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金属硅粉:藏在多晶硅背后的成功“配角”
2020年02月27日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:247
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工业革命以来,传统能源消耗剧增,生态环境不断恶化,因此可再生能源中的代表——光伏产业迅速成为了关注焦点,直接拉动了多晶硅需求的迅猛增长。不过在多晶硅产量暴增的背后,与它一共被生产出来的副产品“金属硅粉”也在默默地发光发热,在其他领域展现出了独特的优势。

 

金属硅粉

不过只有部分的多晶硅生产场合才会出现金属硅粉副产品,比如说流化床法。流化床法是目前制备多晶硅的主要工艺,它以硅烷或氯硅烷作为硅源气、以氢气作为载气,将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中,使硅烷裂解并在晶种上沉积,从而得到颗粒状多晶硅。

在反应过程中,硅烷气进入流化床后迅速分解,一部分发生异相反应,沉积至硅颗粒表面;另一部分发生均相反应,生成气相微核,该微核经过一系列聚合长大过程生成金属硅粉,在此聚合过程中还有一定比例粘附到硅颗粒表面,成为颗粒硅产品的一部分。据悉,江苏中能硅业就是采用了这种工艺,同时销售颗粒硅及金属硅粉两种产品。

 

江苏中能的金属硅粉产品

不过你别误以为“金属硅粉”就是经常提到那个“硅粉”,其实这两者天差地别——一般来说,我们平时说的硅粉其实是指微硅粉,学名“硅灰”,是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中,随废气逸出的,经特殊的捕集装置收集处理而成的烟尘,由于SiO2含量约占烟尘总量的90%,且颗粒度非常小,故称为硅粉。而金属硅粉的主要成分就是结晶硅(Si)化学成分相差很大,价格也比硅粉高。

金属硅粉的用途广泛,可用于有机硅高分子材料、单晶硅、冶金铸造、冶炼、化工产品、耐火材料、铝及铝合金等产品的制造。尤其是向纳米尺度转变时,由于尺寸效应,将赋予硅材料新的特性,使其在陶瓷材料、复合材料、催化材料、光电池以及生物材料等领域都具有巨大的潜在应用前景。

 

金属硅粉的SEM图

比如说将纳米金属硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里,或者在金属硅粉表面包覆石墨用作充电锂电池负极材料,可提高锂电池的电容量和充放电循环次数;此外,纳米硅粉还可用在耐高温涂层和耐火材料里。目前,一般市售的金属硅粉粒径在20~50μm之间,如果想将其转换为纳米尺寸,可参考一个研究人员曾做过的实验——在超高温度下使粗硅粉瞬间蒸发成为硅蒸汽,硅蒸汽在冷凝下来后成为纳米级别的金属硅粉。

虽然只是顺带的副产品,但万幸金属硅粉的光彩并没有完全被主产品(颗粒硅)所遮盖,比起其他副产品可能被抛弃的命运,金属硅粉凭借着自身本事谋得了多个出路,不得不说确实是个成功的“配角”啊。

粉体圈 小榆


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