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1、学号：20105051242学年论文本科系院化学化工学院专 业化学年 级2010级姓 名X晓丽论文设计题目硅的性质、制备与用途指导教师王岩 职称副教授成 绩2011年6月6日目录摘要 1关键词 1Abstracts 1Key words 1引言 11. 硅的结构和性质 12. 常见的化学反响 23. 硅的制备 24参考文献 5硅的性质、制备与用途某某：X晓丽学号：20105051242化学化工学院化学专业指导教师：王岩职称：副教授摘要：本文主要介绍硅的物理性质，化学性质与其制备方法。与此同时硅在工业 生产、科技中也有极其重要的作用，文章列出了硅的一些比拟重要的用途。关键词：硅；晶体；制备；用途
2、Abstract: This paper describes the physical properties of silicon,chemicalproperties and preparatio n methods. At the same time silic onin in dustrialproducti on, tech no logy also has an importa nt role, the article lists some of the more important of silicon useKey words: silicon; crystal; prepara
3、tion; use引言随着我国工业、科技的开展，对硅的需求越来越多，从而促使硅产业的开展， 使硅的产量逐年增高。与此同时高科技对硅纯度要求也越来越高，这就要求我国 致力于硅的研究，打开硅产业的广阔前景。近几年我国硅产业不断开展，也带动 了科技的新的飞跃。本文主要就其性质，制备与用途作简要说明。1硅的性质1823年，瑞典的贝采利乌斯，用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热，得到粉状硅 14,原子结构示意图如下：含量：在地壳中，它的含量仅次于氧，居第二位。存在形式：在自然界中，没有游离态的硅，只有化和态的硅晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4g /cm3熔点1420C,沸点2355C晶体硅属于原子晶体，
4、硬而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比拟活泼， 在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液， 用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功 率晶体管、整流器、太阳能电池等。结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在 常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反响。2常见的化学反响 与非金属作用 常温下Si只能与F2反响，在F2中瞬间燃烧，生成SiF4Si+F2= SiF4加热时，能与其它卤素反响生成卤化硅，与氧反响生成SiO2Si+2X2= SiX4 (X=CI， Br， I) Si+O 2 =SiO2 (SiO2的
5、微观结构)在高温下，硅与碳、氮、 硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅SiC、氮化硅SisN和硫化硅SiS2等。Si+C= SiC 3Si+2N 2 = Si 3MSi+2S =SiS2(2) 与酸作用Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸与其混合酸反响，生成SiF4或fSiF6Si+4HF =SiF4 T +2H T 3Si+4HNO+18HF = 3HSiF6+4NOt +8H0与碱作用无定形硅能与碱猛烈反响生成可溶性硅酸盐，并放出氢气 Si+2NaOH+2O = Na2SiO3+2HT(4)与金属作用硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合，生成相应的金属硅化 物。3硅的制备1.1金属热复原法在实验
6、室中，可将金属镁与二氧化硅的为细粉末混合加热而制得纯硅，其主 要反映式SiO2 + 2 Mg Si + 2MgO反响得到一种多孔的块状物体，用盐酸来处理，将氧化镁转化为氟化镁：2MgO + 4HCMgC2+2HO洗涤，过滤别离后，滤渣不容于盐酸的固态物即是硅和未反响的二氧化 硅。用氢氟酸处理此滤渣，氢氟酸与二氧化硅起作用形成四氟化硅与水SiO2+4HF SiF4+2HO四氟化硅是无色的气体，很易挥发，剩下的暗褐色的残渣即是无定形硅另外，用铝、锌复原二氧化硅也可以制得无定型硅，其原理与镁热复原二氧 化硅根本一样。德国 Heliotro ni c/Wacker公司引入 CaO-SiO2液相助熔剂，
7、在1600-1700.C下进展铝热复原石英砂：3SQ2+4AI 3Si+2AI 2OCaO-SiQ液相助熔剂既可以溶解副产物氧化铝，又可以作为液-液萃取介质，助熔剂与硅不互溶，从而可将硅别离开来。该方法多用于实验室，其成分主要取决于原料本钱，而镁、铝、锌金属粉的 价格较高，资源能效较低，经济效益不明显，故难以实现工业化。工业上，以含SiO2的矿物硅石或石英等为原料，以碳质物木炭，石焦 油，煤等为复原剂，在矿热炉内熔炼制得工业硅，通常称为碳热复原法或电热 法。复杂Si-O-C体质由Si、OC这三种元素构成，主要存在SiO2、SiO、Si、SiC、 C、CO等六种物质，畐阪响较多，主要反响式为Si
8、O2+2C Si+2CO生产的工艺流程都大致可以分为原料准备、配料、熔炼、出炉铸锭、产品破 碎包装、回收硅灰等几个局部。该法多用于工业生产，工艺相对成熟，原料易得且本钱较低，产品纯度较高，通常硅的质量分数可达97.00%-99.00%,但能耗较大，属高能耗产业。20世纪70年代起，德国Sime ns、挪威Elkem、Si ntef等公司分别改良碳热 复原法制得纯硅。复杂Si-O-H体系由Si、OH这三种元素构成，主要存在SiO2、 SiO、Si、Q、HO H2等这六种物质，副反响较多，主要反响式SiO2+2H Si+2H2O与碳热法相比，该方法没用中间产物SiC的生成，硅的收率较高；采用氢气做
9、复原剂，氧化产物清洁无污染，环境效益好；可以直接制备高纯太阳能硅，不 需要纯化过程，生产本钱低，市场潜力较好。4硅的用途在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA 族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转 变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路包括我们计算机内的芯片和CPU都是用硅做的原材料1.2金属陶瓷、宇宙航行的重要材料将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以 切割，既继承和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武 器的制造第一架航
10、天飞机“哥伦比亚号能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生 的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。1.3光导纤维通信，最新的现代通信手段用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数 次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细 的玻璃纤维，可以同时传输 256路，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度 的某某性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。硅以硅铁硅铁合金形式作为铸铁式的脱氧剂。也制造高硅铁合金硅的 含量从14%94不等，增强铁的抗腐蚀性能。用以合成硅酮化合物、硅酮油、硅酮树脂和硅酮胶。适合这一用途的硅的材 料要求有相当高的纯
11、度。其中硅的含量要求达到98.53%。生产这一类硅材料需要采用较严格的工艺流程。天然橡胶和合成橡胶的使用温度， 一一般都在150C以下，否如此就会老化变 质。20世纪40年代开展起来的硅橡胶，是以硅一氧一硅为主链的半无机高分子弹 性体，兼有无机材料和有机材料的某些特点，使用温度X围广。硅橡胶还具有优异的耐臭氧、生理惰性和电气性能。某些特殊结构的硅橡胶，更具有优良的耐油、 耐溶剂、耐辐射等特性，因此，硅橡胶广泛用于航空、字宙航行技术、电气与电 子工业部门。另外，硅是同位素电池中换能器的主要材料；也是一种廉价而轻巧的太阳能 电池材料。还是制航天飞机用的耐热而极轻的硅瓦的材料。由于硅是微电子技术的关
12、键材料，所以有人称现在为“以硅片为代表的电子材 料时代当然硅的作用还远不止这些，它更多的作用还有待开发。参考文献1 社何允平,王恩慧.工业硅生产M.:冶金工业出版，1996.2 于站良,马文会,戴永年,等.太阳能级硅制备新工艺研究进展J.轻金属,2006 3：43-47.3 实用工业硅技术编写组.实用工业硅技术M.:化学工业，2005.4 陈肇友.化学热力学与耐火材料M,:冶金工业,2005 龙桂花,吴彬,韩松等，太阳能级多晶硅生产技术开展现状J.中国有色金属学报,2008.18（专辑 1）:386-3926 马文会,杨斌,王华,等,从石英光纤废料中制备硅新工艺的实验研究J.中国稀土学报,2004（增刊）:607-6107 无机化学第四版S.高等教育,20108 韩汉明 工业硅的纯化J.某某化工,1994.（04）