金属硅的性能及耐火材料在使用中的转化机理

一、简介
金属硅又称结晶硅或工业硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右(近年来，含Si量99.99%的也包含在金属硅内)，其余杂质为铁、铝、钙等。分子式：Si ， 分子量： 28.0855。熔 点：1410℃ 。沸 点：2355℃，密 度：2.33。电阻率为2140Ω.m
金属硅的牌号：按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号
金属硅的附加产品:包括硅微粉,边皮硅，黑皮硅，金属硅渣等。其中硅微粉也称硅粉、微硅粉或硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业
硅的性质
硅是半金属之一,旧称"矽"。熔点为1420℃，密度为2.34g/cm³。质硬而脆。在常温下不溶于酸，易溶于碱。金属硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳总重的四分之一还强，以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体:一种为暗棕色无定形粉末，性质活泼，在空气中能燃烧;另一种为性质稳定的晶体(晶态硅)。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材，优质的石英用于制作合金、金属和单晶。
硅的用途
金属硅（Si）是工业提纯的单质硅,大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶硅太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8%以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅，可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。 八十年代的纸张--硅 人们称硅为"八十年代的纸张"。这是因为纸张只能记录信息，而硅不仅能记载信息，还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机，装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容，整个机器重30吨，占地170平方米，相当于10间房子大小。而今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的硅片上，可以容纳上万个晶体管;并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。 微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上。经测试，节能效益优于石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠岩等保温材料。特种硅钙材料可用作催化剂载体，在石油炼制、汽车尾气净化等多方面广泛应用。
金属硅作为添加剂的机理：
添加剂能不同程度地提高试样常温耐压强度，降低显气孔率，其中舔加s粉效果最为明显．分析认为，热处理过程中Si可以与C反应生成SiC颗粒或晶须．使骨料与基质“桥接”起来或充填气孔．提高制品强度，降低气孔室。
抗氧化试验后试样的脱碳层、过菠层以及原砖层XRD分析结果显示．添加s粉试样的XP,D图谱．由XRD分析结果，可以推断舔加Si粉的试样在热处理以厦抗氧化试验过程中所进行的相关反应．在埋碳处理过程中，Si可与C或CO反应生成SiC；而在氧化气氛下，C，Si以及生成的SiC都可能与氧反应，它们与氧反应的优先次序主要取决于它们与氧亲和力的大小．在本试验条件下，经热力学计算，Si优先于C与氧反应，可起到保护C不被氧化的作用；而SiC与氧亲和力则小于C．这就是在过渡层中没有发现Si，而有SiC存在的原因．过渡层与脱碳层物相的差异还体现在脱碳层有A1₂0₃·SiO₂新的物相生成．分析认为，Si与氧反应所生成气相SiO(以及SiC与氧反应的产物)沿气孔通道向外扩散，进一步被氧化成SiO₂，进而与A1₂O₃反应生成A1₂0₃·SiO₂，这些产物的形成一方面在一定程度上提高了试样的耐压强度，另一方面堵塞了气孔，延缓了试样的氧化速度。
Si在材料中首先发生反应:
Si (s) +C (s) +O₂ ( s) = SiO (g) +CO (g)
而后,反应产生的CO 又可使SiO ( g)进一步氧化成SiO2 :
SiO (g) +CO (g) = SiO₂ (s) +C (s)

编辑：小薇