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金屬結晶,是指由晶核核心形成和晶核長大兩個基本過程組成的,即金屬是從自液態冷卻轉變為固態的過程,是原子從不規則排列的狀態過渡到原子規則排列的晶體狀態的過程。
物質由液態→固態的過程稱為凝固,由于液態金屬凝固后一般都為晶體,所以液態金屬→固態金屬的過程也稱為結晶。由金工實家知道絕大多數金屬材料都是經過冶煉后澆鑄成形,即它的原始組織為鑄態組織。了解金屬結晶過程,對于了解鑄件組織的形成,以及對它鍛造性能和零件的終使用性能的影響,都是非常必要的。而且掌握純金屬的結晶規律,對于理解合金的結晶過程和其固態相變也有很大的幫助。金屬硅又稱工業硅或結晶硅,通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。
金屬硅生產采用碳熱法,即用硅石、碳質還原劑在礦熱爐內進行冶煉的方法。這樣制得的硅純度為97%~98%,這樣的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品級的硅,則需再將其精煉除去雜質,得到純度為99.7%~99.8%的金屬硅。
目前,中國生產金屬硅的碳熱法的生產工藝路線:普遍采用的是以硅石為原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等為還原劑,在礦熱電爐中高溫熔煉,從硅石中還原出金屬硅,其為無渣埋弧高溫熔煉過程。
硅單質本身不是金屬,屬于非金屬。平時說的金屬硅,是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年來,含Si量99.99%的也包含在金屬硅內),其余雜質為鐵、鋁、鈣等。
金屬硅的性質與鍺、鉛、錫相近,所以叫做金屬硅。1、硅元素硅,原子序數14,原子量28.0855, 硅有晶態和無定形兩種形式。晶態硅具有金剛石晶格,硬而脆,熔點1410°C,沸點2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度為7。無定形硅是一種灰黑色粉末,實際是微晶體。冶煉高硅錳硅合金使用的原料為:富錳渣、硅石、焦炭、木炭、石灰。晶態硅的電導率不及金屬,且隨溫度升高而增加,具有明顯的半導體性質。
硅在常溫下不活潑,與空氣、水和酸等沒有明顯作用;在加熱下,能與鹵素反應生成四鹵化硅;650°C,時硅開始與氧完全反應;硅單質在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質反應;中國工業硅出口價格一直偏低,特別是20世紀90年代以來,由于歐盟和美國以及后來的澳大利亞等對中國出口工業硅長期征收高額反傾銷稅,再加上中國國內低水平重復建設和竟相降價的無序競爭,使中國出口的工業硅價格一直嚴重偏低。硅可間接生成一系列硅的氫化物;硅還能與鈣、鎂、鐵等化合,生成金屬硅化物。
超純的單晶硅可作半導體材料。粗的單晶硅及其金屬互化物組成的合金,常被用來增強鋁、鎂、銅等金屬的強度。