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硅的用途及应用领域

【硅的应用简介】

硅的原子结构决定了硅原子具有一定的导电性，但由于硅晶体中没有明显的自由电子，因此导电率不及金属，且随温度升高而增加，因而具有半导体性质。国际上通常把商品硅分成金属硅和半导体硅，金属硅主要用来制作多晶硅、单晶硅、硅铝合金及硅钢合金的化合物。半导体硅用于制作半导体器件。总体来讲，硅主要用来制作高纯半导体、耐高温材料、光导纤维通信材料、有机硅化合物、合金等，被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。

【高纯半导体】

高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括人们计算机内的芯片和CPU），还可以做成太阳能光伏电池，将辐射能转变为电能，2012年中国已经超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。【耐高温材料】 硅可用来制作金属陶瓷复合材料，这种材料继承了金属和陶瓷的各自优点，同时还弥补了两者不足，具有耐高温、富韧性、可切割等优点。第一架航天飞机“哥伦比亚号”正是靠着硅瓦拼砌的外壳才抵挡住了飞机高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温。【光导纤维通信材料】 纯二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纤维，该纤维是光导纤维通信的重要材料，这种通信方式代替了笨重的电缆，通信容量高，不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高保密性。光导纤维通信使得人类的生活发生了革命性的巨变。【有机硅化合物】

硅的有机化合物，将硅优良的无机性能与有机材料性能相结合，使有机硅化合物别具一格，开辟了新的领域。其具备了表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，有机硅已经成为化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多有机硅品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。有机硅材料按其形态的不同可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性剂）、硅树脂、复合物等。如有机塑料可以做成性能优良的防水布料，地铁四壁喷涂有机硅可以解决渗水问题，古文物、雕塑等外表涂层也是有机硅化合物。硅油可做成一种很好的润滑剂。硅橡胶可以作为绝缘材料，也可作为医用高分子材料，受我国纺织、电子、医疗、日化等终端行业分布、需求影响，硅橡胶在有机硅下游产品中占据了半壁江山。

硅橡胶依靠其更好的特性已经逐渐被制品行业接受并在部分领域逐渐成为大众橡胶，且随着近几年终端行业的发展，作为有机硅第二大产品的硅油也受到越来越多的关注，在纺织、电子、造纸等领域，硅油已经成为生产高品质产品必不可少的生力军，预计在2015年表观消费量将达到36万吨，增幅将达到44%，硅油在有机硅下游产品中的比例将趋向欧美等发达国家。在我国有机硅行业下游产品的可持续发展过程中，硅橡胶发展潜力逐渐趋向平稳，而硅油、硅烷偶联剂将成为下游产品重点发展方向，且持续性较强。

一直以来，我国有机硅最大的下游产品是硅橡胶，硅橡胶最大的终端应用领域是建筑行业，这种结构在短期内仍将持续，近两年我国房地产行业发展迅速，建筑幕墙以及涂料行业对有机硅产品的需求逐年递增。2014年两会结束，新型城镇化的影响开始体现，《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》，由新华社授权发布。规划提出发展目标，即“常住人口城镇化率达到60%左右，户籍人口城镇化率达到45%左右。”近几年，越来越多的有机硅企业开始重视产品的高附加值、新产品的研发，在各种高端领域，如医药、精细电子等，有机硅产品开始受到应用，对进口有机硅产品的依赖度开始减弱，并且随着技术的不断完善，后期有机硅产品在高端行业中的比例将会越来越大。 【硅类合金】 硅与其他金属可以制成合金，以此来提升其金属性能。硅制成的合金主要包括：硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。硅铝合金中硅元素的存在能够改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。这类合金具有较好的耐腐蚀性能和中等的机加工性能，具有中等强度和硬度，使塑性较低，用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。硅铜合金用于细化晶粒，提高导电性。

硅铁合金

硅铁合金是硅和铁组成的铁合金。硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧的同时，对提高钢水温度也是有利的。在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。在铸铁中加入一定量的硅铁能阻止铁中形成碳化物、促进石墨的析出和球化，因而在球墨铸铁生产中，硅铁是一种重要的孕育剂（帮助析出石墨）和球化剂。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。75#硅铁在皮江法炼镁中常用于金属镁的高温冶炼过程中，将CaO.MgO中的镁置换出来，每生产一吨金属镁就要消耗1.2吨左右的硅铁，对金属镁生产起着很大的作用。另外，磨细或雾化处理过的硅铁粉，在选矿工业中可作为悬浮相。在焊条制造业中可作为焊条的涂料。高硅硅铁在化学工业中可用于制造硅酮等产品。在以上这些用途中，炼钢工业、铸造工业和铁合金工业是硅铁的最大用户。它们共消耗约90%以上的硅铁。在各种不同牌号的硅铁中，目前应用最广的是75%硅铁。在炼钢工业中，每生产1t钢大约消耗3-5kg75%硅铁。

硅锰合金

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。因为用锰来脱氧时所生成的氧产物熔点较低，易于上浮；锰还能增大硅和铝等强脱氧剂的脱氧效果。所有的工业钢都需加入少量的锰作为脱硫剂，使钢能进行热轧、锻造及其它工艺而不致断裂，锰还是各钢种中最重要的合金元素，在合金钢中也会添加15%以上的锰以增加钢的结构强度。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。在钢生产中，硅主要用作熔融金属的脱氧剂，或作为合金添加剂使钢增加强度和改善其性能。硅还是一种有效的石磨化介质，它能使铸铁中的碳变成游离的石磨碳。加入标准灰口铸铁和球墨铸铁中的硅可达4%。而大量的锰和硅都是以铁合金的形式添加到钢液中的：锰铁、硅锰和硅铁。 【其他用途】 硅在提高植物对非生物和生物逆境抗性中的作用很大，是植物抵御逆境、调节植物与其他生物之间相互关系所必需的化学元素。如硅可以提高植物茎秆的硬度，硅可以提高植物对干旱、盐胁迫、紫外辐射以及病虫害等的抗性。硅可以提高水稻对稻纵卷叶螟的抗性，施用硅后水稻对害虫取食的防御反应迅速提高，硅对植物防御起到警备作用。水稻在受到虫害袭击时，硅可以警备水稻迅速激活与抗逆性相关的茉莉酸途径，茉莉酸信号反过来促进硅的吸收，硅与茉莉酸信号途径相互作用影响着水稻对害虫的抗性。