[發(fā)明專利]一種電子束熔煉用坩堝的輻射攔截裝置

有效

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• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103086379A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚毅;姜大川;石爽;溫書濤;鄒瑞洵
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所 21208
• 代理人: 徐淑東

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電子束熔煉用的輻射攔截專用裝置。

背景技術(shù)

目前，世界范圍內(nèi)制備太陽能電池用多晶硅材料已形成規(guī)模化生產(chǎn)，主要制備方法是改良西門子法，但其綜合電耗高達(dá)170kW·h/kg，并且生產(chǎn)呈間斷性，無法在Si的生產(chǎn)上形成連續(xù)作業(yè)，并且此法在流程的核心環(huán)節(jié)上采取了落后的熱化學(xué)氣相沉積，工藝流程的環(huán)節(jié)過多，一次轉(zhuǎn)化率低，導(dǎo)致流程時(shí)間太長，增加了材耗、能耗成本。

為此，世界各國都在積極探索制備高純硅材料的全新工藝方法，其中冶金法制備多晶硅由于具有生產(chǎn)周期短、污染小、成本低、工藝相對簡單、規(guī)模大小可控等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最能有效地降低多晶硅生產(chǎn)成本的技術(shù)之一，目前已成為世界各國競相研發(fā)的熱點(diǎn)，電子束熔煉技術(shù)是冶金法制備太陽能級硅中重要的方法之一，它是利用高能量密度的電子束作為熔煉熱源的工藝方法，可以有效降低多晶硅中的磷、鋁、鈣等蒸發(fā)性雜質(zhì)，現(xiàn)有電子束熔煉過程中采用的坩堝多為水冷銅坩堝，這主要是由于其可重復(fù)利用，避免二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

由于熔煉過程中，硅材料與水冷銅坩堝直接接觸，其導(dǎo)熱性能比較好，致使水冷系統(tǒng)帶走的熱量較多，以前的坩堝設(shè)計(jì)者主要從減少水冷系統(tǒng)帶走的熱量入手來提高電子束能量的利用率，例如：增加坩堝襯底等方式。該方式雖能提高電子束能量利用率，但是不能無限制提高電子束能量利用率，如若想繼續(xù)提高坩堝的能量利用率，還需要從其它方面入手。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述不足問題，提供一種電子束熔煉用坩堝的輻射攔截裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，采用輻射攔截罩將反射的熱輻射和電子束能量攔截后反射回熔煉坩堝中繼續(xù)作用于熔體之中，提高了電子束能量的利用效率。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種電子束熔煉用坩堝的輻射攔截裝置，包括輻射攔截罩，滑動(dòng)懸掛桿和真空熔煉裝置，真空熔煉裝置中，爐壁內(nèi)部為熔煉室，爐壁上安裝有爐門，水冷托盤固定安裝于爐壁底部，水冷托盤上開有進(jìn)水口和出水口，熔煉坩堝固定安裝于水冷托盤之上，真空泵組固定安裝于爐壁之上，電子槍固定安裝于爐壁頂部，其特征是：輻射攔截罩位于熔煉坩堝上方，且通過滑動(dòng)懸掛桿活動(dòng)安裝于爐壁的頂部，輻射攔截罩與滑動(dòng)懸掛桿之間通過懸掛鉸接扣活動(dòng)連接。

所述輻射攔截罩為球面形狀，其凹面朝下，凹面聚焦點(diǎn)位于熔煉坩堝中心，其上還開有一個(gè)圓弧形缺口。

所述輻射攔截罩位于熔煉坩堝上方10-30cm，其正投影為圓形，半徑為15-40cm。

所述輻射攔截罩材質(zhì)為石英、304不銹鋼、石墨或銅。

所述滑動(dòng)懸掛桿為3-5根，每根滑動(dòng)懸掛桿安裝有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置。

所述圓弧形缺口的半徑為5-10cm。

本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，功能實(shí)用，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.?輻射攔截罩可對硅熔體的熱輻射進(jìn)行攔截，通過攔截硅液面的輻射，使輻射被反射重新作用于硅液面，有效的減少了由于熱輻射損失的能量，提高了電子束設(shè)備的能量利用率。

2.?輻射攔截罩不僅能夠攔截由于硅熔體產(chǎn)生的輻射，而且能夠攔截電子束反射的能量，前人的研究表明，電子束能量利用率只有75%左右，主要原因是由于電子束轟擊硅熔體液面時(shí)有25%的能量被反射，輻射攔截罩可以將該反射能量進(jìn)行攔截，用于硅熔體的熔煉。

綜上，本發(fā)明提供一種電子束熔煉用坩堝的輻射攔截裝置，具有制作方便的優(yōu)點(diǎn)，該輻射攔截裝置可將硅熔體的熱輻射、被硅熔體表面反射的電子束束流攔截回來，重新作用于硅熔體表面，大大提高了電子束能量利用率，提高幅度達(dá)20~50%。

附圖說明

圖1為一種電子束熔煉用坩堝的輻射攔截裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2為圖1中輻射攔截罩的俯視結(jié)構(gòu)圖

圖中：1.真空泵組，2.滑動(dòng)懸掛桿，3.電子槍，4.爐壁，5.電子束，6.輻射攔截罩，7.爐門，8.熔煉室，9.熔煉坩堝，10.熔融液體，11.進(jìn)水口，12.出水口，13.水冷托盤，14.懸掛鉸接扣，15.缺口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。

實(shí)施例1