3.

Verwendung

Das Element kommt in der Stahlindustrie in Silicium-Stahl-Legierungen zum Einsatz. Außerdem dient es in Form von Ferrosilicium bei der Stahlherstellung als Desoxidationsmittel. Ferrosilicium ist bereits eine Stahllegierung mit unterschiedlichem Siliciumgehalt. Gewöhnlicher Stahl enthält weniger als 0,03 Prozent Silicium. Dafür sind in Siliciumstahl 2,5 bis 4 Prozent des Elements enthalten. Siliciumstahl wird zur Herstellung der Kerne von elektrischen Transformatoren eingesetzt, da die Legierung nur eine geringe Hysterese aufweist (siehe Magnetismus). Eine Stahllegierung mit etwa 15 Prozent Silicium ist hart, spröde und korrosionsbeständig. Sie kann für technische Ausrüstungen eingesetzt werden, die mit korrodierenden Chemikalien in Berührung kommen. Silicium wird auch zusammen mit Kupfer, Messing und Bronze legiert.

Silicium ist ein Halbleiter, d. h., der Widerstand gegen den Elektrizitätsfluss liegt bei Raumtemperatur zwischen dem von Metallen und dem von Isolatoren. Die Leitfähigkeit von Silicium kann durch so genannte Dotiermittel beeinflusst werden. Im Prinzip sind Dotiermittel Verunreinigungen, die man in kleinen Mengen beifügt. Weil man die elektrischen Eigenschaften des Siliciums gezielt steuern kann, ist es als wesentlicher Bestandteil in Transistoren und integrierten Schaltkreisen (Elektronik) einfach nicht mehr wegzudenken.

Im so genannten Halbleitersilicium liegt das Metall in einer Reinheit von mindestens 99,999 Prozent vor. Um diese extrem hohe Reinheit zu erreichen wird dieses Reinstsilicium nach einem besonderen technischen Verfahren hergestellt. Ausgangsprodukt ist technisches Silicium. Dieses wird in einem so genannten Wirbelbettreaktor bei 300 °C mit Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan (SiHCl₃) umgesetzt. Im folgenden Schritt wird das Trichlorsilan durch eine Feinstdestillation gereinigt – der Siedepunkt von Trichlorsilan liegt bei 31,5 °C. Das so gewonnene hochreine Zwischenprodukt wird dann bei 1 000 °C zu reinem Silicium zersetzt. Dazu leitet man das Trichlorsilan in Gegenwart von Wasserstoff auf dünne, reine Siliciumstäbe, wobei sich das gewünschte Produkt in Form von polykristallinem Siliciummetall (Polysilicium) abscheidet.

Für die Erzeugung von Halbleiterbauteilen benötigt man einkristallines Silicium. Dieses wird heutzutage u. a. nach zwei besonderen Schmelzverfahren aus Polysilicium gewonnen. Beiden Prozessen liegt das so genannte Zonenschmelzen zu Grunde. Der Polysiliciumstab wird an einer Heizquelle (z. B. Spezialofen, Laserstrahl) vorbeigeführt, wobei nur ein schmaler Bereich (Zone) des Stabes zum Schmelzen gebracht und unmittelbar dahinter wieder abgekühlt wird. Bei diesem Verfahren wandert praktisch die entstehende Schmelzzone von einem Ende des Stabes zum anderen Ende. Man gewinnt dadurch einen zusätzlichen Reinigungseffekt, denn die noch möglichen Verunreinigungen im Polysilicium reichern sich stärker in der Schmelze an und werden so zum Stabende transportiert. Das geschmolzene und wieder erstarrte Silicium rekristallisiert dabei in Form eines Einkristallstabes (siehe Kristall). Das so gewonnene Silicium genügt den halbleitertechnischen Anforderungen und wird anschließend weiterverarbeitet.

Siliciumdioxid und Silicate verwendet man zur Herstellung von Glas, Glasuren, Emaillen, Zement und Porzellan sowie für weitere spezielle Anwendungen. Kieselglas stellt man durch Schmelzen von Quarz oder Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid her. Seine besonderen Kennzeichen sind der niedrige Ausdehnungskoeffizient und eine starke Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien. Kieselgel ist eine farblose, poröse, amorphe Substanz. Es lässt sich herstellen, indem man z. B. durch Trocknung einen Teil des Wassers aus dem Gel entfernt. Das Gel selbst gewinnt man durch Umsetzung einer Natriumsilicatlösung mit Salzsäure. Kieselgel vermag Wasser und andere Substanzen zu binden und kann somit als Trocken- und Entfärbungsmittel verwendet werden.

Natriumsilicat Na₂SiO₃ – ein wichtiges synthetisch hergestelltes Silicat – ist ein farbloser, wasserlöslicher, amorpher Feststoff, der bei 1 088 °C schmilzt. Wasserfreies Natriumsilicat wird durch Umsetzung von Siliciumdioxid (Sand) mit Natriumcarbonat bei hoher Temperatur hergestellt. Durch die Erwärmung von Sand mit konzentrierter Natronlauge erhält man unter Druck eine wässrige Lösung von Natriumsilicat, so genanntes Wasserglas. Die dazu analoge Kaliumverbindung wird bei der Herstellung von Schweißelektroden-Überzügen, für Mauerimprägnierungen und als Bindemittel für Putze und für Fernsehröhren-Leuchtstoffe verwendet. Die wasserfreien Alkalisilicate setzt man im großen Maßstab bei Wasch- und Reinigungsmitteln ein. Sie dienen außerdem für Klebezwecke und als Füllstoffe für Kautschuke sowie Kunststoffe. Eine weitere wichtige Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff ist Carborundum, das als Schleifmittel eingesetzt wird.

Siliciummonoxid SiO benutzt man als Beschichtung zum Schutz anderer Materialien, da auf deren äußerer Oberfläche das Dioxid SiO₂ gebildet wird. Solche Schichten dienen auch als Bestandteile in Interferenzfiltern.