硅

    硅 : 硅(原子量28.086)是占地 表岩石四分之一的元素,以二氧化硅,硅酸 盐的形态存在。硅用于半导体、合金、有机 硅高分子材料,是一个重要的元素。
在工业上制造硅是用SiO₂含量大约为 95%的硅石,和灰分少的焦炭混合,用1000～ 3000KVA开式电弧炉,加热到1900℃左右 进行还原。

SiO₂+2C→Si+2CO

这样制造出来的硅纯度为97%～98%, 叫做金属硅。金属硅再经熔化进行重结晶,或 用酸处理以除去铁、钙、铝等杂质,可以得 到纯度为99.7%～99.8%左右的金属硅。为 了把金属硅提纯成为半导体用硅,要将其转 化为易于提纯形态的液体或气体状态SiHCl₃、SiCl₄、SiH₄等中间化合物,再经蒸馏、 精馏、热分解等步骤再返回到硅,这样得到 的就是多晶硅。杂质小于10^-9的超高纯硅是 用高纯锌使四氯化硅还原,把生成的氯化锌 蒸馏出去就得到硅。纯度高的多晶硅用直拉 法(CZ法)和悬浮区熔法(FZ法)制成单晶 硅,作为半导体材料使用。
硅的性质,结晶形硅是暗黑蓝色,莫氏 硬度为7,发脆,熔点1414℃,比热容 0.766J·K^-1g^-1,是典型半导体,如掺进 10^-6左右的第三主族元素,例如掺进Al就在 硅中出现电子不足的部分,形成可以接受电 子的空穴,导电率增大到数十倍,就成为P 型半导体。如掺进10^-6左右的第五主族元 素,就出现电子过剩,就成为施放电子的n型 半导体。n型与P型通过适当的组配,就成为 二极管,晶体管等。在化学性质上很稳定,在 常温下很难与氟化氢以外的其他物质反应, 在300℃以上时就开始和卤素、卤化氢反应, 在1000℃就和氮反应生成氮化硅,也和碳反 应生成碳化硅。无定形硅的化学性质比结晶 形的活泼。
分析方法有以二氧化硅形态称量的重量 法,或者以硅酸水溶液的形态和钼酸铵作用 使之生成硅钼酸 (黄色) 的比色分析法,合 金等则用发光分析法。
用途:和铝的合金(硅铝明合金),和铁 的合金 (铁合金) 等作为汽车和机械配件大 量使用。另外在300～400℃很容易和氯甲烷 和氯苯反应成为各种各样的有机氯硅烷,可 以作为有机硅高分子材料的原料使用。此外 还可以作为半导体高纯硅的原料使用,各种 电子配件用材料,或者作成碳化硅用作研磨 材料,供热体的原料,氮化硅可在高性能涡 轮的叶片上使用。