Krzem a metoda Czochralskiego

Polski metaloznawca Jan Czochralski opracował metodę wyciągania kryształu z cieczy, służącą po dziś dzień przy wytwarzaniu monokryształów krzemu. Polega ona na zetknięciu pręta z powierzchnią ciekłego metalu. Poprzez różnicę temperatur cieczy i pręta (przechłodzenie), na czołowej jego powierzchni tworzy się zarodek krystalizacji wzrastający przy podnoszeniu pręta z szybkością krystalizacji. Pręt wykonuje ruch obrotowy dla wyeliminowania różnic gradientu temperatury na obwodzie. Po utworzeniu kryształu długości kilku średnic obniża się temperaturę ciekłego metalu, dzięki czemu powiększa się średnica kryształu. „Wyciąganie” jest podstawową metodą otrzymywania monokryształów krzemu na potrzeby elektroniki.

Krzem w metalurgii

Krzem należy do najczęściej stosowanych pierwiastków stopowych (czyli pierwiastków wprowadzanych celowo do stali w ilości przekraczającej minimalne stężenie, przy którym nie stwierdza się wyraźnego wpływu pierwiastka na strukturę i właściwości stali). Krzem w stalach stopowych wpływa korzystnie na następujące właściwości mechaniczne: podwyższa twardość, wytrzymałość, granice plastyczności, żarowytrzymałość oraz znacznie poprawia sprężystość. Natomiast dodatek krzemu zmniejsza: udarność, odporność na zużycie, skrawalność oraz podatność na obróbkę plastyczną.

Krzem występuje również w odlewniczych stopach aluminium – siluminach, zawierających od 4 do Dodatek krzemu powoduje dobre właściwości odlewnicze stopów, zapewniając dobrą rzadkopłynność i lejność oraz mały skurcz. Siluminy, ze względu na swoją żaroodporność, stosowane są w produkcji wysoko obciążonych tłoków i głowic silników spalinowych, elementów dla przemysłu okrętowego i elektrycznego.

Innym przykładem zastosowania krzemu w przemyśle są brązy krzemowe. Stopy Cu z charakteryzują się korzystnymi parametrami mechanicznymi w temperaturze pokojowej, dobrymi właściwościami ślizgowymi i wysoką odpornością na korozję. Dzięki temu znalazły zastosowanie w produkcji siatek, sprężyn i łożysk oraz kół ciernych i zębatych.

Krzem – surowiec ceramiki

Krzem jest jednym z głównych surowców przy produkcji ceramiki, zarówno klasycznej, jak i inżynierskiej. Materiały ceramiczne oparte o węglik krzemu i azotek krzemu wykazują wysoką wytrzymałość i ciągliwość w temperaturze powyżej 1570 K oraz dobrą odporność na zużycie i mały współczynnik tarcia. Dzięki tym właściwościom znalazły zastosowanie, między innymi, jako smary stałe, ścierniwa, przegrody cieplne, komory spalania oraz turbiny i silniki rakietowe.

Przykładem spiekanych materiałów skrawających są sialony. Nazwa tego materiału pochodzi od pierwszych liter pierwiastków wchodzących w jego skład (Silicon-Aluminium-Oxygen-Nitride). Narzędzia wykonane z sialonu z powodzeniem zastępują te wykonane z  Sialony znalazły także zastosowanie w produkcji narzędzi do cięcia rur i drutów, narzędzi do ciągłego odlewania metali oraz narzędzi górniczych do skał i węgla kamiennego.

Z włókien szklanych, najczęściej ze szkła krzemianowego, wykonywane są, między innymi, włókna światłowodowe, które znajdują zastosowanie do transmisji sygnałów na duże odległości oraz jako elementy oświetlenia.