Silicium métal dans les alliages d'aluminium et le moulage

L'un des plus établisutilisations du silicium métalliqueest la production d'alliages d'aluminium. Le silicium est ajouté à l'aluminium car il modifie le comportement de solidification de l'alliage, améliore la fluidité de la coulée et peut contribuer aux caractéristiques mécaniques et d'usure souhaitables lorsque la composition complète de l'alliage et le traitement thermique sont correctement contrôlés.

Dans les alliages de coulée d'aluminium-silicium, le silicium modifie la microstructure en formant des phases contenant du silicium-dans la matrice d'aluminium. La morphologie exacte dépend de la concentration en silicium, de la vitesse de refroidissement, des éléments d'alliage et de la modification ou du traitement thermique ultérieur. Une microstructure fine et bien-contrôlée peut fournir un équilibre différent de fluidité, de résistance, de ductilité et de résistance à l'usure par rapport à une structure grossière en silicium.

Ces gammes sont des gammes d'ingénierie pratiques plutôt que des spécifications universelles. Les normes d'alliage individuelles doivent toujours être vérifiées avant la production.

Pourquoi le silicium améliore la coulabilité

L'augmentation du silicium dans un système d'alliage approprié peut améliorer la capacité de l'aluminium fondu à remplir des géométries de moules complexes. C'est l'une des raisons pour lesquelles les alliages Al-Si sont largement utilisés pour les composants moulés présentant des sections minces ou des formes complexes.

Cependant, un silicium plus élevé n’est pas automatiquement meilleur. Des phases de silicium excessives ou mal contrôlées peuvent réduire la ductilité et influencer le comportement en fatigue. La morphologie, la taille et la distribution des particules de silicium peuvent être aussi importantes que le pourcentage total de silicium.

Interaction avec le magnésium et le cuivre

Magnésiumetcuivrepeut modifier considérablement le comportement des alliages Al-Si. Le magnésium peut permettre un durcissement par précipitation dans des systèmes appropriés, tandis que le cuivre peut augmenter la résistance mais peut également influencer le comportement à la corrosion et la ductilité.

Pour les ingénieurs qui achètent du silicium métal, cela signifie que la matière première requise doit être évaluée par rapport à la recette finale de l'alliage plutôt que traitée comme une matière première isolée.

Le silicium métal comme matière première pour les silicones, les silanes et les précurseurs solaires

Un deuxième grand groupe deapplications du silicium-métalest la fabrication de produits chimiques. Le silicium métallique peut servir de matière première pour la production de produits chimiques contenant du silicium-, y compris des intermédiaires utilisés dans l'industrie du silicone.

Du silicium métallique aux produits chimiques à base de silicone

La chimie industrielle des silicones commence généralement par la réaction du silicium métallique avec des composés organiques ou halogènes appropriés-dans des conditions catalytiques contrôlées. Dans la production de méthylchlorosilanes, par exemple, le silicium réagit avec le chlorure de méthyle dans le processus direct pour produire des intermédiaires chlorosilanes qui peuvent ensuite être hydrolysés et transformés en polymères de silicone et autres produits.

Ces matériaux en aval comprennenthuiles de silicone, caoutchoucs de silicone, mastics, revêtements et produits élastomères. La spécification requise du silicium-métal dépend du processus du producteur, du système catalytique et de la tolérance aux impuretés.

Pour les acheteurs de produits chimiques, la question clé n'est donc pas simplement « Le silicium est-il à 99 % ? mais plutôt "Quels éléments d'impuretés interfèrent avec notre réaction ou notre système catalytique, et à quelle concentration ?"

Silicium métal vs polysilicium

Le silicium métal ne doit donc pas être commercialisé comme substitut direct du polysilicium. Ils occupent différents points de la chaîne de valeur du silicium et nécessitent différents niveaux de purification.

Silicium métal pour les-chaînes d'approvisionnement liées à l'énergie solaire

Dans la fabrication photovoltaïque, le silicium métallique peut servir de matière première en amont pour les processus qui produisent finalement du silicium d'une pureté bien supérieure-. Le matériau est ensuite raffiné par des étapes supplémentaires de purification chimique ou métallurgique.

Cette distinction est importante pour les équipes achats. Un producteur de matériaux solaires-peut avoir besoin de silicium métallique avec un contrôle plus strict des impuretés métalliques ou volatiles spécifiques, même si le produit final se trouve à plusieurs étapes de purification de la matière première d'origine.

Le silicium métal dans la sidérurgie, le contrôle de la fonte et la réduction chimique

Bien que le silicium métal soit plus étroitement associé aux industries de l’aluminium et de la chimie, il a également d’importantes applications métallurgiques. Le silicium peut agir comme unélément de désoxydation et de réglage de l'alliage-dans la fabrication de l'acier et peut influencer la structure de la fonte.

Le silicium dans la sidérurgie

Le silicium réagit avec l'oxygène dissous et peut donc participer à la désoxydation de l'acier. Cependant, dans la production commerciale d’acier, le silicium métallique n’est pas nécessairement le support de silicium le plus économique pour chaque opération.Ferrosiliciumest largement utilisé car il combine le silicium et le fer et est disponible en plusieurs qualités spécialement conçues pour la fabrication de l'acier.

Le silicium métallique devient plus pertinent lorsque le producteur a besoin d'un ajout élevé de silicium-sans introduire autant de fer supplémentaire, ou lorsqu'un équilibre chimique spécifique rend l'ajout direct de silicium avantageux.

Structure en silicium et fonte

Dans la fonte, le silicium est un élément majeur influençant la graphitisation. L'augmentation du silicium dans le cadre d'une chimie appropriée peut favoriser la formation de graphite et réduire la tendance à la formation de carbure, bien que la structure finale dépende de l'équivalent carbone, de la vitesse de refroidissement, de l'inoculation, des ajouts d'alliages et de l'épaisseur de la section.

Pour cette raison, une fonderie ne doit pas déterminer le dosage du silicium indépendamment du carbone. Un système pratique de contrôle de processus-considére la relation entrecarbone, silicium, manganèse, soufre, magnésium et traitement d'inoculation.

Séquence de température et d'ajout

Le point d'addition approprié dépend du four et du processus de coulée. Des matériaux contenant du silicium-peuvent être ajoutés pendant le chargement du four, pendant le transfert ou pendant le traitement final en fonction de la composition cible.

Pour le contrôle de la production, l'équipe d'ingénierie doit définir le Si final requis plutôt que d'utiliser une règle fixe du kilogramme-par-tonne pour chaque chaleur. L'ajout requis peut être estimé à partir de la modification souhaitée de la concentration en silicium et de la récupération attendue du matériau d'addition sélectionné.

Le silicium comme réducteur chimique

Le silicium peut également participer en tant qu'agent réducteur aux réactions métallurgiques à haute température. Sa forte affinité pour l'oxygène permet au silicium de réduire les oxydes métalliques sélectionnés dans des conditions thermodynamiques appropriées, produisant ainsi des oxydes de silicium et le métal réduit ou intermédiaire.

De telles réactions sont utilisées dans la production de certains intermédiaires, siliciures et matériaux spéciaux contenant du silicium. La stœchiométrie appropriée dépend du système d'oxyde, de la température, de l'atmosphère et de la phase de produit souhaitée.

Spécifications, propriétés physiques, tests et qualités

Le plus utilespécification du silicium-métalcombine la composition chimique avec les caractéristiques physiques. Un matériau contenant 99 % de silicium peut toujours fonctionner différemment d'un autre produit à 99 % si la taille des particules, l'oxydation de la surface, l'humidité, les niveaux de Fe, Al, Ca ou d'oligo-éléments diffèrent.

La taille des particules est importante

Méthodes de test recommandées

• FRX :utile pour le dépistage élémentaire de routine.
• ICP-OES :utile pour l'analyse chimique multi-éléments lorsqu'il est correctement validé.
• Analyse par tamisage :adapté aux produits classiques broyés-.
• Diffraction laser :utile pour les poudres fines, le cas échéant.
• Analyse de l'oxygène :pertinent lorsque l’oxydation de la surface ou la contamination par l’oxygène affectent l’application.
• Test d'humidité :utile pour confirmer les conditions d’expédition et de stockage.

Dynamique du marché, manutention et sécurité, considérations environnementales et d’approvisionnement

Le marché poursilicium métalest influencé par la production d'aluminium, la demande de produits chimiques à base de silicone, les chaînes d'approvisionnement liées à l'énergie solaire-, les prix de l'énergie et les conditions de production régionales. Étant donné que le processus de fabrication est gourmand en électricité-, les changements dans la disponibilité de l'énergie et les coûts de l'électricité peuvent avoir un effet direct sur l'économie de la production.

La Chine reste une source majeure d'approvisionnement mondial en silicium-métal, tandis que d'autres producteurs contribuent aux marchés régionaux et internationaux. Les acheteurs américains doivent tenir compte non seulement du prix global, mais également du pays d'origine, de la distance d'expédition, des mesures commerciales, de la capacité du fournisseur et de la continuité de l'approvisionnement.

Manipulation du silicium métal dans les installations américaines

Les exigences de stockage et de manutention dépendent fortement de la forme physique. Les gros morceaux de métal de silicium-ont des caractéristiques de poussière différentes de celles de la fine poudre de silicium. Une fois le matériau broyé, criblé ou broyé en fines particules, la génération de poussière devient une considération plus importante en matière de sécurité au travail et de processus-.

Les installations doivent minimiser l'accumulation inutile de poussière, maintenir des procédures d'entretien appropriées et contrôler les sources d'inflammation lorsque les risques de poussières combustibles-sont pertinents. Les directives de l'OSHA concernant les poussières combustibles- doivent être prises en compte pour les opérations impliquant des particules suffisamment fines.

Pratiques de stockage recommandées

• Gardez le matériau sec et protégé de la pluie et de la condensation.
• Stockez les sacs sur des palettes adaptées plutôt que directement sur des sols mouillés.
• Protéger les emballages contre les perforations et les dommages mécaniques.
• Utiliser une ventilation par aspiration locale là où de fines poussières sont générées.
• Nettoyer la poussière accumulée en utilisant des procédures appropriées à l'évaluation des risques de l'installation.
• Gardez les produits chimiques incompatibles et les sources d’inflammation sous contrôle approprié.
• Consultez la FDS actuelle du fournisseur avant de manipuler des qualités inconnues.

Options d'emballage

Questions sur les achats environnementaux

Pour les achats axés sur le développement durable-, demandez au fournisseur comment sont calculés sa consommation d'électricité, son empreinte carbone et ses contrôles environnementaux. Une comparaison significative doit préciser si l’empreinte déclarée inclut uniquement l’électricité du four ou également les matières premières, le transport et d’autres processus en amont.