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金屬硅的性質(zhì)與鍺、鉛、錫相近,所以叫做金屬硅。
硅元素硅,原子序數(shù)14,原子量28.0855, 硅有晶態(tài)和無定形兩種形式。金屬硅又稱結(jié)晶硅或工業(yè)硅,其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑。晶態(tài)硅具有金剛石晶格,硬而脆,熔點(diǎn)1410°C,沸點(diǎn)2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度為7。無定形硅是一種灰黑色粉末,實(shí)際是微晶體。晶態(tài)硅的電導(dǎo)率不及金屬,且隨溫度升高而增加,具有明顯的半導(dǎo)體性質(zhì)。
硅在常溫下不活潑,與空氣、水和酸等沒有明顯作用;在加熱下,能與鹵素反應(yīng)生成四鹵化硅;650°C,時(shí)硅開始與氧完全反應(yīng);硅單質(zhì)在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質(zhì)反應(yīng);硅可間接生成一系列硅的氫化物;硅還能與鈣、鎂、鐵等化合,生成金屬硅化物。據(jù)統(tǒng)計(jì),1985年全世界共消耗金屬硅約50萬噸,其中用于鋁合金的金屬硅約占60%,用于有機(jī)硅的不足30%,用于半導(dǎo)體的約占3%,其余用于鋼鐵冶煉及精密陶瓷等。
超純的單晶硅可作半導(dǎo)體材料。粗的單晶硅及其金屬互化物組成的合金,常被用來增強(qiáng)鋁、鎂、銅等金屬的強(qiáng)度。
硅含量在8%-12%之間的鋁合金是一個(gè)過渡區(qū)間,既可以使用通常硬質(zhì)合金,也可以 使用金剛石刀具。但 使用硬質(zhì)合金應(yīng)運(yùn)用經(jīng)PVD(物理鍍層)方法、不含鋁元素的、膜層厚度較小的刀具。
由于PVD方法和小的膜層厚度使刀具堅(jiān)持較尖利的切削刃變成可以(否則為防止膜層在刃口處異常長(zhǎng)大需求對(duì)刃口進(jìn)行滿足的鈍化,切鋁合金就會(huì)不行尖利),而膜層材料含鋁可以使刀片膜層與工件材料發(fā)生親合作用而損壞膜層與刀具基體的聯(lián)絡(luò)。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí),表面也將形成一層SiO2薄膜,從而提高鋼在高溫時(shí)的性能。由于其時(shí)的超硬鍍層多為鋁、氮、鈦三者的化合物,可以會(huì)因硬質(zhì)合金基體隨膜層墜落時(shí)少數(shù)墜落構(gòu)成崩刃。
鈣和硅與氧都有很強(qiáng)的親和力。特別是鈣,不光與氧有非常強(qiáng)的親和力,而且與硫、氮都有很強(qiáng)的親和力。所以
硅鈣合金是一種較理想的復(fù)合膠氧劑、脫硫劑。
硅合金不光脫氧能力強(qiáng),脫氧產(chǎn)物易于上浮,易于排出,而且還能改善鋼的性能,提高鋼的塑性、沖擊韌性和流動(dòng)性。目前硅鈣合金可以代替鋁進(jìn)行終脫氧。
特殊鋼和特殊合金生產(chǎn)中。例如鋼軌鋼、低碳鋼、不銹鋼等鋼種和鎳基合金、鈦基合金等特殊合金,均可用硅鈣合金作脫氧劑。硅鈣合金也適合作轉(zhuǎn)爐練鋼車間用的增溫劑,硅鈣合金還可用作鑄鐵的孕育劑和球墨鑄鐵生產(chǎn)中的添加劑。