Frá kvars til dufts: Hvernig málmkísill er framleiddur
Málmkísill, einnig kallaður málmvinnslukísill, er framleiddur með kolvetnislækkun á háhreinleika kvars í kafi ljósbogaofni. Kvars og kolefnisafoxandi efni eins og jarðolíukoks, viðarkol eða kol eru hlaðin saman og hvarfast við um það bil 1800 til 2000 gráður og bráðið kísil er tapað, steypt og kælt. Málmurinn sem myndast inniheldur venjulega 98,5% til 99,5% kísill með járn, ál og kalsíum sem helstu afgangsefni, og það er hráefni fyrir hverja fínni kísilgráðu á markaðnum.
Að breyta hleifnum í duft er vélrænt ferli sem verður að forðast mengun. Kjálkamölun er fylgt eftir með vals- eða keilumölun, síðan kúlumölun, þotastærð eða loftflokkun til að ná markastærðardreifingu. Vegna þess að kísill er harður og slípiefni, eru malarfóðringar og malarmiðlar valdir þannig að járnupptakan haldist innan forskriftarinnar og fínu brotin eru meðhöndluð undir köfnunarefni eða þurru lofti til að halda yfirborðsoxíðfilmunni þunnri og endurskapanlegri.
Einkunnir og dæmigerðar upplýsingar
| Einkunn | Kísil innihald | Kornastærðarsvið | Aðalnotkun |
|---|---|---|---|
| Málmvinnsluduft | 98.5–99.5% | 45–500 µm | Álblöndur, afoxun, sílikon |
| Duft úr efnaflokki | 99.0–99.5% | 1–100 µm | Kísill einliða, sílan, keramik |
| Sólargráðu duft | 99.9999% (6N) | 1–200 µm | Pólýkísil hráefni, ljósafrumur |
| Rafrænt duft | 99,9999999% (9N og eldri) | míkron og undir-míkron | Hálfleiðara tæki, sputtering skotmörk |
Kornastærð er annar forskriftarásinn á eftir efnafræði. Gróf sigtuð brot af 75 til 500 µm hegða sér eins og frjálst flæðandi kornótt fast efni, á meðan örmögnuð gráður undir 10 µm hegða sér eins og samloðandi duft með mikið yfirborð og samsvarandi hærra hvarfvirkni og súrefnisinnihald.
Þróunarleið: Frá lausu málmi til verkfræðilegs dufts
Viðskiptaþróun málmkísildufts fylgir almennri þróun efnisverkfræði, og færist frá lausu tonnafjölda yfir í verkfræðilega agnahönnun. Snemma neysla var nær eingöngu málmvinnslu, sem afoxunarefni og sem álblöndu í áli. Síðar kom eftirspurn frá efnaiðnaðinum, þar sem kísillduft er mælt í beinu ferlinu með metýlklóríði yfir koparhvata til að búa til metýlklórsílan, byggingareiningar sílikon. Nýjasta vöxturinn hefur komið frá orku og rafeindatækni, þar sem duftið er ekki lengur aðeins metið út frá kísilinnihaldi heldur einnig eftir kornastærðardreifingu, yfirborðsefnafræði og magni snefilmálma.
Hálfleiðarar og rafeindatæki
Í hálfleiðaraframleiðslu er kísilduft notað sem undanfari og sem vinnsluefni fyrir útfellingu, lyfjanotkun og undirbúning marks. Kröfurnar eru miklar: bór, fosfór og óhreinindi úr málmi verða að sitja á bilinu á milljarða hlutum og duftið verður að meðhöndla í stýrðu andrúmslofti vegna þess að innfædd oxíðfilma á fínum kísilögnum vex hratt og breytir rafhegðun fullbúna lagsins. Samræmd grindarbygging og þröng stærðardreifing skipta hér máli, vegna þess að þær ákvarða bráðnunar- og útfellingarhegðun eins mikið og efnafræðilegur hreinleiki.
Orkugeymsla: Kísill í litíum-jónaskautum
Kísill býður upp á hæstu hagnýta litíum geymslugetu hvers kyns mikið rafskautsefni, með fræðilegt gildi nálægt 3579 mAh/g samanborið við um 372 mAh/g fyrir hefðbundið grafít. Erfiðleikarnir eru vélrænir fremur en efnafræðilegir: kísilögn stækkar um u.þ.b. 300% þegar hún er að fullu litíum, sem molar ögnina og brýtur rafskautið ef kísillinn er notaður einn. Viðskiptaþróun beinist því að míkron- og nanóstærð kísildufti, oft húðað með kolefni eða innbyggt í kolefnisfylki, til að gleypa álagið á meðan það varðveitir mikla afturkræf getu og viðunandi líftíma.
Sólarsellur, sílikon og málmvinnslunotkun
Ljósvökvi: háhreint kísilduft nærir framleiðslu á pólýkísil og gerir beint þunnt filmu og prentað frumuhugtök sem draga úr sílikonúrgangi.
Sílikon og sílan: fínskipt kísill hvarfast við metýlklóríð til að framleiða einliða fjölskylduna sem notuð er í þéttiefni, olíur og gúmmí.
Álblöndur: kísilduft og kyrni bæta við vökva og steypuhegðun Al-Si málmblöndur.
Eldföst efni og keramik: kísilduft er hráefni fyrir kísilnítríð og kísilkarbíð bindikerfi.
Málmvinnsla: duft og korn eru notuð til afoxunar og til kísilhitunarferla.
Meðhöndlun, öryggi og gæðaeftirlit
Fínt kísilduft hefur mikið yfirborð og passiverandi oxíðlag, en það er samt hvarfgjarnt í návist raka, basa og sterkra oxunarefna og dreift ryk getur haft brunahættu í för með sér. Geymsla í lokuðum, þurrum umbúðum með köfnunarefnisþekju fyrir míkrónastig takmarkar bæði oxun og vetnisþróun. Gæðaeftirlit sameinar venjulega inductive-tengda plasmagreiningu fyrir málmóhreinindi, leysigeislun fyrir kornastærðardreifingu og óvirku gassamruna fyrir súrefnisinnihald, vegna þess að tvö duft með eins kísilmælingar geta hegðað sér gjörólíkt í rafhlöðu rafskaut ef stærðardreifing þeirra er mismunandi.
Algengar spurningar
Sp.: Hver er munurinn á málmkísildufti og kísiljárndufti?
Kísiljárn er járn- og kísilblendi sem aðallega er notað til afoxunar og málmblöndur í stálframleiðslu, en málmkísilduft er mun hreinna efni sem notað er í rafeindatækni, sólarorku og rafhlöðunotkun þar sem forðast verður að taka upp járn.
Sp.: Hvaða kornastærðir eru fáanlegar?
Stöðluð skimuð brot eru frá um það bil 500 µm niður í 45 µm, og örsmáðar gráður undir 10 µm eru framleiddar með þotmölun eða loftflokkun þegar mikils yfirborðs er krafist.
Sp.: Af hverju skiptir súrefnisinnihald máli í forskrift fyrir kísilduft?
Súrefnisgildið er að mestu leyti innfædd oxíðfilma á yfirborði agnanna, þannig að stjórn á því stjórnar virku sílikoninnihaldi og hegðun duftsins í útfellingu, sílikonum og rafhlöðu rafskautum.
Sp.: Af hverju þarf kísill kolefnishúð í rafhlöðuskautum?
Kísill stækkar um það bil 300% við fulla lithiation, og kolefnishúðin ásamt samsettum arkitektúrstuðpúða sem þenjast, varðveita rafsnertingu milli agna og halda getu stöðugri yfir endurteknar lotur.
Sp.: Hvernig ætti að geyma míkron kísilduft?
Mælt er með lokuðum, þurrum ílátum undir köfnunarefni; útsetning fyrir rakt loft eykur oxíðvöxt og basísk eða oxandi snerting getur myndað gas, þannig að lokuð geymsla verndar einnig rekstraraðilann.
Sp.: Er fínna duft alltaf betra?
Nei. Fínna duft eykur yfirborðsflatarmál og hvarfgirni en hækkar einnig súrefnisinnihald, ryk og kostnað, þannig að kjörstærðin er ákveðin með ferlinu, þar sem þröng dreifing er yfirleitt mikilvægari en minnsta mögulega meðalstærð.
