理论教育 硅和硅酸盐材料的应用与研究

硅和硅酸盐材料的应用与研究

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:单晶硅化学性质较稳定,但可溶于强酸和氢氟酸,在高温条件下其表面可与空气中的氧气和氯气反应,在电弧条件下可与氢气直接化合。由于结构中以硅氧四面体为骨架,硅氧键能很高,因此硅酸盐材料大都有机械强度高、耐高温的性能。

硅和硅酸盐材料的应用与研究

1.硅

硅单质有无定形和结晶型两种状态,结晶型硅又分单晶硅多晶硅

无定形硅呈粉末状,化学性质活泼,易与氧气结合。它还易与氢氟酸反应并溶解,因此工业清洗去除含硅杂质常用氢氟酸。

单晶硅化学性质较稳定,但可溶于强酸和氢氟酸,在高温条件下其表面可与空气中的氧气和氯气反应,在电弧条件下可与氢气直接化合。

硅在高温时可溶于碱的水溶液并产生氢气。

结晶型硅的表面原来是疏水性的,氧化后表面变成亲水性的。由单晶硅制造的晶片在机械加工过程中表面会出现变形层,由于大量的污染物会附着在此变形层上面而对半导体材料(由单晶硅制成)的性能产生恶劣影响,必须加以去除。

天然硅酸盐是由二氧化硅与各种金属氧化物(包括Na、K、Ca、Mg、Al、Fe等金属)形成的盐类,是重要的工业原料,经过高温处理可制成玻璃、陶瓷水泥和玻璃纤维等材料。由于结构中以硅氧四面体为骨架,硅氧键能很高,因此硅酸盐材料大都有机械强度高、耐高温的性能。

2.玻璃

玻璃是由熔融状态物质过冷而形成的无定形状态固体物质。玻璃具有高透明度、硬脆、高阻隔性和可塑性的特点。普通钙钠玻璃是把硅砂(石英岩、砂岩)、长石、纯碱、石灰石按一定比例混合加热熔融制成的,其中硅砂提供二氧化硅骨架。(www.daowen.com)

由于玻璃复杂的化学成分和制造过程,玻璃中含有气体(水蒸气、二氧化碳等)的胶体组织易受腐蚀和污染。玻璃表面的剩余自由键能与生物体存在的羟基、氨基相吸附,所以对血液有凝结作用。玻璃表面还容易吸附霉菌。由此可见,玻璃表面有一定反应活性,易被腐蚀。

下面具体说明几种物质对玻璃表面的影响:

1)水对玻璃的影响。主要表现在对其表面的影响。当玻璃表面长期与水接触时,会产生“蓝斑”和“白斑”,这些地方的结构已经破裂。

2)碱类对玻璃的影响。玻璃骨架成分中的二氧化硅易与碱类发生反应,特别是能被氢氧化钠等强碱所溶解。在用碱性洗涤剂清洗光学透镜以去除其表面污染层时,会使原来抛光研磨所造成的破损扩大,造成“潜伤”和使玻璃发脆。

3)酸对玻璃的影响。玻璃不易被酸腐蚀,因其骨架成分二氧化硅是酸性氧化物,但其含有的Al2O3、CaO等会与酸反应,造成玻璃表面粗糙呈现蓝绿色斑纹。另外,氢氟酸对二氧化硅有特殊的溶解能力,由此被利用到玻璃表面的蚀刻工艺中。

4)其他物质对玻璃的影响。家庭中常用的合成洗涤剂对玻璃也有一定的腐蚀作用,因洗涤剂中如磷酸盐等助剂会使玻璃表面含有的钙离子和其他离子选择性地被去除而使表面变粗糙。有机溶剂在某些情况下会对玻璃造成损伤,如在用有机溶剂做媒液的超声波洗涤过程中,会使玻璃成分中的碱性氧化物发生移动进入溶液。

3.其他硅酸盐材料

包括水泥制品、混凝土、陶瓷制品、搪瓷制品、耐火材料及砖瓦石料等建筑材料。清洗这些材料表面通常用机械方法,如用化学方法清洗,必须了解材料的具体特点,由于其基本原料是酸性的二氧化硅,所以不耐碱洗,一般较耐酸洗,如成分中含碱性氧化物多时,在清洗时要注意。

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