專利名稱：從金屬硅制備超純硅的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金工業(yè)輕金屬冶煉中金屬硅精煉技術(shù)，涉及一種超純硅的制備方法和裝置，尤其是涉及一種以金屬硅為原料，通過一系列除去雜質(zhì)的工序作業(yè)來制備超純硅的生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
硅業(yè)界的人們非常注重硅的純度，同其他高純度物質(zhì)一樣，通常以9的個(gè)數(shù)值來表示硅的純度檔次，4個(gè)9(簡稱4N)純度的硅為高純硅，6個(gè)9(簡稱6N)純度的硅為超純硅，9個(gè)9(簡稱9N)以上純度的硅為超高純硅。
金屬硅的硅含量純度為98--99％，是以氧化硅為原料采用碳和熱還原法大量地生產(chǎn)的，這種方法制造的金屬硅純度低，不能直接應(yīng)用，但其生產(chǎn)量很大，可充裕地供應(yīng)給下游廠商作為原料進(jìn)行提純?nèi)ルs系列工序的加工作業(yè)，以制造出滿足特定專業(yè)用途的硅產(chǎn)品。
9N以上純度的硅，主要是用聞名于世的西門子法即金屬硅烷化學(xué)氣相法簡稱CVD法生產(chǎn)的。這種超高純硅制造成本高，主要用于半導(dǎo)體制造業(yè)，如果經(jīng)過調(diào)整作業(yè)，添加某些元素作為太陽能電池硅的用途，用這種方法制造會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)成本的偏高，以至用戶接受不了，不利于普及推廣應(yīng)用。
9N及以下純度的硅大都以金屬硅為原料，通過對(duì)原料的除去雜質(zhì)的方法來制造。一些除去雜質(zhì)的方法，其實(shí)是冶金工序的延續(xù)，且處于精煉階段的工序，其主要方法是先將金屬硅加熱熔融成熔體，再用高溫等離子流吹入熱量的同時(shí)加入反應(yīng)性氣體，使金屬硅中的雜質(zhì)成為氣相蒸發(fā)出去，最后應(yīng)用定向凝固技術(shù)進(jìn)一步除去雜質(zhì)，以往有應(yīng)用上述等系列工序的技術(shù)，把金屬硅除去雜質(zhì)純化至太陽能電池用硅的發(fā)明專利成果公開發(fā)布。
隨著硅產(chǎn)品制造的細(xì)分化，高純度硅的市場需求潛力巨大，例如用作加工半導(dǎo)體、加工太陽能電池、加工高頻電器、加工高純物質(zhì)精煉添加、生產(chǎn)有機(jī)硅等用途的原料或助劑。特別是硅太陽能電池，太陽能的利用已達(dá)到13--15％轉(zhuǎn)換效率，那么，太陽能電池用硅的生產(chǎn)成本能否大幅下降是關(guān)系到硅太陽能電池能否普及的關(guān)健，因?yàn)殡S著能源日益緊張枯竭趨勢的明朗化，很有必要積極地向自然界尋找多種的能源供給。另外，隨著多擋次高純度硅市場的不斷擴(kuò)大，那么硅精煉的技術(shù)研究趨勢是將制造工序更加細(xì)分化、更加精細(xì)化，更加價(jià)廉化，這也是技術(shù)研究的明朗方向。
例如，發(fā)明專利號(hào)96198989.0“多晶硅的制造方法和裝置”文介紹一種方法，該方法先將金屬硅裝入容器，用等離子電弧把容器內(nèi)的金屬硅加熱熔融至1450-1900℃，在減壓室內(nèi)以10-3-10-5托真空度下保持30-60分鐘，把硅雜質(zhì)中的磷和鋁氣化去除，將該熔體澆鑄入第一鑄模，控制熔體從下到上方向冷卻凝固，使雜質(zhì)元素濃集于鑄塊的上部，將濃集雜質(zhì)元素的鑄塊上部約30％部份切除。把剩余部份轉(zhuǎn)入一臺(tái)具有等離子電弧的熔化爐中，再熔融至1450℃以上，吹入水蒸汽H2O、二氧化碳CO2等氧化性氣體，把熔體中的硼和碳氧化除去，然后吹入氬或氬和氫氣的混合氣體以脫除熔體中的氧，精制后的熔體澆入涂有脫模劑的第二鑄模中，重復(fù)上述定向凝固技術(shù)獲得鑄塊，再將鑄塊濃集雜質(zhì)元素的上部的20％切除后，其余部份作為多晶硅制品。但從該技術(shù)的鑄塊化學(xué)成份分析數(shù)據(jù)看，其一些雜質(zhì)元素是通過制作太陽能電池硅基片后，再經(jīng)過對(duì)基片所含的雜質(zhì)元素進(jìn)行后繼處理才達(dá)到規(guī)定要求的。
上述方法存在以下不足1、使用熱的利用率差的等離子電弧進(jìn)行熔化固體金屬硅，因而不經(jīng)濟(jì)；2、等離子流和氧化性氣體從熔體上方吹入，造成硅飛濺蒸發(fā)造成損失和作業(yè)環(huán)境不良；3、利用氬氣等稀有惰性氣體量大，使制造成本偏高。
又如，發(fā)明專利號(hào)98105942.2“從金屬硅中除去硼的方法和裝置”文介紹一種方法，該方法把金屬硅裝入氧化硅制成的容器，用非轉(zhuǎn)移式等離子體、轉(zhuǎn)移式等離子體、高頻感應(yīng)和電阻等加熱裝置之間的組合，把金屬硅熔融至1550℃以上，在熔體上方用中空銅制的等離子體炬，以一定角度噴入等離子流，水蒸汽和氫氣或一氧化碳或鏈烷烴的混合氣體，其中水蒸汽占上述三類混合氣體總量的10-40％體積，氫氣占上述三類混合氣體總量的5-90％。還從底部多孔塞吹入水蒸汽和稀有惰性氣體組合的混合氣體。該技術(shù)為對(duì)熔融硅進(jìn)行強(qiáng)力攪拌作用，采用通過旋轉(zhuǎn)磁場或電磁攪拌或通過吹入氣體進(jìn)行攪拌等常規(guī)的熔液攪拌法。該技術(shù)認(rèn)為從熔液底部吹入混合氣體的操作比較容易，可以順利地進(jìn)行除硼作業(yè)。該技術(shù)以測定鑄塊比電阻值判斷硼的濃度達(dá)到太陽能電池用硅規(guī)定值作為該方法的作業(yè)終點(diǎn)，該在線分析作業(yè)快捷省時(shí)。
這一方法也存在以下不足1、用氬、氦稀有隋性氣體作等離子流體的量大，成本偏高；2、等離子流和還原性氣體從熔體上方吹入熔體液面，硅飛濺造成損失；3、熱能利用率低，能耗偏大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以金屬硅為原料，通過系列工序組合作業(yè)，大量、價(jià)廉地生產(chǎn)超純硅的制備方法和裝置。
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，用化學(xué)、冶金方法，以期獲得最大的經(jīng)濟(jì)效果而進(jìn)行了深入的研究，從而完成本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種超純硅的制備方法和裝置，由以下三個(gè)步驟利用金屬硅制備超純硅I步驟，把金屬硅破碎為細(xì)顆粒，硅中的雜質(zhì)因破碎而增加表面積，以利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；II步驟，在硅顆粒中通入氧氣或通入氯氣或加入鹽酸或通入氧氣與加入鹽酸或通入氯氣與加入鹽酸這五種方式中的一種，使雜質(zhì)生成氧化物或氯化物，因?yàn)檠趸镉斜裙枞埸c(diǎn)更低的低共熔點(diǎn)，氯化物有低于硅熔點(diǎn)的升華溫度；III步驟，對(duì)硅熔體實(shí)施結(jié)晶純化，采用中間凝固技術(shù)或定向凝固凝技術(shù)這二種方式中的一種，利用偏析和低共熔點(diǎn)等特性，把硅中的雜質(zhì)從硅中除去。
也就是說，在本發(fā)明中的上述三個(gè)步驟為一順序步驟，是一個(gè)整體，是一種技術(shù)方案。反過來說，在本發(fā)明中的每一種技術(shù)方案，都由上述三個(gè)步驟組成。還有，因?yàn)轫樞虿襟E中的I步驟是基礎(chǔ)步驟，II步驟可由它的5種方式中的任何一種方式來實(shí)現(xiàn)該步驟，III步驟可由它的2種方式中的任何一種方式來實(shí)現(xiàn)該步驟，這樣就可以組成多種技術(shù)方案。另外，上述三個(gè)步驟還可以順序地周而復(fù)始地循環(huán)，當(dāng)然，每一次循環(huán)都實(shí)現(xiàn)硅中的雜質(zhì)大幅度降低，實(shí)現(xiàn)硅的純度大幅度提高。
根據(jù)上述三個(gè)步驟技術(shù)原理，可以形成以下多種技術(shù)方案。
一種超純硅的制備方法，通過以下工序由金屬硅制備超純硅A.將金屬硅粉碎為細(xì)顆粒；B.將硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)加熱，通入氧氣使硅中的雜質(zhì)被氧化成氧化物；C.將硅顆粒裝入搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)，加入鹽酸并加熱，使硅中的雜質(zhì)反應(yīng)成為氯化物。濾出反應(yīng)液，通入氮?dú)獍压桀w粒水份吹干；D.將硅顆粒裝入高頻感應(yīng)電爐的坩堝內(nèi)加熱，在一定的溫度范圍內(nèi)通入氯氣，使硅中的雜質(zhì)進(jìn)一步生成氯化物，停止通氯后使硅熔融直至更高的溫度；E.將硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑的，有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與內(nèi)容硅間的周邊，冷卻脫模并清理后，獲得鑄塊制品。
F.將硅熔體或硅顆粒裝入臥式多段式管式爐內(nèi)，開啟懸掛于鋼軌下面嵌套在爐管徑向外周，可沿爐管軸向方向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈，在開始中的一端朝軸向的另一端方向移動(dòng)，即可把硅熔液中的雜質(zhì)趕向爐管端頭，把濃集雜質(zhì)的一短爐管及內(nèi)容硅取下后，裝回端軸。把高頻感應(yīng)線圈調(diào)到開始的一端，重復(fù)上述操作趨趕雜質(zhì)，又去掉濃集雜質(zhì)的爐管小段。
基于上述方法，本發(fā)明還提供另外的超純硅的制備方法，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序、C工序、D工序和E工序或F工序。
另外，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入C工序、D工序和E工序或F工序。
另外，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序、C工序和E工序或F工序。
另外，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序和E工序或F工序。
另外，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入C工序和E工序或F工序。
另外，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入D工序和E工序或F工序。
以上所述A工序中金屬硅粉碎為細(xì)顆粒的粒徑是5毫米左右。
上述，B工序的通氧溫度由常溫至650℃，并在650℃恒溫1小時(shí)；上述，C工序所用的鹽酸是濃鹽酸，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸加水沖稀，以適合硅中的各種雜質(zhì)與鹽酸反應(yīng)所需濃與稀的要求。
上述，D工序通氯的溫度由常溫至260℃，通氯時(shí)間為1小時(shí)；D工序硅的熔融溫度為1900℃及其以上。
上述，F(xiàn)工序硅的熔融溫度為1600℃及其以上。
上述，E工序方斗形鑄模內(nèi)的脫模劑為三氧化二鐵35-45％、氧化鈣25-35％和二氧化硅20-30％重量組成的120目左右細(xì)度的粉劑。
同時(shí)，本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)上述制備方法的的制備裝置，根據(jù)具體工序要求進(jìn)行配置，包含用于A工序破碎機(jī)；用于B工序、D工序加熱和熔融硅顆粒的高頻感應(yīng)爐；用于C工序的搪玻璃反應(yīng)釜；用于E工序的方斗形鑄模及保溫絕熱系統(tǒng)；用于F工序臥式多段式爐管及其在徑向外圍，朝軸向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈等用于加熱和行走的系統(tǒng)；用于容納加熱和熔融硅的坩堝和多段式管式爐爐管。
上述超純硅制備裝置的F工序臥式多段式爐管，其特征在于，多段式爐管為多截直管段組成，管段間用法蘭連接，整體爐管的兩個(gè)端頭各安裝有支承軸和熔體硅或硅顆粒的進(jìn)出口短彎管，此進(jìn)出口短彎管的軸線與爐管軸線平行。爐管的一端連接數(shù)截占爐管總長度5-20％長度的管段。
上述超純硅制備裝置的B工序、D工序加熱和熔融硅顆粒的高頻感應(yīng)爐，其特征在于，高頻感應(yīng)爐坩堝的底部裝有上述氣體的進(jìn)口管，在此坩堝上方倒扣同樣大小裝有排氣管道的坩堝，還有與此管連接的廢氣吸收塔及裝在塔后抽風(fēng)機(jī)。
上述超純硅制備裝置的F工序臥式多段式爐管及其在徑向外圍，朝軸向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈，其特征在于，高頻感應(yīng)線圈為嵌套在多段式爐管外徑周邊，并可沿著爐管軸向方向移動(dòng)；高頻感應(yīng)線圈懸掛于鋼軌下方，鋼軌軸向與多段式爐管的軸向?yàn)橥黄矫媲移叫校桓哳l感應(yīng)線圈用安裝在鋼軌上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
上述超純硅制備裝置的E工序的方斗形鑄模，其特征在于，鑄模為方斗形，在其六面周圍用氧化鋯空心球作絕熱保溫材料保溫。多段式爐管管外也用此保溫材料保溫。
上述的超純硅制備裝置。其特征在于，用于加熱和熔融硅的坩堝、方斗形鑄模和多段式管式爐爐管材質(zhì)皆為石墨，但在它們的內(nèi)壁都襯上二氧化硅襯里，并在多段式管式爐外壁涂上二氧化硅涂層。
為更好地描述，所以用下述表格的方式對(duì)實(shí)施本發(fā)明技術(shù)方案的積極效果進(jìn)行說明。

對(duì)附表的簡單說明表1、表2是金屬硅雜質(zhì)中的部份金屬氯化物的物化數(shù)據(jù)。
表3是金屬硅雜質(zhì)中的部份非金屬元素及其氧化物的物化數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式
在實(shí)施中把金屬硅的破碎至粒徑5毫米左右，是為了更有效地除去硅中的雜質(zhì)。以往在熔融的硅熔液中，用稀有惰性氣體的等離子流體和反應(yīng)性氣體在熔體液面上噴吹，并從熔體底部吹入稀有惰性氣體和氧化性或還原性的反應(yīng)性氣體，因?yàn)楣枞垠w粘度特高，表面張力特大，此熔體為連續(xù)相，氣體則為分散相，以致氣體以氣泡的形式與熔體接觸，有效面積實(shí)在太小，所以作用非常有限。經(jīng)破碎為細(xì)顆粒后，其表面積大為增加，這時(shí)氣體和液體都為連續(xù)相，硅顆粒固體為分散相，加上硅表面易為水、鹽酸、氧氣和氯氣所浸潤，這樣它們的作用面積為數(shù)量級(jí)數(shù)的增加。所以本發(fā)明入認(rèn)為，金屬硅以細(xì)顆粒方式先進(jìn)行除去雜質(zhì)的工序組合，來得方便些，容易些，合理些。
另外，對(duì)金屬硅顆粒中的雜質(zhì)，用氧氣進(jìn)行氧化，也是為了更有效地除去硅中的雜質(zhì)，因?yàn)榻饘俟柚械碾s質(zhì)絕大部份以金屬或以非金屬元素存在，在集合的硅顆粒通入氧氣反應(yīng)溫度高至650℃，足以把硅中的氮、氧(氧化二硅和四氧化硅中的氧)、碳、硫氧化成氣相蒸發(fā)出去(見附表3)，特別指出的是硅在此溫度和時(shí)間不會(huì)被氧化，相反還能夠把硅中的結(jié)合氧除去。還有集合的硅顆粒比硅熔液更利于氣體的揮發(fā)。把硼、磷氧化成為易溶于水的氧化物，同時(shí)除把另外的十余種雜質(zhì)全部氧化為氧化物，而大多數(shù)氧化物，特別是金屬氧化物它們之間具有低共熔點(diǎn)，這一共熔點(diǎn)大約為1100-1200℃間，低于金屬硅1414℃的熔點(diǎn)，這就為定向凝固技術(shù)的應(yīng)用大開了方便之門，開辟了很好的前提條件。還有很多金屬氧化物比其元素單質(zhì)更容易與鹽酸作用(見附表1和表2)。再有雜質(zhì)元素的氧化物比雜質(zhì)元素分子個(gè)體大，在硅熔液冷卻凝固的不容易夾雜在硅晶體中，也更利于硅的結(jié)晶純化。
另外，在本發(fā)明的裝置中，利用硅熔體冷卻凝固具有中間凝固的特性，應(yīng)用這特性的原由，來自發(fā)明人實(shí)踐的觀察所得；因硅熔體冷卻凝固除其體積增加10％左右，還因硅熔體冷卻凝固是中間凝固型，它們共同作用使金屬硅生產(chǎn)時(shí)的硅水包冷卻時(shí)，硅包的硅面產(chǎn)生型如龜背形狀。正是利用這一特性，本發(fā)明中對(duì)方斗型鑄模的六個(gè)面采用耐高溫的高級(jí)絕熱保溫材料，以控制硅熔液的冷卻凝固速率，使之小于硅內(nèi)雜質(zhì)移動(dòng)速率，這種速率包括氧化物和極個(gè)別元素偏析移動(dòng)速率。還特別指出的是，個(gè)別金屬如鈦、鉻其較難與鹽酸和氯氣反應(yīng)，但它的偏析系數(shù)都很小，較易在定向凝固技術(shù)的應(yīng)用中除去。
還有，本發(fā)明的裝置中，高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)裝入硅顆粒后，在坩堝底部緩慢地通入氯氣作業(yè)，是因?yàn)槁葰庠?00℃左右會(huì)與硅進(jìn)行反應(yīng)，所以通入氯氣是使之與硅中的雜質(zhì)反應(yīng)的溫度，嚴(yán)格控制在260℃及以下。并且此子系統(tǒng)內(nèi)始終在微壓力以下進(jìn)行，有嚴(yán)格防泄漏措施，即把剩余氯氣和廢氣由管道通往裝有小塊生石灰或消石灰的填料塔中吸收和過濾，以便完全實(shí)現(xiàn)污染物的零排放。
再有，本發(fā)明的裝置中，在臥式多段式管式爐中，定向凝固技術(shù)的應(yīng)用有非常便利的作用，其高頻感應(yīng)線圈嵌在爐管管徑外，可沿著爐管的軸向方向移動(dòng)，在加電和移動(dòng)此高頻感應(yīng)線圈時(shí)，在高溫下爐管內(nèi)熔融硅中的雜質(zhì)因?yàn)楸旧砭哂械钠鲎饔煤偷凸踩埸c(diǎn)的特點(diǎn)，而朝著線圈移動(dòng)的方向作定向移動(dòng)，從而把硅中的雜質(zhì)濃集于多短管爐管的端頭，關(guān)閉電源后取下濃集雜質(zhì)的硅及短爐管，裝回爐管的端軸，移動(dòng)高頻感應(yīng)線圈至開始的一端，加電重復(fù)上述操作。在每一個(gè)回合取下一截短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，這樣爐管內(nèi)的硅熔體得到一次的純化，如此多次純化，最終得到足夠純度的硅。這里需要指出，多段管中的短管長度是不一樣的，第一回合時(shí)，雜質(zhì)濃度高其量大，短管長度在爐管總長約20％的長度，第二回合時(shí)，雜質(zhì)濃度下降，相應(yīng)短爐管長度約占總長的10％，第三回合短爐管長度約占總長的5％，直至多次回合取下短管一次。還需指出，多段式管式爐始終要保持在負(fù)壓下作業(yè)，以盡可能地避免在高溫下硅與氧氧化反應(yīng)，所以在多段式管式爐爐管裝入硅顆粒后的進(jìn)出口管擇一與廢氣吸收塔連接，利用吸收塔后的抽風(fēng)機(jī)的引力來實(shí)現(xiàn)。這樣可避免硅被氧化，還可把爐管內(nèi)蒸發(fā)出來的廢氣抽走，并送入廢氣吸收塔凈化排放。還有如果爐管總長度達(dá)到幾米，則可設(shè)置兩個(gè)高頻感應(yīng)線圈，一前一后間隔開距離，這一距離是以硅冷卻1350℃左右時(shí)，再用第二道線圈加熱以利節(jié)能。
最佳實(shí)施方式首先將金屬硅用破碎機(jī)破碎至5毫米左右的細(xì)顆粒，把全部硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)加熱，通入氧氣由室溫升至650℃，且在650℃恒溫1小時(shí)，把顆粒硅中的雜質(zhì)氧化成為氧化物。把經(jīng)過上述氧化的硅顆粒裝入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120-150℃1小時(shí)后，逐漸加入清水至鹽酸體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾放出反應(yīng)后的液體，用氮?dú)獍压桀w粒水份吹干。把經(jīng)過酸處理并干燥的硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，扣上接有排氣管的反扣坩堝，連接好與廢氣吸收塔相連接的管道，由室溫至260℃緩慢地加入氯氣，反應(yīng)1小時(shí)，斷開通氯后把硅顆粒熔融至1900℃以上。把硅熔液澆入預(yù)先放置為脫模劑的方斗形鑄模，利用硅熔液冷卻時(shí)中間凝固的特性，特別緩慢地冷卻凝固成鑄塊；或把上硅熔液澆入臥式的多段式管式爐內(nèi)，其充填量為80％左右，啟用高頻感應(yīng)線圈加熱至1600℃，并以平均5毫米/分鐘左右的移動(dòng)速度緩慢地從一端向多小管段的另一端移動(dòng)，到端頭后，把濃集雜質(zhì)的硅連同此短爐管段取下，裝回爐管端軸，再移到開始的一端重復(fù)上述作業(yè)。根據(jù)需要，可多次重復(fù)上述作業(yè)，直至符合要求止。然后把如此精煉的硅熔液澆入預(yù)先放置為脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，進(jìn)行特別緩慢地冷卻凝固，冷卻后成為鑄塊制品。
上面已描述了的一種超純硅的制備方法，還可從上述制備超純硅方案中擇優(yōu)選出另一種僅僅用冶金精煉技術(shù)來制備的方法，把金屬硅破碎至5毫米左右，把經(jīng)破碎的全部硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，從坩堝底部通入氧氣，加熱溫度從室溫升到650℃，并在650℃恒溫1小時(shí)；然后再把經(jīng)氧化的硅顆粒裝入臥式多段式管式爐內(nèi)，裝填量為爐管總?cè)萘康?0％，開啟高頻感應(yīng)線圈加熱至硅熔融并升至1600℃后，從爐管的一端向連接有多截短爐管的另一端，以平均5毫米/分鐘左右的速度移動(dòng)高頻感應(yīng)線圈，把硅熔液中的雜質(zhì)趨趕到端頭，把濃集雜質(zhì)的硅連同短爐管段取下，裝回管端軸，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，重復(fù)多次上述操作至符合規(guī)定指標(biāo)后，澆入預(yù)先放置為脫模劑的方斗形鑄模，經(jīng)過特別緩慢冷卻凝固，脫模成為超純硅鑄塊制品。
實(shí)施例1把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的石墨坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃溫度下恒溫1小時(shí)。冷卻后裝入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣繼續(xù)升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑的經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃，澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，冷卻脫模獲得鑄塊。如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊6.9千克，純度為9N。
實(shí)施例2把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的石墨坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃溫度下恒溫1小時(shí)。冷卻后裝入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣繼續(xù)升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃以上。把硅熔體澆入管徑為100毫米，長度為1.5米，石墨管內(nèi)襯有二氧化硅的多段式管式爐的爐管內(nèi)，其填充量為80％，啟動(dòng)100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直到把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品6.9千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)9N。
實(shí)施例3把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣繼續(xù)升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑的，經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃，澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，冷卻脫模獲得鑄塊。如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊7.1千克，純度為8N。
實(shí)施例4把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣繼續(xù)升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入管徑為100毫米，長度為1.5米，石墨管內(nèi)襯有二氧化硅的多段式管式爐的爐管內(nèi)，其填充量為80％，啟動(dòng)100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始一端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直到把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品7.1千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)8N。
實(shí)施例5把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的石墨坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃溫度下恒溫1小時(shí)。冷卻后裝入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，開啟電源把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑的，經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃，澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，冷卻脫模獲得鑄塊。如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊7.1千克，純度為8N。
實(shí)施例6把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的石墨坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃溫度下恒溫1小時(shí)。冷卻后裝入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入管徑為100毫米，長度為1.5米，石墨管內(nèi)襯有二氧化硅的多段式管式爐的爐管內(nèi)，其填充量為80％，啟動(dòng)100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直到把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品7.1千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)8N。
實(shí)施例7把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃恒溫1小時(shí)，冷卻后裝入把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，開啟電源把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置為脫模劑的經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃，澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，冷卻脫模獲得鑄塊。如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊7.2千克，純度為8N。
實(shí)施例8把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的坩堝內(nèi)加熱，在室溫至650℃溫度范圍，通入氧氣，并在650℃恒溫1小時(shí)，冷卻后裝入把硅顆粒裝入管徑為100毫米，長度為1.5米，石墨管內(nèi)襯有二氧化硅的多段式管式爐的爐管內(nèi)，其填充量為80％，啟動(dòng)100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直到把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品7.1千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)8N。
實(shí)施例9把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入上述高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑、經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑，經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊7.2千克，硅純度為6N。
實(shí)施例10把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入入搪玻璃反應(yīng)釜，加入濃鹽酸，由室溫加熱至120℃后，再恒溫1小時(shí)，逐漸加入清水至鹽酸量體積的量，再反應(yīng)1小時(shí)，濾去反應(yīng)液，并從釜底吹入氮?dú)獍压桀w粒的水份吹干。把硅顆粒裝入管徑為100毫米，長度為1.5米，石墨管內(nèi)襯有二氧化硅的多段式管式爐的爐管內(nèi)，其填充量為80％，啟動(dòng)100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直到把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品7.2千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)6N。
實(shí)施例11把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的坩堝內(nèi)加熱，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣繼續(xù)升溫把硅顆熔融直到達(dá)1900℃。把硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑，經(jīng)過良好預(yù)熱的有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模石墨坩堝內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與較純硅間的周邊以方便脫模，脫模清理后獲得制品鑄塊。把此鑄塊進(jìn)行破碎至金屬硅制品顆粒大小，把此硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐坩堝內(nèi)，開啟電源把硅熔融至1900℃，澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，冷卻脫模獲得鑄塊，如此再重復(fù)一次，脫模后得鑄塊7.2千克，純度為6N。
實(shí)施例12把經(jīng)過破碎至5毫米大小的硅顆粒10千克裝入100KVA的高頻感應(yīng)爐有二氧化硅襯里的坩堝內(nèi)加熱，在室溫至260℃溫度下，緩慢地通入氯氣，整個(gè)通氯時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)，關(guān)閉氯氣冷卻后裝入管徑為100毫米，長度為1.5米，管材為石墨的多段式管式爐內(nèi)壁襯有二氧化硅的爐管內(nèi)，開啟100KVA的高頻感應(yīng)線圈加熱并由爐管的一個(gè)端向多段短爐管的另一端以5毫米/分鐘的速度緩慢地移動(dòng)，到端頭后斷開電源，把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長20％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回管端軸。在開始的一端重又開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，又把高頻感應(yīng)線圈移到開始的一端，取下端頭占爐管總長10％長度的短管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅，裝回端軸。在開始的一端再次開啟高頻感應(yīng)線圈沿爐管軸向一端的方向，以5毫米/分鐘的速度移動(dòng)，到端頭后斷開電源，取下端頭占爐管總長5％長度的短爐管及在其內(nèi)的濃集雜質(zhì)的硅。裝回帶有出口接管的端軸，把爐管的開始端升高，使之形成35度的下傾角度，開啟高頻感應(yīng)線圈向開始的一端方向加熱和緩慢移動(dòng)，直至把爐管內(nèi)的硅熔體全部澆入預(yù)先放置有脫模劑的方斗形鑄模內(nèi)，在方斗形鑄模內(nèi)特別緩慢地冷卻凝固，脫模后成為超純硅制品7.1千克。經(jīng)對(duì)鑄塊的分析，其硅的純度達(dá)6N。
表1部份金屬氯化物的物化數(shù)據(jù)

表2部份金屬氯化物的物化數(shù)據(jù)

表3部份非金屬元素及其氧化物的物化數(shù)據(jù)

權(quán)利要求
1.一種超純硅的制備方法，其特征在于，通過以下工序由金屬硅制備超純硅A.將金屬硅粉碎為細(xì)顆粒；B.將硅顆粒裝入高頻感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)加熱，通入氧氣使硅中的雜質(zhì)被氧化成氧化物；C.將硅顆粒裝入搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)，加入鹽酸并加熱，使硅中的雜質(zhì)反應(yīng)成為氯化物，濾出反應(yīng)液，通入氮?dú)獍压桀w粒水份吹干；D.將硅顆粒裝入高頻感應(yīng)電爐的坩堝內(nèi)加熱，在一定的溫度范圍內(nèi)通入氯氣，使硅中的雜質(zhì)進(jìn)一步生成氯化物，停止通氯后使硅熔融直至更高的溫度；E.將硅熔體澆入預(yù)先放置有脫模劑的，有高級(jí)絕熱效能的方斗形鑄模內(nèi)，緩慢地冷卻以實(shí)現(xiàn)中間凝固，達(dá)到把雜質(zhì)排除在坩堝內(nèi)壁與內(nèi)容硅間的周邊，冷卻脫模并清理后，獲得鑄塊制品。F.將硅熔體或硅顆粒裝入臥式多段式管式爐內(nèi)，開啟懸掛于鋼軌下面嵌套在爐管徑向外周，可沿爐管軸向方向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈，在開始中的一端朝軸向的另一端方向移動(dòng)，即可把硅熔液中的雜質(zhì)趕向爐管端頭，把濃集雜質(zhì)的一短爐管及內(nèi)容硅取下后，裝回端軸，把高頻感應(yīng)線圈調(diào)到開始的一端，重復(fù)上述操作趨趕雜質(zhì)，又去掉濃集雜質(zhì)的爐管小段。
2.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序、C工序、D工序和E工序或F工序。
3.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入C工序、D工序和E工序或F工序。
4.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序、C工序和E工序或F工序。
5.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入B工序和E工序或F工序。
6.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入C工序和E工序或F工序。
7.如權(quán)利要求1所述的超純硅的制備方法，其特征在于，進(jìn)行A工序后再進(jìn)入D工序和E工序或F工序。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述的超純硅的制備方法，其特征在于，所述金屬硅粉碎為細(xì)顆粒的直徑是5毫米左右。
9.如權(quán)利要求1、2、4、5所述的超純硅的制備方法，其特征在于，B工序的通氧溫度由常溫至650℃，并在650℃恒溫1小時(shí)。
10.如權(quán)利要求1、2、4、6所述的超純硅的制備方法，其特征在于，C工序所用的鹽酸是濃鹽酸，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸加水沖稀，以適合硅中的各種雜質(zhì)與鹽酸反應(yīng)所需濃與稀的要求。
11.如權(quán)利要求1、2、3所述的超純硅的制備方法，其特征在于，D工序通氯的溫度由常溫至260℃，通氯時(shí)間為1小時(shí)；D工序硅的熔融溫度為1900℃及其以上。
12.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述的超純硅的制備方法，其特征在于，F(xiàn)工序硅的熔融溫度為1600℃及其以上。
13.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述的超純硅的制備方法，其特征在于，用于E工序方斗形鑄模內(nèi)的脫模劑為三氧化二鐵35-45％、氧化鈣25-35％和二氧化硅20-30％重量組成的120目左右細(xì)度的粉劑。
14.一種超純硅的制備裝置，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述的具體工序要求進(jìn)行配置，包含用于A工序破碎機(jī)；用于B工序、D工序加熱和熔融硅顆粒的高頻感應(yīng)爐；用于C工序的搪玻璃反應(yīng)釜；用于E工序的方斗形鑄模及保溫絕熱系統(tǒng)；用于F工序臥式多段式爐管及其在徑向外圍，朝軸向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈等用于加熱和行走的系統(tǒng)；用于容納加熱和熔融硅的坩堝和多段式管式爐爐管。
15.如權(quán)利要求14所述的超純硅制備裝置的F工序臥式多段式爐管，其特征在于，多段式管為多截直管段組成，管段間用法蘭連接，整體爐管的兩個(gè)端頭各安裝有支承軸和熔體硅或硅顆粒的進(jìn)出口短彎管，此進(jìn)出口短彎管的軸線與爐管軸線平行。爐管的一端連接數(shù)截占爐管總長度5-20％長度的管段。
16.如權(quán)利要求14所述的超純硅制備裝置的B工序、D工序加熱和熔融硅顆粒的高頻感應(yīng)爐，其特征在于，高頻感應(yīng)爐坩堝的底部裝有上述氣體的進(jìn)口管，在此坩堝上方倒扣同樣大小裝有排氣管道的坩堝，還有與此管連接的廢氣吸收塔及裝在塔后抽風(fēng)機(jī)。
17.如權(quán)利要求14所述的超純硅制備裝置的F工序臥式多段式爐管及其在徑向外圍，朝軸向移動(dòng)的高頻感應(yīng)線圈，其特征在于，高頻感應(yīng)線圈為嵌套在多段式爐管外徑周邊，并可沿著爐管軸向方向移動(dòng)；高頻感應(yīng)線圈懸掛于鋼軌下方，鋼軌軸向與多段式爐管的軸向?yàn)橥黄矫媲移叫?；高頻感應(yīng)線圈用安裝在鋼軌上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
18.如權(quán)利要求14所述的超純硅制備裝置的E工序的方斗形鑄模，其特征在于，鑄模為方斗形，在其六面周圍用氧化鋯空心球作絕熱保溫材料保溫。多段式爐管管外也用此保溫材料保溫。
19.如權(quán)利要求14所述的超純硅制備裝置。其特征在于，用于加熱和熔融硅的坩堝、方斗形鑄模和多段式管式爐管材質(zhì)皆為石墨，但在它們的內(nèi)壁都襯上二氧化硅襯里，并在多段式管式爐外壁涂上二氧化硅涂層。
全文摘要
一種由金屬硅制備超純硅的方法和裝置，通過對(duì)原料破碎、雜質(zhì)化合、結(jié)晶純化三個(gè)順序步驟原理，采用以下多種工序組合作業(yè)把金屬硅破碎為細(xì)顆粒以增大表面積；在硅顆粒中分別通入氧氣、加入鹽酸、通入氯氣的辦法，對(duì)硅中的雜質(zhì)進(jìn)行化合反應(yīng)，以使硅中的雜質(zhì)生成氧化物或氯化物；利用高溫把低升華溫度的氯化物蒸發(fā)去除，再利用個(gè)別元素偏析系數(shù)小和氧化物的低共熔點(diǎn)特性，用中間凝固技術(shù)或定向凝固技術(shù)進(jìn)一步把硅中的雜質(zhì)去除。通過上述工藝和裝置來去除硅中雜質(zhì)，把金屬硅純化為超純硅制品。
文檔編號(hào)C01B33/037GK1648041SQ200410003090
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者吳爾盛 申請(qǐng)人:吳爾盛