يتضمن إنتاج مسحوق السيليكون المعدني سلسلة من الخطوات الصناعية الخاضعة للرقابة لضمان درجة نقاء عالية وجودة ثابتة. فيما يلي وصف تفصيلي للعملية:
1. تحضير المواد الخام
المواد الخام الأولية:
الكوارتزيت (SiO₂): خام الكوارتز عالي النقاء (أكبر من أو يساوي 98.5% SiO₂).
عوامل الاختزال الكربونية: فحم الكوك البترولي أو الفحم النباتي أو الفحم الحجري، والتي تعمل كعوامل اختزال.
المعالجة المسبقة:
يتم سحق الكوارتزيت وغسله لإزالة الشوائب (مثل الطين والمواد العضوية).
يتم تكليس عوامل الاختزال لتقليل المواد المتطايرة وتحسين التفاعل.
2. الاختزال الكربوثيرمي في فرن القوس الكهربائي
رد الفعل الرئيسي:
SiO₂ + 2C → Si + 2CO↑ (درجة الحرارة: 2000 درجة).
خطوات العملية:
شاحن: يتم وضع عوامل اختزال الكوارتزيت والكربون في فرن القوس المغمور.
تسخين الأقطاب الكهربائية: تولد أقطاب الجرافيت حرارة شديدة لإذابة الخليط وترميمه.
تشكيل الخبث: الشوائب (Fe, Al, Ca) تشكل خبثاً ويتم إزالتها بشكل دوري.
التقطيعيؤخذ السيليكون المنصهر (نقاوة 97-99٪) من قاع الفرن ويصب في سبائك.
3. التكرير (اختياري)
غايةالمزيد من تقليل الشوائب لإنتاج سيليكون عالي الجودة (على سبيل المثال، نقاوة 99.5%+).
طُرق:
تكرير الخبث: إضافة التدفقات (مثل CaO) لربط الشوائب المتبقية.
تنظيف الغاز: النفخ بالأكسجين أو الكلور لإزالة الشوائب المعدنية.
4. سحق وفحص
سحق: يتم سحق سبائك السيليكون ميكانيكيًا إلى حبيبات كبيرة.
طحن: يتم طحن الحبيبات إلى مسحوق باستخدام المطاحن الكروية أو المطاحن النفاثة.
الفحص: يتم تصنيف الجسيمات حسب الحجم (على سبيل المثال 80-325 شبكة) باستخدام المناخل الاهتزازية.
5. التنظيف (للتطبيقات عالية النقاء)
الترشيح الكيميائي: الغسل الحمضي (HCl/HF) لإذابة طبقات الأكسيد المتبقية.
التبلور الاتجاهي: إزالة الشوائب عن طريق التبلور المتحكم فيه (للسيليكون الشمسي/الإلكتروني).
6. مراقبة الجودة والتعبئة والتغليف
الاختبارات
قياس الطيف: يقيس التركيب العنصري (محتوى Fe، Al، Ca).
تحليل حجم الجسيمات: يضمن الامتثال لنطاقات حجم الجسيمات المحددة.
التحكم في الرطوبة:التجفيف إلى محتوى رطوبة أقل من أو يساوي 0.1%.
طَرد:
محكمة الغلق في أكياس مقاومة للرطوبة (25 كجم أو 1 طن) لمنع الأكسدة.
وضع العلامات التي تشير إلى الدرجة (على سبيل المثال، 553، 441)، ورقم الدفعة وشهادات السلامة.