Hochreines Siliziumpulver mit einer Körnung von -325 Mesh und einer Reinheit von 99,999 % steht an der Spitze der metallurgischen Siliziumpalette und am Einstiegspunkt der chemischen und elektronischen Lieferkette. Die beiden Zahlen in dieser Beschreibung beantworten zwei verschiedene Fragen: Die Maschenzahl definiert die Partikelgrößenverteilung, die ein Ofen oder Mischer tatsächlich sieht, während die Reinheitszahl die Spurenmetallobergrenze definiert, die darüber entscheidet, ob das Pulver für die Silikonsynthese, die Silanchemie oder nur für feuerfeste und metallurgische Arbeiten verwendet werden kann.
Was -325 Mesh eigentlich bedeutet
Die Maschenzahl beschreibt die Sieböffnung, durch die das Pulver gelangt. Ein No. 325-Sieb hat eine Nennöffnung von 45 Mikrometern gemäß der Drahtgewebesiebspezifikation ASTM E11, sodass bei einem Produkt mit einer Maschenweite von -325 im Wesentlichen alle Partikel diese Öffnung passieren. Da die Partikelgrößenverteilung und nicht eine einzelne Maschenzahl das Handhabungsverhalten bestimmt, sollte eine Spezifikation sowohl den durchtretenden Anteil als auch die zulässige Übergröße angeben. Pulver, die in den Größen 40–120 Mesh, 200 Mesh, 325 Mesh und 800 Mesh geliefert werden, sind die gängigsten handelsüblichen Schnitte und haben jeweils eine unterschiedliche Tendenz zur Entmischung, Verflüssigung oder Verdichtung.
Reinheitsklassen und wie sie überprüft werden
99,999 % ist eine Fünf-{1}}Neunen- oder 5N-Spezifikation: nicht mehr als zehn Teile pro Million der gesamten metallischen Verunreinigung. Eisen, Aluminium und Kalzium sind die Elemente, die normalerweise metallurgisches Silizium begrenzen. Daher impliziert eine 5N-Pulverspezifikation eine Raffination über die in GB/T 2881-2014 definierten standardmäßigen metallurgischen Qualitäten hinaus, wo selbst die sauberste Bezeichnung Eisen und Aluminium in Zehntelprozent zulässt. Die Überprüfung erfolgt normalerweise durch optische Emission mit induktiv gekoppeltem Plasma oder Massenspektrometrie an einer aufgeschlossenen Probe. Das Zertifikat sollte die Technik, die Nachweisgrenzen und die Probenmasse angeben, da die angegebene Reinheit ohne diese Angaben bedeutungslos ist.
| Eigentum | Typischer Wert für -325 Mesh 5N-Siliziumpulver |
|---|---|
| Bestehen des No. 325-Siebes (ASTM E11) | Im Wesentlichen 100 %, Nennöffnung 45 Mikrometer |
| Reinheit | 99,999 % (5N), gesamte metallische Verunreinigung im ppm-Bereich |
| Aussehen | Graues bis dunkelgraues, frei-fließendes Pulver |
| Lagerung | Trocken, versiegelt, fern von Oxidationsmitteln und Feuchtigkeit |
Verwendung in der Feuerfest- und Pulvermetallurgie
In feuerfesten Mischungen und in der Pulvermetallurgie wirkt Siliziumpulver als Antioxidans und Sinterhilfsmittel. Es verbessert die thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit in Stahlöfen, Brennöfen und Brennhilfsmitteln, wo die Betriebstemperatur und die Schlackenchemie andernfalls die Auskleidung angreifen würden. Da das Pulver bevorzugt mit Sauerstoff reagiert, werden die Kohlenstoff- und Oxidphasen im Feuerfestmaterial geschützt und die Lebensdauer zwischen den Ummantelungen verlängert sich entsprechend.
Silikonchemie und der elektronische Weg
Silikonfabriken verbrauchen den größten Anteil an chemisch sortiertem Siliziumpulver. Das Pulver wird mit Methylchlorid über einem Kupferkatalysator umgesetzt, um Methylchlorsilane zu erzeugen, die die Monomere für Silikonöl, Silikonkautschuk und Silikonharze sind. Die Pulverqualität steuert direkt die Selektivität dieser Reaktion, weshalb Eisen-, Aluminium- und Kalziumdecken hier eine größere Rolle spielen als bei der metallurgischen Verwendung. Ein zweiter Weg führt dasselbe Silizium über Trichlorsilan zu Polysilizium und dann zu einkristallinem Silizium und Wafern für integrierte Schaltkreise. Polysilizium in elektronischer-Qualität fällt unter GB/T 12963-2014 und Polysilizium in Solar-Qualität unter GB/T 25074; Beide erfordern einen Spurenelementgehalt, den nur ein gereinigtes Ausgangsmaterial erreichen kann.
Metallurgische, Gießerei- und Silica-Sol-Anwendungen
In der Metallurgie und Gießerei dient Siliziumpulver als Nichteisenlegierungszusatz und als Silizium-Stahl-Legierungsmittel und wird als Reduktionsmittel für bestimmte Metalle verwendet. Im chemischen Bereich ist es auch der Rohstoff für die Kieselsolproduktion. Bei all diesen Verwendungszwecken sind die praktischen Kaufvariablen die gleichen drei: der Durchgangsanteil bei der angegebenen Maschenweite, der zertifizierte Spurenmetallgehalt und der Feuchtigkeitsgehalt zum Zeitpunkt des Verpackens.
Lagerung, Sicherheit und Handhabung
Feines Siliziumpulver hat eine große spezifische Oberfläche und oxidiert in feuchter Luft langsam und bildet eine Oberflächenoxidschicht, die den Sauerstoffgehalt der Charge erhöht. Es sollte in einer geschlossenen Verpackung trocken gelagert und von Oxidationsmitteln und Zündquellen ferngehalten werden, da feinteiliges Silizium brennen kann. Die Verpackung sollte eine feuchtigkeitsabweisende -Konstruktion sein, und die Partie sollte im Wechsel verbraucht werden, anstatt sie über längere Zeiträume aufzubewahren. Für Käufer sollte das Zertifikat mit der Chargennummer mitgeführt werden, damit etwaige nachgelagerte Abweichungen auf einen bestimmten Verpackungsvorgang zurückgeführt werden können.
Häufig gestellte Fragen
Q:Was bedeutet -325 Mesh in Mikrometern?
A: Ein No{0}}-Drahtsieb hat eine Nennöffnung von 45 Mikrometern gemäß ASTM E11, sodass Pulver mit einer Maschenweite von -325 Mesh diese Öffnung passiert.
Q:Wie rein ist 99,999 % Siliziumpulver?
A: Fünf Neunen oder 5N entsprechen einer metallischen Gesamtverunreinigung von etwa zehn Teilen pro Million, bestätigt durch induktiv gekoppelte Plasmaanalyse an einer aufgeschlossenen Probe.
Q:Kann Silikonpulver mit einer Maschenweite von -325 für die Silikonproduktion verwendet werden?
A: Ja, vorausgesetzt, die Spezifikation für Spuren-metalle wird erfüllt. Eisen-, Aluminium- und Kalziumdecken steuern die Selektivität der Methylchlorsilan-Reaktion, daher ist das Zertifikat wichtiger als die Maschenzahl für diesen Weg.
Q:Was ist der Unterschied zwischen metallurgischem und chemischem Pulver?
A: Metallurgische Qualitäten wie die in GB/T 2881-2014 definierten erlauben Eisen und Aluminium in Zehntelprozent, während chemische und elektronische 5N-Qualitäten die gesamte metallische Verunreinigung auf den ppm-Bereich begrenzen.
Q:Welche Standards gelten für die nachgelagerte Polysiliciumkette?
A: GB/T 12963-2014 gilt für Polysilizium in Elektronikqualität- und GB/T 25074 gilt für Polysilizium in Solarqualität, die beide aus Silizium über Trichlorsilan hergestellt werden.
Q:Wie sollte hochreines Siliziumpulver gelagert werden?
A: In versiegelter Verpackung mit Feuchtigkeitsbarriere-, trocken, entfernt von Oxidationsmitteln und Zündquellen und abwechselnd verbraucht, damit die Oberflächenoxidation den Sauerstoffgehalt der Charge nicht erhöht.