[發(fā)明專利]使用自旋仰角跟蹤的太陽爐對材料進行真空提純的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710200259.0
• 申請日: 2007-03-08
• 公開（公告）號: CN101089207A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳應天;林晨星;林文漢
• 申請（專利權）人: 陳應天
• 主分類號: C22B9/04
• 分類號: C22B9/04;F27B17/00;F24J2/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種對材料進行真空提純的方法，特別是一種在真空下通過使用一種跟蹤太陽，高倍聚集太陽光并利用所聚的太陽光產生高溫的裝置來對材料進行熔煉以達到提純效果的方法。

背景技術

現(xiàn)有的材料真空提純技術，比如鉭等的提純技術，涉及在真空中對該材料進行加熱直到材料液化，液化的材料內部所含的雜質在真空中揮發(fā)，經過一段漫長的加熱時間，材料的純度達到所需的指標。前述的真空提純技術使用的加熱工具包括電子束爐，電磁爐和電阻爐等。電加熱的方法對大部分材料，特別是金屬或半導體材料具有一定的局限性，主要在于液化后的材料的電阻率極大的降低所造成的對繼續(xù)升溫的限制，以致加溫時間漫長耗電量大。電子束爐能對材料進行表面加溫但溫區(qū)的溫度梯度有限，因此無法有效的對材料熔體進行對流攪拌。同時，電子束爐可以把固體金屬材料熔化，當材料熔化以后熔體溫度則不再顯著提升，因此不利于對熔點低的金屬材料進行真空提純。電磁爐可以對液化的材料進行攪拌但耗電量大，加熱溫度有限，一般最多達到1700℃左右。電阻爐耗電量大，效率低，無法有效的對材料熔體進行對流攪拌，加熱溫度有限，一般最多達到1500℃左右。

用光子加熱除用激光加熱以外，可以用高倍聚集的太陽光，比如10,000倍聚焦的太陽爐。太陽爐加熱解決了上述電加熱法的耗電量大，溫度梯度有限和加熱溫度有限制的缺點。使用太陽光加熱不耗電能，可以達到3000℃或以上的高溫，在真空中可以使材料沸騰，達到優(yōu)良的自然攪拌效果；由于材料的加熱依靠的是光子的吸收，材料的加溫范圍不受材料的熔點所限。

近10年來，用傳統(tǒng)的太陽爐來作材料熱處理和提純的工作已在有關刊物上發(fā)表(見Y.S.Tsuo，et?al..(1996)，″High?flux?solar?furnace?processing?of?silicon?solar?cells″，Solar?Energy?Material?and?Solar?Cell，Vol.41/42，41-51；G.Flamant，V.Kurtcuoglu，J.Murray，A.Steinfeld(2006).″Purification?of?metallurgical?gradesilicon?by?a?solar?process.″Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells，Vol?90，2099-2106.)。然而，用傳統(tǒng)的太陽爐來作材料進行真空提純面臨以下2個技術難題：

1.現(xiàn)有的材料提純過程時間長，例如5-12小時；然而一天的可以用來做太陽能材料提純的時間只有5-8小時，而且在這段長時間內光強變化，材料溫度很難掌握，嚴重影響提純過程，無法制定一套可以產業(yè)化的工藝。

2.傳統(tǒng)太陽爐使用二級聚焦法，其第二次聚光鏡的口徑大，焦距長(例如法國Odeillo

1MW太陽爐的拋物鏡焦距18m)，因此光斑大，使加熱反應器的設計復雜化，真空容器必需擴大。如果真空容器是用透明石英所制，增大容器體積時必須增加容器壁厚，例如6mm或以上以便容器可以承受更大的真空壓力，這將大幅度增加反應器的制造成本，使產業(yè)化不現(xiàn)實。同時，增加壁厚造成石英壁吸收更多的光能會使石英壁因溫度太高而軟化，會加速損壞容器。

目前傳統(tǒng)設計的太陽爐需要龐大的資金和復雜的制造工藝，因而大大的限制了其應用的普及化和工業(yè)化的可行性。

本專利發(fā)明了一種使用自旋仰角跟蹤的太陽爐對材料進行真空提純的方法。這種自旋仰角跟蹤的太陽爐使用了準二級的聚焦結構，它的功率適中，聚光比高，溫度高，焦點光斑小，適合用于本專利申請?zhí)岢龅膶Σ牧线M行真空提純的目的。該太陽爐的發(fā)明已公開于中國發(fā)明專利申請?zhí)?006102007778，其所使用的自旋仰角跟蹤原理已發(fā)表于Solar?Energy(見Y.T.Chen?et?al.(2001)″Non-imaging，F(xiàn)ocusing?Heliostat″，Solar?Energy，Vol.71，No.3，155-164).

發(fā)明內容