Si это какой элемент

Характеристики углеродистых сталей далеко не всегда соответствуют требованиям, которые предъявляют к материалам различные отрасли промышленности. Чтобы откорректировать их свойства, используют легирование.

Чем отличаются легирующие элементы от примесей

В углеродистых сталях, помимо основных элементов – железа и углерода, есть и другие: марганец, сера, фосфор, кремний, водород и прочие. Их считают примесями и делят на несколько групп:

• К постоянным относят серу, фосфор, марганец и кремний. Они всегда содержатся в стали в небольших количествах, попадая в нее из чугуна или используясь в качестве раскислителей.
• К скрытым относят водород, кислород и азот. Они тоже присутствуют в любой стали, попадая в нее при выплавке.
• К случайным относят медь, мышьяк, свинец, цинк, олово и прочие элементы. Они попадают в сталь из шихтовых материалов и считаются особенностью руды.

Кремний — САМЫЙ УМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ЗЕМЛЕ!

Химический состав стали, формируемый в процессе выплавки, напрямую влияет на ее механические свойства

Как примеси влияют на свойства сталей

Примеси оказывают разное влияние на характеристики сталей:

• Углерод (С) повышает твердость, прочность и упругость сталей, но снижает их пластичность.
• Кремний (Si) при содержании в стали до 0,4 % и марганец при содержании до 0,8 % не оказывают заметного влияния на свойства.
• Фосфор (P) увеличивает прочность и коррозионную стойкость сталей, но снижает их пластичность и вязкость.
• Сера (S) повышает хрупкость сталей при высоких температурах, снижает их прочность, пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость.
• Азот (N2) и кислород (O2) уменьшают вязкость и пластичность сталей.
• Водород (H2) повышает хрупкость сталей.

Как легирующие элементы влияют на свойства сталей

Легирующие добавки вводят в стали для изменения их характеристик:

• Хром (Cr) повышает твердость, прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, электросопротивление сталей, одновременно уменьшая их коэффициент линейного расширения и пластичность.
• Никель (Ni) увеличивает пластичность, вязкость, коррозионную стойкость и ударную прочность сталей.
• Вольфрам (W) повышает твердость и прокаливаемость сталей.
• Молибден (Mo) увеличивает упругость, коррозионную стойкость, сопротивляемость сталей растягивающим нагрузкам и улучшает их прокаливаемость.
• Ванадий (V) повышает прочность, твердость и плотность сталей.
• Кремний (Si) увеличивает прочность, упругость, электросопротивление, жаростойкость и твердость сталей.
• Марганец (Mn) повышает твердость, износоустойчивость, ударную прочность и прокаливаемость сталей.
• Кобальт (Co) увеличивает ударную прочность, жаропрочность и улучшает магнитные свойства сталей.
• Алюминий (Al) повышает жаростойкость и стойкость сталей к образованию окалины.
• Титан (Ti) увеличивает прочность, коррозионную стойкость и улучшает обрабатываемость сталей.
• Ниобий (Nb) повышает коррозионную стойкость и устойчивость сталей к воздействию кислот.
• Медь (Cu) увеличивает коррозионную стойкость и пластичность сталей.
• Церий (Ce) повышает пластичность и прочность сталей.
• Неодим (Nd), цезий (Cs) и лантан (La) снижают пористость сталей и улучшают качество поверхности.

Виды легированных сталей

В зависимости от содержания легирующих элементов, стали делят на три вида:

Кремний. Химия – просто

1. Если легирующих элементов менее 2,5 %, стали относят к низколегированным.
2. При их содержании от 2,5 до 10 % стали считаются среднелегированными.
3. Если легирующих элементов более 10 %, стали относят к высоколегированным.

Заключение

• Трубы профильные прямоугольные от поставщика адронного коллайдера?
• Электросварная стальная труба
• Горячекатаный лист
• Холоднокатаный лист
• Шестигранник стальной
• Арматура а500с оптом
• Стальная труба оптом
• Металлопрокат оптом
• Где купить оцинкованные листы?
• Купить электроды
• Двутавровая балка
• Стальной уголок
• Листовая низколегированная сталь
• Бесшовные стальные трубы
• Арматура А1 оптом
• Арматура А3 оптом
• Стальная проволока
• Стальная квадратная труба
• Купить профнастил
• Арматура в Москве
• Оцинкованный лист 0.5 мм
• Оцинкованный лист 0.7 мм
• Оцинкованный лист 1 мм
• Виды и особенности ножничных подъемников
• Сфера применения подъемных столов
• Конструкция ножничного подъемного стола
• Чем ножничные подъемные столы отличаются от других видов подъемников
• Как изготавливаются подъемные столы
• Ремонт и техническое обслуживание подъемных столов
• Типы опор наружного освещения: фланцевые и прямостоечные
• Как изготавливают опоры освещения
• Защитные покрытия опор освещения
• Опоры освещения: стальные или железобетонные?
• Антивандальные опоры освещения
• Опоры освещения для парков
• Опоры для освещения дорог
• Опоры освещения на несколько рожков
• Изготовление лестниц из нержавеющей стали
• Закладные детали фундамента
• Сталь разных производителей: что мы из нее изготавливаем
• Марки стали, которые мы используем в металлопрокате
• Доклевеллеры и направляющие для колес — два атрибута крупных перегрузочных пунктов
• Перегрузочные мосты: виды и характеристики
• Подъемные столы по индивидуальному заказу
• ГОСТ 16523: чем отличаются редакции документа 1970, 1989 и 1997 года
• Элементы благоустройства городской среды
• Ограждения из нержавеющей стали
• Облицовка строительных конструкций нержавеющей сталью
• Металлоконструкции для сбора мусора: урны и мусорные баки
• Металлические остановки общественного транспорта

Источник: spk-region.ru

1 Сравните строение и свойства атомов химических элементов: а) С и Si; б) Si и Р.

Число электронов на внешнем энергетическом уровне у них одинаково — 4. Следовательно эти элементы имеют сходные химические свойства, однако так как у кремния больше энергетических уровней, то он будет легче отдавать электроны, а следовательно проявляет больше металлических свойств.

Так как у фосфора на внешнем энергетическом уровне 5 электронов, а у кремния 4, то следовательно фосфор проявляет неметаллические свойства сильнее чем кремний.

Источник:

Решебник по химии за 8 класс (О.С.Габриелян, 2011 год),
задача №1
к главе «Глава 1. Атомы химических элементов. § 9. Изменение числа электронов на внешнем энергетическом уровне атомов химических элементов».

Источник: 5terka.com

Полупроводниковые материалы — германий и кремний

Полупроводники составляют обширную область материалов, отличающихся друг от друга большим многообразием электрических и физических свойств, а также большим многообразием химического состава, что и определяет различные назначения при их техническом использовании.

По химической природе современные полупроводниковые материалы можно разделить на следующие четыре главные группы:

1. Кристаллические полупроводниковые материалы, построенные из атомов или молекул одного элемента. Такими материалами являются широко используемые в данное время германий, кремний , селен , бор, карбид кремния и др.

2. Окисные кристаллические полупроводниковые материалы, т. е. материалы из окислов металлов. Главные из них: закись меди, окись цинка, окись кадмия, двуокись титана, окись никеля и др. В эту же группу входят материалы, изготовляемые на основе титаната бария, стронция, цинка, и другие неорганические соединения с различными малыми добавками.

3. Кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений атомов третьей и пятой групп системы элементов Менделеева . Примерами таких материалов являются антимониды индия, галлия и алюминия, т. е. соединения сурьмы с индием, галлием и алюминием. Они получили наименование интерметаллических соединений.

4. Кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений серы, селена и теллура с одной стороны и меди, кадмия и свин ц а с другой. Такие соединения называются соответственно: сульфидами, селенидами и теллуридами.

Все полупроводниковые материалы, как уже говорилось, могут быть распределены по кристаллической структуре на две группы. Одни материалы изготовляются в виде больших одиночных кристаллов (монокристаллов), из которых вырезают по определенным кристаллическим направлениям пластинки различных размеров для использования их в выпрямителях, усилителях, фотоэлементах.

Такие материалы составляют группу монокристаллических полупроводников . Наиболее распространенными монокристаллическими материалами являются германий и кремний. Р азработаны методы изготовления монокристаллов и из карбида кремния , монокристаллы из интерметаллических соединений.

Другие полупроводниковые материалы представляют собой смесь множества малых кристалликов, беспорядочно спаянных друг с другом. Такие материалы называются поликристаллическими . Представителями поликристаллических полупроводниковых материалов являются селен и карбид кремния, а также материалы, изготовляемые из различных окислов методами керамической технологии.

Рассмотрим широко применяемые полупроводниковые материалы .

Германий — элемент четвертой группы периодической системы элементов Менделеева. Германий имеет ярко-серебристый цвет. Температура плавления германия 937,2° С. В природе он встречается часто, но в весьма малых количествах. Присутствие германия обнаружено в цинковых рудах и в золах разных углей. Основным источником получения германия является зола угле й и отходы металлургических заводов.

Полученный в результате ряда химических операций слиток германия еще не представляет собой вещества, пригодного для изготовления из него полупроводниковых приборов. Он содержит нерастворимые примеси, не является еще монокристаллом и в него не введена легирующая примесь, обусловливающая необходимый вид электропроводности.

Для очистки слитка от нерастворимых примесей широко применяется метод зонной плавки . Этим методом могут быть удалены лишь те примеси, которые различно растворяются в данном твердом полупроводнике и в его расплаве.

Германий обладает большой твердостью, но чрезвычайно хрупок и раскалывается на мелкие куски при ударах. Однако при помощи алмазной пилы или других устройств его можно распилить на тонкие пластинки. Отечественной промышленностью изготовляется легированный германий с электронной электропроводностью различных марок с удельным сопротивлением от 0,003 до 45 ом х см и германий легированный с дырочной электропроводностью с удельным сопротивлением от 0,4 до 5,5 ом х см и выше. Удельное же сопротивление чистого германия при комнатной температуре ρ = 60 ом х см.

Германий как полупроводниковый материал широко используется не только для диодов и триодов , из него изготовляются мощные выпрямители на большие токи, различные датчики, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, термометры сопротивления для низких температур и др.

Кремний широко распространен в природе. Он, как и германий, является элементом четвертой группы системы элементов Менделеева и имеет такую же кристаллическую (кубическую) структуру. Полированный кремний приобретает металлический блеск стали.

Кремний не встречается в природе в свободном состоянии, хотя и является вторым по распространенности элементом на Земле, составляя основу кварца и других минералов. Кремний может быть выделен в элементарном виде при высокотемпературном восстановлении Si02 углеродом. При этом чистота кремния после кислотной обработки составляет ~99,8%, и для полупроводниковых приборов приборов в таком виде он не применяется.

Кремний высокой чистоты получают из предварительно хорошо очищенных его летучих соединений (галогенидов, силанов) либо при их высокотемпературном восстановлении цинком или водородом, либо при их термическом разложении. Выделяющийся при реакции кремний осаждается на стенках реакционной камеры или на специальном теле нагрева — чаще всего на прутке из высокочистого кремния.

Как и германий, кремний обладает хрупкостью. Его температура плавления значительно выше, чем у германия: 1423° С. Удельное сопротивление чистого кремния при комнатной температуре ρ = 3 х 10 5 ом-см.

Так как температура плавления кремния значительно выше, чем у германия, то тигель из графита заменяют кварцевым, так как графит при высокой температуре может реагировать с кремнием и образовывать карбид кремния. Кроме того, в расплавленный кремний могут попасть из графита загрязняющие примеси.

Промышленностью выпускается полупроводниковый легированный кремний с электронной электропроводностью (различных марок) с удельным сопротивлением от 0,01 до 35 ом х см и с дырочной электропроводностью тоже различных марок с удельным сопротивлением от 0,05 до 35 ом х см.

Кремний, как и германий, широко применяется для изготовления многочисленных полупроводниковых приборов. В кремниевом выпрямителе достигаются более высокие обратные напряжения и рабочая температура (130 — 180°С), чем в германиевых выпрямителях (80°С). Из кремния изготовляют точечные и плоскостные диоды и триоды, фотоэлементы и другие полупроводниковые приборы.

На рис. 3 показаны зависимости величин удельного сопротивления германия и кремния обоих типов от концентрации легирующих примесей в них.

Рис. 3. Влияние концентрации примесей на величину удельного сопротивления германия и кремния при комнатной температуре: 1 — кремний, 2 — германий

Кривые на рисунке показывают, что легирующие примеси оказывают огромное влияние на величину удельного сопротивления: у германия оно изменяется о г величины собственного сопротивления 60 ом х см до 10 -4 ом х см, т. е. в 5 х 10 5 раз, а у кремния с 3 х 10 3 до 10 -4 ом х см, т. е. в 3 х 10 9 раз.

В качестве материала для изготовления нелинейных сопротивлений особенно широкое применение получил поликристаллический материал — карбид кремния .

Рис. 4. Карбид кремния

Из карбида кремния изготовляют вентильные разрядники для линий электропередачи — устройства, защищающие линию электропередачи от перенапряжений. В них диски из нелинейного полупроводника (карбида кремния) пропускают ток на землю под действием волн перенапряжений, возникающих в линии. В результате этого восстанавливается нормальная работа линии. При рабочем же напряжении линии сопротивления этих дисков возрастают и ток утечки с линии на землю прекращается.

Карбид кремния получают искусственно — путем тепловой обработки смеси кварцевого песка с углем при высокой температуре (2000°С).

В зависимости от введенных легирующих примесей образуются два основных вида карбида кремния: зеленый и черный. Они отличаются друг, от друга по типу электропроводности, а именно: зеленый карбид кремния обкидает электропроводностью n -типа, а черный — электропроводностью р-типа.

Для вентильных разрядников из карбида кремния изготовляются диски диаметром от 55 до 150 мм и высотой от 20 до 60 мм. В вентильном разряднике диски из карбида кремния соединяются последовательно друг с другом и с искровыми промежутками. Система, состоящая из дисков и искровых промежутков, сжимается спиральной пружиной. С помощью болта разрядник присоединяется к проводу линии электропередачи, а c другой стороны разрядник соединяется проводом с землей. Все детали разрядника помещены в фарфоровый корпус.

При нормальном напряжении на линии передачи ток с линии вентиль не пропускает. При повышенных же напряжениях (перенапряжениях), создаваемых атмосферным электричеством, или внутренних перенапряжениях искровые промежутки пробиваются и диски вентиля окажутся под высоким напряжением.

Сопротивление их резко упадет, что обеспечит утечку тока с линии на землю. Прошедший большой ток снизит напряжение до нормального и в дисках вентиля сопротивление возрастет. Вентиль окажется запертым, т. е. рабочий ток линии им пропускаться не будет.

Карбид кремния находит еще применение в полупроводниковых выпрямителях, работающих при больших рабочих температурах (до 500°С).

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник: electricalschool.info