金属シリコンパウダーとは
金属シリコン粉末は、金属シリコンを粉砕することによって製造され、業界では結晶シリコンまたは工業用シリコンとも呼ばれます。金属自体は、石英または珪岩とコークスなどの炭素還元剤から浸漬電気炉で製錬され、得られる製品のシリコン含有量は通常約 98% ～ 99% で、主な不純物として鉄、アルミニウム、カルシウムが含まれます。粉末は固体金属を粉砕して作られるため、その化学的性質は親インゴットと一致します。物理的形状、粒子サイズ、比表面積のみが変化します。この分野の製品ファミリーには、等級別金属シリコン粉末、シリコンスラグ、オフグレードシリコンが含まれます。
購入する際に重要な違いが 1 つあります。粉砕金属シリコン粉末は、シリコン含有量が 98% 近くで、粒径が通常約 45 ～ 200 マイクロメートルの金属製品です。シリカフュームは、大まかにシリコンマイクロパウダーと呼ばれることもありますが、炉の排ガスから収集された非常に微細な副生成物で、粒子は一桁小さく、アモルファス構造をしています。この 2 つはどのような用途においても互換性はなく、材料は口語名ではなく常に化学的性質と粒子サイズによって指定される必要があります。
グレードと化学物質管理
金属ケイ素は、鉄、アルミニウム、カルシウムの合計含有量によって分類されます。 Si-553、Si-441、Si-3303、Si-2202 などの標準名称は、これら 3 つの元素の最大許容パーセンテージをコード化しているため、Si-553 では最大約 0.5% の鉄、0.5% のアルミニウム、0.3% のカルシウムが許容されますが、Si-2202 ではそれぞれ約 0.2% が許容されます。グレードの選択は通常、GB/T 2881 に基づいて合意され、化学分析は GB/T 14849 シリーズの関連部分に基づいて実行されます。
GB/T 6003.1 または ASTM E11 で指定されたふるい布を使用して、粉末を 100、200、325、または 400 メッシュなどのメッシュ カットにふるい分けることによって粒度を決定します。重要な用途では、レーザー回折によって粒度分布を報告できます。超微粒子の割合が高いと溶解中に発塵や酸化損失が発生するため、水分、微粒子の含有量、および表面酸化のレベルを制御する必要があります。
アルミニウム合金および鋳造
シリコンは鋳造アルミニウムの最も重要な合金元素です。ほとんどの鋳造アルミニウム シリコン合金には主な添加物としてシリコンが含まれており、この元素は鋳造の流動性を改善し、熱間引き裂きを軽減し、収縮気孔率を低下させ、ピストンやシリンダーの用途での耐摩耗性を高めます。粉末および練炭の形態は、特に小型の誘導炉やるつぼ炉ではすぐに溶解し、大きな塊状材料よりも最終組成を厳密に制御できるため、炉への追加に使用されます。亜共晶合金は通常、ナトリウムまたはストロンチウムで改質されますが、過共晶ピストン合金は制御された一次シリコン相に依存しており、構造の再現性を維持するために一貫したシリコン原料の化学的性質が必要です。
鋼、合金鉄および冶金用途
製鉄において、シリコンは脱酸剤として機能します。マンガンよりも酸素との親和性が高いため、シリコン含有材料を添加すると溶存酸素が減少し、ブローホール欠陥のリスクが軽減されます。また、この元素は電気鋼の電気抵抗率を高め、透磁率を向上させます。そのため、シリコン グレードは直接添加されるのではなく、フェロシリコンに溶解されます。
フェロシリコン製錬合金の原料として工業用シリコンの最大のシェアを消費しています。
珪素熱による還元は、炭素が受け入れられないフェロバナジウムやフェロモリブデンなどの低炭素合金鉄の製造において、還元剤としてシリコンを使用しています。
接種と結節形成製鉄所での実践では、グラファイトの形状とチルの深さを制御するためにシリコンベアリングの添加に依存しています。
アルミニウムの脱酸と結晶粒の微細化連続鋳造では、マスター合金の一貫したシリコン化学の恩恵を受けます。
耐火物、鋳造および建設用途
シリコン粉末は耐火性キャスタブル、ガンニングミックス、および打ち込み材料に添加され、微細な充填剤として、またカーボン結合レンガを高温での酸化から保護する酸化防止剤として機能します。スラグにさらされた耐火物システムでは、制御されたシリコンの添加により、保護炭化シリコンまたは酸窒化シリコン結合の形成が促進されます。鋳造工場では、この粉末を金型やコアのコーティング、発熱ライザースリーブ、一部の溶接フラックス配合に使用しており、硬くて化学的に安定した充填剤が必要な研磨製品や摩擦製品にも使用されています。
エレクトロニクスおよび半導体の原料
シリコンは半導体産業の基礎材料です。超高純度単結晶シリコンの原料は、冶金グレードのシリコンをトリクロロシランに変換し、次に精製シリコンを堆積することによって製造されます。このルートは、ここで説明したのと同じ工業用シリコンから始まります。高純度の単結晶シリコンで構築された電子デバイスは、小型、軽量、高信頼性、長寿命を実現します。その一連の性能は、冶金原料をホウ素、リン、遷移金属の汚染から守ることにかかっています。
取り扱い、保管および安全性
微細なシリコン粉末は可燃性粉塵であり、空気中に飛散すると爆発性雰囲気を形成する可能性があるため、移送ポイントは接地し、発火源を排除し、局所的に抽出する必要があります。シリコンはアルカリ溶液に溶解して水素を発生するため、保管場所には湿気を避け、強アルカリとの接触を避ける必要があります。粉末は乾燥したカバー付きの状態で保管し、反応性金属粉末に適用される通常の防塵管理体制の下で使用する必要があります。
よくある質問
Q: 金属シリコン粉末はシリカフュームと同じですか?
いいえ、粉砕された金属シリコン粉末は、シリコン含有量が 98% 近くで、粒子が数十から数百マイクロメートルの金属シリコンです。一方、シリカフュームは、炉のオフガスの超微細なアモルファス副生成物です。
Q: Si-553 などのグレード指定は何を意味しますか?
この数字は鉄、アルミニウム、カルシウムの最大含有量を 10 分の 1 パーセントで示しているため、Si-553 は最大約 0.5% の鉄、0.5% のアルミニウム、0.3% のカルシウムを意味します。
Q: アルミニウム合金にはどのメッシュ サイズが使用されますか?
炉への追加には約 100 ～ 200 メッシュの粗いカットが一般的ですが、325 メッシュ以上は急速な溶解または微細な分散が必要な用途に使用されます。
Q: シリコンパウダーは鋼の脱酸剤として機能しますか?
はい。シリコンは酸素との親和性が高く、鋼中の溶存酸素を低下させますが、バルク製鋼では通常、純粋な粉末としてではなくフェロシリコンとして添加されます。
Q：粉末はどのように保管すればよいですか？
乾燥した状態に保ち、強アルカリや発火源から遠ざけ、カバーをして保管し、微細なシリコン粉末は可燃性粉塵であるため、アースと除塵を行って取り扱ってください。
Q: 低ホウ素含有量が重要なのはなぜですか?
ホウ素とリンは半導体の性能を低下させる電気的に活性な不純物であるため、高純度シリコンの原料には両方の元素に対して非常に厳しい制限が設けられています。
