Siliciummetaalpoeder: kwaliteiten, eigenschappen en industriële toepassingen

Wat is siliciummetaalpoeder

Siliciummetaalpoeder wordt geproduceerd door het verpletteren, malen en classificeren van metallisch silicium dat uit kwarts is gereduceerd in een ondergedompelde boogoven. Het resultaat is een grijs, kristallijn poeder waarvan het siliciumgehalte normaal gesproken tussen 98% en 99,9% ligt. Omdat metallisch silicium bros is, kan het tot smalle deeltjesgroottebanden worden vermalen. Daarom specificeren de meeste industriële kopers een maaswijdte in plaats van één brede fractie te accepteren.

Drie kenmerken bepalen de waarde ervan. Fijne deeltjes creëren een groot specifiek oppervlak, zodat het poeder zich gelijkmatig verspreidt in smeltingen, polymeren en slurries. Elementair silicium is chemisch actief bij hoge temperaturen, waardoor het zowel bruikbaar is als reductiemiddel als als grondstof voor de synthese. Silicium vormt bovendien stabiele verbindingen met aluminium, zuurstof en koolstof en dient daarom zowel als legeringselement als als procesreagens.

Metallurgische toepassingen: Al-Si-legeringen en deoxidatie van staal

De metallurgie is de grootste consumptiesector. Silicium is de belangrijkste legeringstoevoeging in aluminium-siliciumgietstukken zoals A356.0, een kwaliteit die valt onder gietspecificaties zoals ASTM B26 en ASTM B108. Toevoegingen in het bereik van 7% tot 12% silicium verbeteren de vloeibaarheid, verminderen de krimpporositeit en verhogen de slijtvastheid. Daarom worden Al-Si-legeringen geselecteerd voor motorblokken, cilinderkoppen, transmissiehuizen en gietstukken voor de lucht- en ruimtevaart. De poedervorm lost snel op in de smelt en maakt nauwkeurige controle van het uiteindelijke siliciumniveau mogelijk.

Bij de staalproductie wordt siliciummetaalpoeder gebruikt voor deoxidatie en legering. Silicium heeft een sterke affiniteit voor zuurstof, waardoor het overmatige zuurstofopname tijdens het tappen en gieten beperkt. Het is ook de basis voor silicium-lagertoevoegingen die worden gebruikt in elektrisch staal en verenstaal, waarbij een gecontroleerd siliciumgehalte de elektrische weerstand en de elastische respons verhoogt.

Energie- en chemische toepassingen: siliconen, zonnecellen en batterijen

Silicium van chemische kwaliteit is het uitgangsmateriaal voor methylchloorsilanen, die vervolgens worden omgezet in siliconen, afdichtingsmiddelen, lijmen, lossingsmiddelen en elastomeren. Bij deze route reageert fijn siliciumpoeder met methylchloride via een koperkatalysator, en zowel de deeltjesgrootteverdeling als de oppervlaktereinheid van het poeder beïnvloeden de reactiesnelheid en selectiviteit.

Silicium van zonne-energie voor fotovoltaïsche wafers wordt geraffineerd uit siliciummetaal via zuiveringsstappen die de boor-, fosfor- en metallische onzuiverheden tot zeer lage niveaus terugbrengen voordat het materiaal wordt gekristalliseerd tot blokken en in wafers wordt gesneden. Bij energieopslag wordt siliciumpoeder gebruikt als de actieve fase van silicium-koolstofcomposietanodes voor lithium--ioncellen. Silicium slaat veel meer lithium per massa-eenheid op dan grafiet, en het wordt gemengd met koolstof om de volumeverandering te bufferen die optreedt tijdens het laden en ontladen.

Poedermetallurgie, additieve productie en vuurvaste materialen

Poedermetallurgie en metaalmatrixcomposieten:siliciumpoeder wordt gemengd met aluminium- of koperpoeders en gesinterd, wat de hardheid en thermische geleidbaarheid van het afgewerkte onderdeel verhoogt.

Additieve productie:gemalen of verstoven silicium-dragende grondstoffen worden gebruikt om lichtgewicht structurele onderdelen en thermische beheercomponenten te printen.

Vuurvaste materialen en verbruiksartikelen voor gieterijen:het poeder wordt toegevoegd aan stampmengsels, schietmaterialen en schimmelcoatings, waar het werkt als een antioxidant en de hittesterkte verbetert.

Elektronische componenten en sensoren:fracties met een lagere zuiverheid voeden de productie van op silicium-gebaseerde componenten en sensorsubstraten waarvoor geen materiaal van halfgeleiderkwaliteit nodig is.

Kwaliteiten en typische specificaties

Industriële siliciumsoorten worden normaal gesproken geïdentificeerd door een vier- code die het maximale ijzer-, aluminium- en calciumgehalte registreert, volgens het GB/T 2881-aanduidingssysteem. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de gebruikelijke metallurgische kwaliteiten.

Cijfer	Fe, max. %	Al, max. %	Ca, max. %	Typisch gebruik
Si-2202	0.20	0.20	0.02	Siliconen, zeer zuivere chemische kwaliteit
Si-3303	0.30	0.30	0.03	Chemische kwaliteit, zonne-energie
Si-441	0.40	0.40	0.10	Aluminiumlegeringen, algemene metallurgie
Si-553	0.50	0.50	0.30	Deoxidatie, vuurvaste materialen, gieterij

De deeltjesgrootte wordt afzonderlijk bij de chemie besteld. Gebruikelijke commerciële fracties omvatten korrels van 0-1 mm, 1-3 mm en 3-10 mm, samen met gemalen poeders bij -200 mesh (ongeveer 74 micron) en -325 mesh (ongeveer 45 micron). Chemische synthese en batterijtoepassingen vragen over het algemeen om de fijnere, beter geclassificeerde fracties, terwijl bij legerings- en vuurvast werk grover materiaal kan worden gebruikt.

Selectie- en kwaliteitscontroles

Selectie begint met het stroomafwaartse proces. Een siliconenproducent heeft een laag ijzer- en aluminiumgehalte en een strak gecontroleerde deeltjesgrootte nodig; een aluminiumgieterij hecht het meeste waarde aan oplosgedrag en consistente chemie; een producent van vuurvaste materialen ruilt een bepaalde zuiverheid in voor kosten. Kopers moeten ook het vochtgehalte en de verpakking bevestigen, aangezien verzegelde zakken van 25 kg of big bags van 1000 kg oxidatie en vervuiling tijdens zeetransport voorkomen. Een batchcertificaat met daarop het Fe-, Al- en Ca-gehalte is de normale manier om een ​​geleverde partij te verifiëren.

Veelgestelde vragen

Vraag: Waar wordt siliciummetaalpoeder voor gebruikt?
De belangrijkste toepassingen zijn aluminium-siliciumlegeringen, deoxidatie en legering van staal, de productie van siliconen en silaan, grondstoffen van zonne-energie, anodes van silicium-koolstofbatterijen, poedermetallurgie en vuurvaste mengsels.

Vraag: Wat is het verschil tussen siliciummetaal 553 en siliciummetaal 441?
De cijfers registreren het maximale ijzer-, aluminium- en calciumgehalte. Si-553 laat maximaal 0,5% Fe, 0,5% Al en 0,3% Ca toe, terwijl Si-441 deze beperkt tot 0,4%, 0,4% en 0,1%, dus Si-441 is de schonere en duurdere kwaliteit.

Vraag: Welke deeltjesgrootte is beschikbaar?
Korrels worden geleverd in banden van 0-1 mm, 1-3 mm en 3-10 mm, en gemalen poeder wordt geleverd met een meshgrootte van -200 mesh of -325 mesh, waarbij op maat gemaakte sneden beschikbaar zijn voor specifieke processen.

Vraag: Is siliciummetaalpoeder hetzelfde als ferrosiliciumpoeder?
Nee. Siliciummetaalpoeder komt dicht in de buurt van elementair silicium, terwijl ferrosilicium een ​​ijzer-siliciumlegering is die een aanzienlijke hoeveelheid ijzer bevat en normaal gesproken wordt gebruikt voor deoxidatie en legering van staal.

Vraag: Kan siliciummetaalpoeder in batterijen worden gebruikt?
Ja. Silicium-koolstofcomposietanodes gebruiken siliciumpoeder als de actieve fase met hoge capaciteit, gemengd met koolstof om de uitzetting tijdens het fietsen te beheersen.

Vraag: Hoe moet het poeder worden bewaard?
Houd het droog en afgesloten. Vocht en langdurige blootstelling aan lucht kunnen het oppervlak van fijne deeltjes oxideren en het gedrag van het poeder in chemische en metallurgische processen veranderen.