การใช้งานโลหะซิลิคอน: ซิลิคอนโลหะไปอยู่ที่ไหน?

โลหะซิลิคอนเป็นแกนหลักวัตถุดิบของห่วงโซ่อุปทานอุตสาหกรรมหลัก 4 สาย ได้แก่ การหล่ออะลูมิเนียม เคมีซิลิโคน การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนเกรดโลหะวิทยาหนึ่งตัน-สามารถกลายเป็นเสื้อสูบ สารเคลือบหลุมร่องฟัน แผงโซลาร์เซลล์ หรือแผ่นเวเฟอร์ภายในโทรศัพท์ของคุณ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ หน้านี้แม็ปการใช้ปลายน้ำแต่ละครั้งกับเกรด ขนาดอนุภาค และขีดจำกัดสิ่งเจือปนที่มีความสำคัญจริงในโรงงาน

🏭 โลหะซิลิคอนใช้ทำอะไร?

โดยแก่นแท้แล้วโลหะซิลิคอนเป็นธาตุซิลิกอน (Si) ที่เกิดจากการถลุงควอตซ์และสารรีดักท์คาร์บอนในเตาอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำ-ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,300 องศา ความบริสุทธิ์มีตั้งแต่ประมาณ 98.5 % Si ในเกรดโลหะวิทยาถึง 99.5 % ขึ้นไปในเกรดเคมีและแสงอาทิตย์ ปัจจัยในการตัดสินใจว่าเกรดใดจะไปในที่ใด ไม่ใช่แค่ปริมาณซิลิคอน - เท่านั้น แต่ยังเป็นการควบคุมขีดจำกัดของเหล็ก อลูมิเนียม และแคลเซียม ซึ่งสามารถทำลายความแข็งแรงของโลหะผสม ปฏิกิริยาเคมีที่เป็นพิษ หรือเพิ่มข้อบกพร่องให้กับการเติบโตของคริสตัล

ผลผลิตโลหะซิลิคอนทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 3 ล้านเมตริกตันต่อปี โดยประมาณ 60–70% มีต้นกำเนิดมาจากประเทศจีน วัสดุแบ่งออกเป็นสี่ประเภทการบริโภค ได้แก่ อลูมิเนียมอัลลอยด์ (35–40 %) ซิลิโคนโพลีเมอร์และสารเคมี (~28 %) โพลีซิลิคอนแสงอาทิตย์ (~18 %) และส่วนที่เล็กกว่าแต่มีมูลค่าสูง- เช่น เซมิคอนดักเตอร์ เฟอร์โรซิลิกอน และเซรามิก

🚗 อลูมิเนียมอัลลอยด์และการหล่อยานยนต์

การใช้งานโลหะซิลิคอนในการหล่ออะลูมิเนียมเริ่มต้นจากข้อเท็จจริงง่ายๆ: การเติมซิลิคอน 6–12 % โดยน้ำหนักให้กับอะลูมิเนียมจะช่วยเพิ่มความลื่นไหลได้อย่างมาก ลดการแตกร้าวจากการหดตัว และเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ นั่นคือเหตุผลที่ A356 (7 % Si) เป็นผู้นำในการหล่อโครงสร้างการบินและอวกาศ และ A380 (8.5 % Si) จึงเป็นโลหะผสมที่ทนทานสำหรับการหล่อแม่พิมพ์ยานยนต์-

ภาคยานยนต์เพียงอย่างเดียวถือเป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดของโลหะซิลิคอนความต้องการ. เสื้อสูบ เรือนเกียร์ แท่นยึดระบบกันสะเทือน และกล่องแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า - ที่เพิ่มขึ้น - ล้วนอาศัยอะลูมิเนียม-ซิลิกอนอัลลอยด์ ไฮเปอร์ยูเทคติกอัล-เกรด Si ที่มี Si 17–22 % ถูกอัดลงในปลอกสูบและลูกสูบ โดยที่ความแข็งและเสถียรภาพทางความร้อนมีความสำคัญมากกว่าความเหนียว

ทีมจัดซื้อมักจะระบุเกรด 441 หรือ 553โลหะซิลิคอนสำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ เกรด 441 (Si มากกว่าหรือเท่ากับ 99.0 %, Fe น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.4 %, Al น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.4 %, Ca น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1 %) ให้ความบริสุทธิ์ที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพการหล่อที่สม่ำเสมอ โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายระดับพรีเมียมของเกรดที่สูงกว่า เกรด 553 (Si มากกว่าหรือเท่ากับ 98.5 %) ทำงานได้ดีสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความสำคัญน้อยกว่า ซึ่งประสิทธิภาพด้านต้นทุนมีมากกว่าการควบคุมสิ่งเจือปนที่เข้มงวด

เหตุใดเนื้อหา Ca จึงมีความสำคัญในอัลลอยด์-เกรดซิลิคอน

แคลเซียมที่สูงกว่า 0.1 % สามารถก่อให้เกิดการรวมตัวระหว่างโลหะแข็งซึ่งตัดเฉือนได้ไม่ดี และสร้างความพรุนในการหล่อผนังบาง- นั่นคือเหตุผลที่โรงหล่อที่ซื้อ-การหล่อแม่พิมพ์ด้วยความดันสูง-มักจะปิดแคลเซียมไว้ที่ 0.03 % หรือต่ำกว่า โดยผลักดันให้พวกเขาหันไปใช้วัตถุดิบตั้งต้นเกรด 3303 แม้ว่าความบริสุทธิ์ของซิลิคอนจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็ตาม

🧪 โพลีเมอร์ซิลิโคนและการสังเคราะห์ทางเคมี

จุดหมายปลายทางใหญ่เป็นอันดับสอง-สำหรับการใช้งานโลหะซิลิกอนคืออุตสาหกรรมซิลิโคน ในกระบวนการโดยตรงของ Rochow-Müller โลหะซิลิคอนจะทำปฏิกิริยากับเมทิลคลอไรด์ (CH₃Cl) ในเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์-เบดเพื่อผลิตไดเมทิลไดคลอโรซิเลน - ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับโพลีไดเมทิลไซลอกเซน (PDMS) และตระกูลโพลีเมอร์ซิลิโคนทั้งหมด

ปฏิกิริยานี้จู้จี้จุกจิก เหล็ก อลูมิเนียม และแคลเซียมรบกวนการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาและผลผลิตของปฏิกิริยาโลหะซิลิกอนเกรดเคมี-จึงต้องการควบคุมสิ่งเจือปนที่เข้มงวดกว่าเกรดโลหะ: โดยทั่วไปคือ 3303 (Si มากกว่าหรือเท่ากับ 99.3 %, Fe/Al น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.3 %, Ca น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03 %) หรือ 2202 (Si มากกว่าหรือเท่ากับ 99.5 %, Fe/Al น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2 %, Ca น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.02 %) โลหะปิด-ตามข้อกำหนดหมายถึงการกระจาย-ไซเลนนอกข้อกำหนด ซึ่งแปลโดยตรงว่าเป็น-สารเคลือบหลุมร่องฟัน ยาง หรือสารเคลือบปลายน้ำโดยตรง

ตลาดซิลิโคนทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 18.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2568 และคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 28.6 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2577 การใช้งานตั้งแต่สารเคลือบหลุมร่องฟันในการก่อสร้างและปะเก็นรถยนต์ไปจนถึงการเคลือบรากฟันเทียมทางการแพทย์และอุปกรณ์-แปรรูปอาหาร แต่ละส่วนเหล่านี้ย้อนกลับไปถึงโลหะซิลิคอนบริสุทธิ์สูง-จำนวนหลายร้อยกิโลกรัมที่วางอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ไหนสักแห่ง

☀️ โพลีซิลิคอน โซล่าเซลล์ และไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

การผลิตโพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-เป็นกลุ่มความต้องการที่เติบโตเร็วที่สุด-การใช้งานโลหะซิลิกอนโดยขยายตัวประมาณ 8-10% ต่อปี เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนคิดเป็นประมาณ 95 % ของกำลังการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ทั่วโลก ซึ่งเกิน 1.6 เทราวัตต์ของกำลังการผลิตติดตั้งในปี 2567 ปัจจุบันเซลล์ PERC แบบโมโนคริสตัลไลน์ครองการผลิตเชิงพาณิชย์ที่ประสิทธิภาพ 22–24 % โดยมีสถาปัตยกรรม TOPCon รุ่นใหม่ผลักดันไปสู่ ​​25 %

การผลิตโพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-เริ่มต้นด้วยโลหะซิลิกอนเกรด-และกลั่นกรองผ่านกระบวนการสะสมไอสารเคมีของซีเมนส์หรือเส้นทางเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์{0}}เบด วัตถุดิบต้องมีความบริสุทธิ์ของ Si 99.9 % หรือสูงกว่า โดยมีการควบคุมโบรอนและฟอสฟอรัส - สิ่งเจือปนอย่างเข้มงวดอย่างยิ่ง ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของพาหะและประสิทธิภาพของเซลล์ลดลง- โดยปกติแล้วเกรด 2202 หรือดีกว่านั้นเป็นจุดเริ่มต้น แม้ว่าผู้ผลิตโพลีซิลิคอนหลายรายจะบังคับใช้ข้อกำหนดเฉพาะที่นอกเหนือไปจากเกรดอุตสาหกรรมมาตรฐานก็ตาม

จีนคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของกำลังการผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลก แต่การลงทุนใหม่ในอินเดีย เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อเมริกาเหนือ และยุโรป กำลังค่อยๆ กระจายแผนการจัดหา สำหรับทีมจัดซื้อ ซึ่งหมายความว่าเอกสารต้นฉบับและการตรวจสอบย้อนกลับเป็นชุดกำลังกลายเป็นข้อกำหนดมาตรฐาน ซึ่งไม่-จะ{3}}ดีนัก

💻 เซมิคอนดักเตอร์ เวเฟอร์ & อิเล็กทรอนิกส์

ที่จุดสูงสุดของปิรามิดความบริสุทธิ์ การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต้องการโลหะซิลิคอนที่ได้รับการขัดเกลาให้มีความบริสุทธิ์ 99.9999999 % - เก้าไนน์หรือ 9N วัสดุนี้ไม่ได้จัดส่งเป็น "โลหะซิลิคอน" ในความหมายของสินค้าโภคภัณฑ์ มันถูกแปลงผ่านการกลั่นคลอโรไซเลน การเติบโตของผลึก Czochralski (CZ) หรือโฟลต-โซน (FZ) และการเวเฟอร์ที่มีความแม่นยำเป็นซับสเตรตขนาด 150–300 มม.

อย่างไรก็ตาม ห่วงโซ่อุปทานเริ่มต้นด้วยซิลิคอนโลหะวิทยาที่มีความบริสุทธิ์สูง- โลหะซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์- (โดยทั่วไปคือ 2202 หรือข้อกำหนดเฉพาะ) เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการทำให้บริสุทธิ์ชนิดแรก ติดตามสิ่งเจือปนที่ชิ้นส่วน-ต่อ-พันล้านระดับ - อะลูมิเนียม, เหล็ก, คาร์บอน, ออกซิเจน - สามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของทรานซิสเตอร์และ Kill Yield ที่โหนดกระบวนการขั้นสูง นั่นคือเหตุผลที่โรงงานเซมิคอนดักเตอร์ตรวจสอบซัพพลายเออร์ซิลิคอนของตนจนถึงระดับเหมืองและโรงหลอม

นอกเหนือจากชิปลอจิกและหน่วยความจำแล้ว ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง-ยังพบการใช้งานในเซ็นเซอร์ MEMS, Si โฟโตนิกสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล- และออปติกอินฟราเรดที่ความโปร่งใสของซิลิคอนตั้งแต่ 1.1–7 µm ถูกนำมาใช้ประโยชน์สำหรับ-หน้าต่างถ่ายภาพความร้อนและเลนส์ LiDAR

⚙️ การกำจัดออกซิเดชันของเหล็ก เฟอร์โรซิลิคอน และการใช้งานอื่นๆ

ไม่ใช่ว่าโลหะซิลิคอนทุกกิโลกรัมจะถูกนำมาใช้ในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีขั้นสูง- ส่วนแบ่งที่สำคัญ - ประมาณ 45 % ของการผลิตซิลิคอนเชิงโลหะวิทยาทั้งหมด - ถูกใช้ในการผลิตเฟอร์โรซิลิกอน (FeSi) ซึ่งปริมาณซิลิกอนอยู่ในช่วงตั้งแต่ 15 % ถึง 90 % เฟอร์โรซิลิกอนเป็นตัวกำจัดออกซิไดซ์หลักในการผลิตเหล็กและเป็นหัวเชื้อในเหล็กหล่อเพื่อส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสของกราไฟท์

การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้แก่ การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สำหรับสารกัดกร่อนและซับสเตรตอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง- เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) สำหรับเครื่องมือตัดและส่วนประกอบกังหัน และโลหะผสมชนิดพิเศษ โดยทั่วไปการใช้งานเหล่านี้ยอมรับวัสดุที่มีความบริสุทธิ์เกรด 553-หรือต่ำกว่า- ทำให้เป็นส่วนราคาพื้นของโลหะซิลิคอนตลาด.

❓ คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการใช้งานโลหะซิลิคอน

โลหะซิลิกอนเกรดใดที่เหมาะกับการหล่ออลูมิเนียมมากที่สุด?

เกรด 441 เป็นตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม เนื่องจากมีความสมดุลระหว่างความบริสุทธิ์และราคา โรงหล่อที่ผลิตชิ้นส่วนหล่อแบบ-ผนังบางหรือ-แรงดันสูง-มักระบุ 3303 เพื่อรักษาแคลเซียมให้ต่ำกว่า 0.03 % และหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่รวมอยู่ด้วย

โลหะซิลิกอนเกรด 553 สามารถใช้ในการผลิตซิลิโคนได้หรือไม่

โดยทั่วไปไม่มี ระดับเหล็ก อลูมิเนียม และแคลเซียมใน 553 สูงเกินไปสำหรับกระบวนการโดยตรงของ Rochow-Müller ผู้ผลิตซิลิโคนมักต้องการเกรด 3303 หรือ 2202 เพื่อรักษาความสามารถในการคัดเลือกปฏิกิริยาและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์

โพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-เริ่มต้นจากความบริสุทธิ์เท่าใด

การกลั่นโพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-เริ่มต้นด้วยซิลิคอนโลหะวิทยาที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.5 % ซึ่งโดยปกติจะเป็นเกรด 2202 หรือเกรดเคมีที่กำหนดเอง- จากนั้น กระบวนการ Siemens CVD หรือฟลูอิไดซ์-เบดจะทำให้บริสุทธิ์เป็น 99.9999 % (6N) หรือสูงกว่า

โลหะซิลิคอนเหมือนกับเฟอร์โรซิลิคอนหรือไม่?

ไม่ โลหะซิลิคอนคือธาตุซิลิคอน (98.5–99.5 %+ Si) เฟอร์โรซิลิกอนเป็นโลหะผสมเหล็ก-ซิลิกอนที่มี Si 15–90 % เฟอร์โรซิลิกอนผลิตจากโลหะซิลิคอนหรือโดยตรงจากแหล่งควอตซ์และเหล็กในเตาหลอม-อาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำ

เกรดโลหะซิลิคอนใดที่ใช้กับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

การผลิตแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์เริ่มต้นจากซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์-ที่กลั่นให้มีความบริสุทธิ์ 9N (99.9999999 %) โดยทั่วไปวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับโลหะวิทยาจะมีความบริสุทธิ์สูง-สูง-เป็นพิเศษ 2202 หรือวัสดุที่มีข้อกำหนดเฉพาะ- แต่การทำให้บริสุทธิ์จำนวนมากเกิดขึ้นในโรงงานสำหรับการเจริญเติบโตของคลอโรไซเลนและคริสตัล-โดยเฉพาะ

ความต้องการโลหะซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-เพิ่มขึ้นเร็วแค่ไหน

ความต้องการโลหะซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-กำลังขยายตัวประมาณ 8–10 % ต่อปี โดยได้แรงหนุนจากการติดตั้ง PV ทั่วโลกที่คาดว่าจะเกิน 400 GW ต่อปีภายในต้นปี 2030 ซึ่งทำให้พลังงานแสงอาทิตย์เป็น-ส่วนปลายทาง-การใช้โลหะซิลิคอนที่เติบโตเร็วที่สุด

📞 ติดต่อเรา

ต้องการความช่วยเหลือในการจับคู่ที่ถูกต้องเกรดโลหะซิลิกอนกับใบสมัครของคุณ? ไม่ว่าคุณจะระบุการเติมโลหะผสม วัตถุดิบตั้งต้นคลอโรไซเลน หรือวัสดุตั้งต้นโพลีซิลิคอน เราสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเลือกเกรด ขนาดอนุภาค และขีดจำกัดสิ่งเจือปนที่เหมาะกับกระบวนการของคุณได้

สนใจติดต่อสำหรับใบเสนอราคา ตัวอย่างใบรับรองการวิเคราะห์ หรือการสนทนาทางเทคนิค