سیلیسیم
Silicon
SiO₂ و SiC؛ دومین عنصر فراوان پوسته و پایهی نیمهرساناها.
معرفی
سیلیسیم پس از اکسیژن، فراوانترین عنصر پوستهی زمین است و اکسید آن، سیلیس (SiO₂)، پایهی شیشه، ماسهی ریختهگری و بخش بزرگی از نسوزهای آلومینا-سیلیکاتی. کاربید آن (SiC) یکی از سختترین و رساناترین مواد دیرگداز است.
ساختار بلوری و کریستالوگرافی
سیلیسیم بلوری ساختار مکعبی الماسی دارد. سیلیس اما مجموعهای از پلیمورفهاست که همه از شبکهای از چهاروجهیهای SiO₄ ساخته شدهاند و تفاوتشان فقط در نحوهی اتصال این چهاروجهیهاست — و همین، بزرگترین دردسر نسوزهای سیلیسی است، چون تبدیل فازها با تغییر حجم همراه است.
فازها و آلوتروپها
ریختشناسی و شکل عرضه
ماسهی کوارتزی گرد یا زاویهدار، پودر میکروسیلیس (ذرات کروی زیرمیکرونی، محصول جانبی کورهی فروسیلیس — کلید روانی جرمهای کمسیمان)، و SiC بهصورت دانهبندی سیاه براق با شکست صدفی.
ترکیبات مهم
| فرمول | نام | اهمیت |
|---|---|---|
| SiO₂ | سیلیس | ماسه، کوارتز، میکروسیلیس. |
| SiC | کاربید سیلیسیم | سختی و هدایت حرارتی بالا؛ نواحی پرسایش کوره بلند و کورهی آلومینیوم. |
| Si₃N₄ | نیترید سیلیسیم | چسب فاز نیتریدی در نسوزهای پیشرفته. |
| 3Al₂O₃·2SiO₂ | مولایت | تنها ترکیب پایدار سیستم آلومینا-سیلیس؛ ستون آجرهای شاموتی و سیلیمانیتی. |
ایزوتوپها
سه ایزوتوپ پایدار: ²⁸Si (۹۲٫۲٪)، ²⁹Si (۴٫۷٪) و ³⁰Si (۳٫۱٪).
نقش در صنایع دیرگداز و فرآیندی
در نسوز، نسبت Al₂O₃/SiO₂ تعیینکنندهی ردهی محصول است: هرچه آلومینا بیشتر، دیرگدازی بالاتر. سیلیس آزاد اضافی، فازهای شیشهای کمذوب میسازد و مقاومت خزشی را در دمای بالا پایین میآورد — به همین دلیل در محصولات پرآلومینا آن را کنترل میکنیم.