前言
硅元素符号Si，在元素周期表中属Ⅳ A族，原子序数14，金刚石型晶体。硅地壳丰富度仅次于氧，达到25.8%。金属硅是用硅石经还原生产的，故也叫工业硅、结晶硅。金属硅主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。 我国硅产业经过50多年的发展，取得了令人瞩目的成就，已形成生产企业众多、产品种类齐全、与其他产业关联度高、发展潜力和市场前景巨大的高新技术产业。
目前我国硅产业正处于转型时期，政策的引导方向竟直接巨鼎整个产业的发展与未来。
医用压片机传统产业看供需，新兴产业看需求。目前我国硅产业下游需求的迅猛增长将带动整个产业快速发展，未来硅产业将迎来一个快速增长的阶段。
但是在硅产业全球化的今天，我国硅企业不仅将面对国内同行的竞争，还将应对国际巨头企业的挑战。技术进步、节能减排将是我国硅产业发展、提高企业竞争力的核心。
硅调研报告
织物柔软剂
一、硅概况
1.1产品介绍
硅是一种准金属，介于金属和非金属之间，它是一种化学元素，英文名称Silicon，化学符号是Si，旧称矽（台湾、香港目前仍称矽xī），原子序数14，相对原子质量28.0855，密度2.4g/cm³，熔点1414℃，沸点2355℃，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体，晶体硅为钢灰，无定形硅为黑，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于和碱液。硅在自然界中分布极广，一般很少以单质的形式出现，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，地壳中约含27.6%，是地壳中仅次于氧的第二丰富元素。主要用来制作高纯半导体、耐高温材料、光导纤维通信材料、有机硅化合物、合金等，被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。1787年，存在于岩石中的硅首次被拉瓦锡发现，1800年被戴维误认为是一种化合物。1811年,J.L.盖吕萨克和L.-J.泰纳尔加热钾和四氟化硅得到不纯的无定形硅，根据拉丁文silex（燧石）命名为silicon；同年，Gay-Lussac和Thenard用硅的四氟化物与碱土金属反应，发现在反应当中生成赤褐的化合物（可能是含不纯物无定形的硅）。直到1823年，硅首次以一种元素形式被瑞典化学家贝采利乌斯（Jöns Jacob Berzelius）发现，并在一年后用与盖-吕萨克大致相同的方法，提炼出了无定形硅；随后用反复清洗的方法将单质硅提纯；同年，贝采利乌斯以氧化硅的粉末，加以铁，碳的混和物在高温下加热，得到硅化铁。但是为了抽取纯的硅，贝采利乌斯使用硅- 氟-钙的化合物，干烧之后得到的固体，加水分解得到纯硅。1824年，在斯德哥尔摩，贝采利乌斯通过加热氟硅酸钾和钾获取了硅。这个产物被硅酸钾污染，
但他把它放在水中搅拌，由于水会与之反应，因此得到了相对纯净的硅粉末，因此发现硅的荣誉归属于贝采利乌斯。1824年J.J.贝采利乌斯用同样的方法，经过反复洗涤除去其中的氟硅酸，得到纯无定形硅。直到1854年，结晶的矽才被提炼出来；同年H.S.C.德维尔也第一次制得晶态硅。
1.2产品属性
1.2.1物理性质
硅元素符号Si，原子序数14，原子量28.086，位于第三周期第IVA族，共价半径117皮米，离子半径42皮米，第一电离能786.1kJ/mol，电负性1.8，密度2.33g/cm3，熔点1410℃，沸点2355℃，硬度7。元素硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。无定形硅为黑；晶体硅呈钢灰，有明显的金属光泽、晶格和金刚石相同，硬而脆，能导电，但导电率不如金属且随温度的升高而增加，属半导体。在热处理温度大于750℃时，硅材料由脆性材料转变为塑性材料，在外加应力下，产生滑移位错，形成塑性变形。硅材料还具有一些特殊的物理性质，如硅材料熔化时体积缩小，固化时体积增大。
作为半导体材料，硅具有典型的半导体材料的电学性质。
(1)阻率特性硅材料的电阻率在10-5~1010Ω•cm之间，介于导体和绝缘体之间，高纯未掺杂的无缺陷的晶体硅材料称为本征半导体，电阻率在10Ω•cm 以上。
(2)PN结特性 N型硅材料和P型硅材料相连，组成PN结，这是所有硅半导体器件的基本结构，也是太阳电池的基本结构，具有单向导电性等性质。
(3)光电特性与其他半导体材料一样，硅材料组成的PN结在光作用下能产生电流，如太阳电池。但是硅材料是间接带隙材料，效率较低，如何提高硅材料的发电效率正是目前人们所追求的目标。
同位素
硅（原子质量单位: 28.0855）共有23种同位素，其中有3种天然的稳定同位素Si（92.2%）、Si（4.7%）和Si（3.1%），还有质量数为25、26、27、31和32的人工放射性同位素。
1.2.2化学性质
低温时单质硅不活泼，不与空气、水和酸反应。室温下表面被氧化形成1000皮米二氧化硅保护膜。高温时能跟所有卤素反应，生成四卤化硅，跟氧气在700℃以上时燃烧生成二氧化硅。跟氯化氢气在500℃时反应，生成三氯氢硅SiHCl3和氢气。高温下能跟某些金属(镁、钙、铁、铂等)反应，生成硅化物。赤热时跟水蒸气反应生成二氧化硅和氢气。跟强碱溶液反应生成硅酸盐放出氢气。跟反应
生成四氟化硅。夜来香精油
1.3商品属性
半导体行业：高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括人们计算机内的芯片和CPU），还可以做成太阳能光伏电池，将辐射能转变为电能，2012年中国已经超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。 耐高温材料：硅可用来制作金属陶瓷复合材料，这种材料继承了金属和陶瓷的各自优点，同时弥补两者不足，具有耐高温、富韧性、可切割等优点。第一架
航天飞机“哥伦比亚号”正是靠着硅瓦拼砌的外壳才抵挡住了飞机高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温。
通信材料行业：纯二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纤维，该纤维是光导纤维通信的重要材料，这种通信方式代替了笨重的电缆，通信容量高，不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高保密性。光导纤维通信使得人类的生活发生了革命性的巨变。
有机硅化合物：硅的有机化合物，将硅的优良的无机性能与有机材料性能相结合，使有机硅化合物别具一格，开辟了新的领域。其具备了表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，
并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，有机硅已经成为化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多有机硅品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。
有机硅材料按其形态的不同可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性剂）、硅树脂、复合物等。如有机塑料可以做成性能优良的防水布料，地铁四壁喷涂有机硅可以解决渗水问题，古文物、雕塑等外表涂层也是有机硅化合物。硅油可做成一种很好的润滑剂。硅橡胶可以作为绝缘材料，也可作为医用高分子材料，受我国纺织、电子、医疗、日化等终端行业分布、需求影响，硅橡胶在有机硅下游产品中占据了半壁江山。
硅合金：硅与其他金属可以制成合金，以此来提升其金属性能。硅制成的合金主要包括：硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。
硅铝合金中硅元素的存在能够改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。这类合金具有较好的耐腐蚀性能和中等的机加工性能，具有中等强度和硬度，使塑性较低，用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。
硅铜合金用于细化晶粒，提高导电性。
硅铁合金是硅和铁组成的铁合金。硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅
生成时放出大量的热，在脱氧的同时，铁常用于炼钢时作脱氧剂，同时由于SiO
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对提高钢水温度也是有利的。在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。除铁
硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。
1.4金融属性
硅作为准金属，属于不可再生的资源，它的应用领域广泛，具有很高的流通性，所以具备投资价值。硅的进出口贸易比较活跃，一般以美元计价，所以美元汇率对其价格影响较大。硅是泛亚有金属交易所的上市品种，硅的下游产品像合金类的硅锰、硅铁也分别在在期货市场和一些现货市场上市，所以国家货币政策也会对其产生影响。
1.5硅的应用
单晶硅
单晶硅在太阳能电池中的应用，高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿能源革命的开始。
有机硅
由于有机硅具有优异的性能，因此它的应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩大到：建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等等。
硅油及其衍生物的主要应用为：脱膜剂、减震油、介电油、液压油、热传递油、扩散泵油、消泡剂、润滑剂、疏水剂、油漆添加剂、抛光剂、化妆品和日常生活用品添加剂、表面活性剂、颗粒和纤维处理剂、硅脂、絮凝剂。
硅橡胶分为室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶。前者主要应用于：密封剂、粘合剂、保形涂料、垫片、泡沫橡胶、模压部件、封装材料、电气绝缘、玻璃装配、医疗植入物、外科手术辅助材料、制模材料；后者主要应用于：管材和软管、带材、电线电缆绝缘材料、外科手术辅助材料、阻燃橡胶件、
穿透密封材料、模压部件、压花辊筒、汽车点火电缆和火花塞罩、挤压部件、医疗植入物、层压制品、导电橡胶、纤维涂料、泡沫橡胶。
硅树脂的主要应用有：清漆、绝缘漆、模塑化合物、保护涂料、封装材料、接合涂料、压敏胶、层压树脂、脱膜剂、粘合剂、砖石防水剂。
硅烷偶联剂主要应用于油漆、塑料橡胶加工、粘合剂。
有机硅不仅可以作为一种基础材料、结构材料在一些大工业中大量应用，而且可以作为补助剂或辅助材料与其它材料共用或改善其他材料的的工艺性能。
二氧化硅
二氧化硅用于制造平板玻璃，玻璃制品，铸造砂，玻璃纤维，陶瓷彩釉，防锈用喷砂，过滤用砂，熔剂，耐火材料以及制造轻量气泡混凝土。二氧化硅的用途很广。自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子工业的重要部件、光学仪器和工艺品。二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。一般较纯净的石英，可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小，相当于普通玻璃的1/18，能经受温度的剧变，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，是科学研究的重要材料。
当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（α-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（β-石英）。石英块又名硅石，主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料，也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。
食品工业用作抗结剂、消泡剂、增稠剂、助滤剂、澄清剂。我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2011)规定：可用于蛋粉、糖粉、奶粉、可可粉、可可脂、植物性粉末、速溶咖啡、汤料粉等，最大使用量为15g/kg，粉末香精，最大使用量为80g/kg；固体饮料，最大使用量为0.2g/kg；粮食，1.2g/kg[4] 。
硅钢
硅钢主要用作各种电机、发电机、压缩机、马达和变压器的铁心，是电力、家电等行业不可或缺的原材料产品。
因制造技术比普钢产品严格，生产工艺复杂且含量较高，硅钢一度被称为“钢铁产品中的工艺品”，是一个国家钢铁产业发展水平的标志。尤其是比无取向硅钢更加“高级”的取向硅钢，更是被誉为现代钢铁业“皇冠上的明珠”。
1.6生产工艺
不同形态不同纯度的硅制取方式各有不同，具体方法如下：
无定型硅可以通过镁还原二氧化硅的方式制得。实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉，再用洗去未作用的二氧化硅，即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅，为棕黑粉末。
模具计数器晶体硅可以用碳在电炉中还原二氧化硅制得。工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石（SiO2含量大于99%）。使用的还原剂为石油焦和木炭等。使用直流电弧炉时，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），采用质量高的硅石（SiO2大于99%），可直接炼出制造硅钢片用的高质量硅。
电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅SiHCl3或SiCl4制得。
超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。
单晶硅的生产工艺
rs232和ttl单晶硅是非常重要的晶体硅材料，根据晶体生长方式的不同，可以分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼（float zone）的方法制备的，所以又称FZ硅单晶。直拉单晶硅是利用切氏法制备单晶硅，称为CZ单晶硅。这两种单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域：区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，只占单晶硅市场很小的一部分，在国际市场上约占10%左右，而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主题。与区熔单晶硅相比，直拉单晶硅的制造成本相对较低，机械强度较高，易制备大直径单晶，所以，太阳电池领域主要应用直拉单晶硅，而不是区熔单晶硅。
直拉法生长晶体的技术是由波兰的J.Czochralski在1971年发明的，所以又称切氏法。1950年Teal等将该技术用于生长半导体锗单晶，然后又利用这种方法生长直拉单晶硅，在此基础上，Dash提出了直拉单晶硅生长的“缩颈”技术，G.Ziegler提出快速引颈生长细颈的技术，构成了现代制备大直径无位错直拉单晶硅的基本方法。目前，单晶硅的直拉法生长已经是单晶硅制备的主要技术，也是太阳电池用单晶硅的主要制备方法。
直拉单晶硅的制备工艺一般包括多晶硅的装料和熔化，种晶，缩颈，放肩，等径和收尾等。
