg. Avlägsningshastigheten för Fe och Al kan nå 60%-70%;
Rening efter-behandling:
Hög-metallisk kisel (som elektronisk kvalitet) måste syra-tvättas (blandning av saltsyra + fluorvätesyra) och vakuumsmältas. Avlägsningsgraden för spårföroreningar är större än eller lika med 99 %.
(2) Auktoritativa detektionsmetoder
Vanliga föroreningar (Fe, Al, Ca):
ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) används, med en detektionsgräns på 1 ppm och ett fel som är mindre än eller lika med 5 %;
Spårföroreningar (P, B):
ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) används, med en detektionsgräns på 0,01 ppm, som uppfyller kraven på halvledar-kvalitet;
Snabb upptäckt på-webbplatsen:
Röntgenfluorescensspektrometri (XRF) används, som slutför screeningen av innehållet av större föroreningar inom 10 minuter, lämpligt för kvalitetsinspektion av industriell produktion.
Riktlinjer för val av föroreningsinnehåll för olika branscher
(1) Halvledar-/elektronikindustri
Urvalskrav:Använd renhetsgrad 1101 eller högre, Fe Mindre än eller lika med 100 ppm, Al Mindre än eller lika med 100 ppm, Ca Mindre än eller lika med 10 ppm, P Mindre än eller lika med 0,1 ppm, B Mindre än eller lika med 0,1 ppm;
Kärnkrav:Säkerställ gitterintegritet och elektrisk prestandastabilitet, undvik enhetsfel orsakade av föroreningar.
(2) Solcellsindustrin
Urvalskrav:Använd 2202 eller solcells-särskild kvalitet, Fe Mindre än eller lika med 200ppm, Al Mindre än eller lika med 200ppm, Ca Mindre än eller lika med 20ppm, P Mindre än eller lika med 0,3ppm, B Mindre än eller lika med 0,3ppm;
Kärnkrav:Balansera konverteringseffektivitet och kostnad; föroreningsinnehållet måste matcha skärning av kiselskivor och batteritillverkningsprocesser.
(3) Organokiselindustri
Urvalskrav:Använd kvalitet 3303 eller 441, Fe Mindre än eller lika med 400 ppm, Al Mindre än eller lika med 400 ppm, Ca Mindre än eller lika med 30 ppm;
Kärnkrav:Undvik föroreningskatalyserade-bireaktioner och säkerställ konsekventa prestanda för organiska kiselprodukter.
(4) Aluminiumlegering/metallurgisk industri
Urvalskrav:Använda553 kiselmetall(Fe mindre än eller lika med 500 ppm, Al mindre än eller lika med 500 ppm, Ca mindre än eller lika med 300 ppm) för att bygga aluminiumlegeringar, ochSilicon 441 klassför aluminiumlegeringar för fordon;
