Was ist die Dichte von Silizium? 2,33 g/cm³ erklärt

Wenn Sie einen Siliziumdichtewert von 2,33 g/cm³ sehen, ist die wichtige Bedingung, dass es sich um festes kristallines Silizium nahe Raumtemperatur handelt.

Für die IndustrieIndustriesilizium, diese Zahl ist nützlich, um das Material selbst zu verstehen, sagt Ihnen aber nicht direkt, wie viel Platz ein Beutel, ein Trichter oder ein Behälter mit losen Silikonklumpen einnehmen wird.

Bei Raumtemperatur hat kristallines Silizium eine Dichte von etwa:

Die Umrechnung zwischen den beiden gängigen Einheiten ist unkompliziert:

Kleine Unterschiede in den veröffentlichten Werten können auf Temperatur, Reinheit, Kristallfehler oder Messbedingungen zurückzuführen sein. Für allgemeine Ingenieurarbeiten ist 2,33 g/cm³ der Standard-Raumtemperaturreferenzwert.

Die Siliziumdichte wird sowohl durch seine Atommasse als auch durch die Art und Weise bestimmt, wie Siliziumatome im Kristall angeordnet sind.

Silizium hat eine Atommasse von etwa 28,09 g/mol und bildet einekubische Diamantkristallstrukturunter normalen Bedingungen.

In dieser Struktur ist jedes Siliziumatom tetraedrisch an vier benachbarte Siliziumatome gebunden. Im Vergleich zu den dichter gepackten Strukturen vieler unedler Metalle ist die Anordnung relativ offen.

Dies erklärt, warum Silizium trotz seiner metallisch aussehenden Oberfläche eine geringere Dichte aufweist als viele Strukturmetalle.

Wie die Kristallstruktur die Siliziumdichte bestimmt

Für ein kristallines Material kann die theoretische Dichte mit der Anzahl der Atome in einer Kristallzelle, der Atommasse und dem Elementarzellenvolumen in Beziehung gesetzt werden:

Bei kristallinem Silizium platziert die kubische Diamantanordnung acht Siliziumatome in der herkömmlichen Elementarzelle. In Kombination mit der Atommasse und den Gitterabmessungen von Silizium ergibt dies die bekannte Dichte von etwa 2,33 g/cm³ bei Raumtemperatur.

Der entscheidende Punkt ist, dass die Dichte nicht allein durch die Atommasse bestimmt wird. Auch der Abstand und die Anordnung der Atome spielen eine Rolle.

Ja. Der Wert von 2,33 g/cm³ ist ein Raumtemperatur-Referenzwert für kristallines festes Silizium. Temperatur, Phase und innere Struktur können die Dichte verändern.

Wie wirkt sich die Temperatur auf die Siliziumdichte aus?

Wenn festes Silizium erhitzt wird, dehnt sich sein Kristallgitter aus. Die gleiche Masse nimmt dann ein etwas größeres Volumen ein, sodass die Dichte von festem Silizium im Allgemeinen mit steigender Temperatur abnimmt.

Bei technischen Berechnungen, bei denen die Temperatur weit über der Raumtemperatur liegt, kann die Verwendung des Raumtemperaturwerts ohne Korrektur zu Fehlern führen.

Was ist die Dichte von festem gegenüber geschmolzenem Silizium?

Silizium verhält sich beim Schmelzen anders als die meisten gewöhnlichen Metalle.

Flüssiges Silizium liegt nahe seinem Schmelzpunktdichter als festes kristallines Silizium. Die Flüssigkeitsdichte beträgt in der Nähe des Schmelzbereichs je nach Temperatur und Messbedingungen etwa 2,5–2,6 g/cm³.

Dies bedeutet, dass sich Silizium beim Schmelzen zusammenzieht und sich beim Erstarren ausdehnt, was das Gegenteil des Verhaltens ist, das bei vielen gewöhnlichen Metallen beobachtet wird.

Verändert kristallines vs. amorphes Silizium die Dichte?

Ja. Amorphes Silizium hat nicht die gleiche kubische Diamantkristallstruktur mit großer Reichweite wie kristallines Silizium.

Seine Dichte kann daher geringfügig variieren und ist zudem stärker abhängig von der Abscheidungsmethode, dem Wasserstoffgehalt, der Porosität und den Verarbeitungsbedingungen.

Bei gewöhnlichen Berechnungen von Siliziummetallklumpen bezieht sich der Referenzwert von 2,33 g/cm³ normalerweise auf kristallines elementares Silizium und nicht auf einen dünnen amorphen Siliziumfilm.

Verändern Verunreinigungen und Defekte die Siliziumdichte?

Das ist möglich, allerdings hängt die Wirkung von der Menge und Verteilung ab.

Industrielles Siliziummetall ist chemisch nicht identisch mit ultra-hoch-reinem Halbleitersilizium. Handelsübliche Qualitäten enthalten kontrollierte Mengen an Fe, Al, Ca und anderen Elementen.

Kristalldefekte, Poren, Einschlüsse und Verunreinigungen können die gemessene Dichte geringfügig verändern. Für die meisten Industriediskussionen sind diese Effekte jedoch viel geringer als der Unterschied zwischenwahre MaterialdichteUndSchüttdichte.

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig, wenn Sie mit industriellen Siliziummetallklumpen arbeiten.

Derwahre Dichte von Siliziumbeschreibt die Masse dividiert durch das tatsächliche Volumen des festen Siliziummaterials selbst.

DerSchüttdichte von Siliziummetallklumpenbeschreibt die Masse dividiert durch das Gesamtvolumen eines losen Materialhaufens, einschließlich der Leerräume zwischen den einzelnen Klumpen.

Da lose Siliziummetallklumpen nicht jeden Teil eines Behälters füllen können, muss ihre Schüttdichte niedriger sein als die tatsächliche Materialdichte von 2,33 g/cm³.

Was kontrolliert die Schüttdichte von Siliziummetallklumpen?

Die Schüttdichte ist keine feste Materialkonstante. Sie ändert sich mit dem physischen Zustand der Sendung.

Zu den wichtigen Variablen gehören:

• Partikelgröße:10–50 mm und 50–100 mm dickes Material lässt sich nicht unbedingt auf die gleiche Weise verpacken.
• Größenverteilung:Kleinere Stücke können einen Teil der Zwischenräume zwischen größeren Klumpen füllen.
• Klumpenform:eckige und unregelmäßige Stücke erzeugen unterschiedliche Hohlraumvolumina.
• Bußgeldinhalt:Feinstoffe können das Packverhalten erheblich verändern.
• Verdichtung und Vibration:Durch Transport oder Handhabung kann sich loses Material absetzen.

Aus diesem Grund empfehlen wir nicht, das Volumen einer Siliziummetalllieferung unter der Annahme zu berechnen, dass jeder Kubikmeter 2330 kg lose Klumpen enthält.

Wenn die tatsächliche Schüttdichte für Ihr Silo-, Sack- oder Trichterdesign wichtig ist, sollte sie für die entsprechende Sorte und Partikelgrößenverteilung gemessen werden.

Die Siliziumdichte wird nützlich, wenn Masse in Volumen umgewandelt werden muss oder wenn die Gerätekapazität vom vom Material eingenommenen Raum abhängt.

Siliziumdichte für Massen- und Volumenberechnungen

Für ein festes Silikonstück:

Die Verwendung von 2330 kg/m³ ist angemessen, wenn Sie das theoretische Volumen von festem kristallinem Silizium selbst berechnen.

Es ist nicht automatisch für einen losen Haufen Siliziummetallklumpen geeignet.

Silizium-Schüttdichte für Handhabung und Verpackung

Für die industrielle Verpackung, Trichterkapazität und Materialhandhabung ist die Schüttdichte oft der praktischere Wert.

Beispielsweise können zwei Siliziummetalllieferungen mit demselben Nettogewicht unterschiedliche Volumina einnehmen, wenn eine eine breitere Partikelgrößenverteilung oder mehr Feinanteile enthält.

Aus diesem Grund können Partikelgröße und Feinanteilkontrolle nicht nur für die Ofenbeschickung, sondern auch für das Verpackungs- und Lagerverhalten von Bedeutung sein.

Spezifikationen für Siliziumdichte und Siliziummetall

Die Dichte ist selten der Hauptakzeptanzparameter für gewöhnliches metallurgisches Siliziummetall. Chemische Zusammensetzung und Partikelgröße sind in einer Kaufspezifikation normalerweise wichtiger.

Beispielsweise unterscheiden sich Qualitäten wie 553, 441, 421, 3303 und 2202 im Allgemeinen hauptsächlich durch kontrollierte Verunreinigungsgrade und nicht durch große Änderungen in der Eigendichte von Silizium.

Sie können unsere überprüfen Vergleich zwischen Siliziummetall 553 und 441 um zu sehen, wie die Sortenauswahl von Fe, Al, Ca und den Anwendungsanforderungen abhängt.

Eine weitere kommerzielle Spezifikationsreferenz finden Sie in unserer Spezifikation Siliziummetall 421 .

Bei der Lieferung von Siliziummetall bestätigen wir vor dem Versand die erforderliche Qualität, chemische Zusammensetzung, Partikelgröße und Chargen-COA. Wenn die Schüttdichte für Ihr Zuführ-, Silo- oder Verpackungssystem von entscheidender Bedeutung ist, sollte sie als separate physikalische Anforderung definiert werden und nicht aus der theoretischen Siliziumdichte abgeleitet werden.