[發(fā)明專利]高效節(jié)能熔煉機(jī)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104418325A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚毅;溫書濤;袁濤;陳磊
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021
• 代理公司: 大連非凡專利事務(wù)所 21220
• 代理人: 高學(xué)剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熔煉機(jī)構(gòu)，特別是一種能夠降低熔煉用電子槍功率，熔煉時間短、效率高的高效節(jié)能熔煉機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

高純多晶硅是制備太陽能電池的主要原料。制備高純多晶硅主要使用西門子法，具體為硅烷分解法和氯硅烷氣相氫還原法。西門子法的有用沉積比為1×10³，是SiH4的100倍。西門子法沉積速度可達(dá)8～10μm/min。一次通過的轉(zhuǎn)換效率為5%～20%，沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl₄(1200℃)，耗電量為120kWh/kg左右，電耗也較高。國內(nèi)西門子法的電耗經(jīng)過多年的努力已由500?kWh/?kg?降至200kWh/kg，硅棒直徑達(dá)到100mm左右。西門子法的不足之處在于其在流程的核心側(cè)節(jié)上采取了落后的熱化學(xué)氣相沉積，過程存在污染，一次轉(zhuǎn)化率低，導(dǎo)致流程時間太長，增加了材耗、能耗成本。

鑒于以上不足，在眾多制備的新工藝中冶金法是根據(jù)金屬性雜質(zhì)元素在硅中的分凝系數(shù)不同進(jìn)行定向凝固的熔煉方式，具有能耗低、污染小的特點(diǎn)。目前工業(yè)熔煉多晶硅多是采用水冷銅坩堝進(jìn)行冷卻，但由于銅的熔點(diǎn)較硅料低，為了保證熔煉過程中銅坩堝的安全性，需在坩堝內(nèi)部通水冷，這樣就造成了坩堝內(nèi)部加熱的同時，外部不斷地進(jìn)行散熱，這樣一方面會造成大量的熱量和能源的浪費(fèi)，同時也需要提高加熱功率來維持坩堝內(nèi)熔池區(qū)域較高的熔煉溫度，并且熔煉過程所需的時間較長、效率較低。因此現(xiàn)在需要一種能夠解決上述問題的冶金法使用的熔煉機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙，布局合理，能夠降低電子槍加熱功率，提高熔煉效率的高效節(jié)能熔煉結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種高效節(jié)能熔煉機(jī)構(gòu)，包括殼體1，其特征在于：所述的殼體1內(nèi)縱向地固定設(shè)置有兩個絲杠2，每個絲杠2上均設(shè)置有鏈輪3，且兩個鏈輪3的水平高度相同，在鏈輪3上纏繞有鏈條，與其中一個絲杠2通過傘齒輪組4連接有驅(qū)動電機(jī)5，在絲杠2上螺紋連接有滑塊6，兩個滑塊6之間連接有吊桿7，吊桿7下端固定設(shè)置有石墨襯底8，在殼體1的下部設(shè)置有水冷坩堝9，水冷坩堝9的形狀與石墨襯底8相配，水冷坩堝9的兩端分別設(shè)置有進(jìn)水管10和出水管11，在殼體1的上部設(shè)置有電子槍12。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

傳統(tǒng)的熔煉機(jī)構(gòu)需要一邊加熱一邊冷卻，造成熱量大量散失，而為了保證熔煉過程的順利進(jìn)行，只能增大電子槍的功率以保證熔煉溫度，這樣不僅造成大量的能量浪費(fèi)，同時熔煉的效率也較為低下。為了解決上述問題，本種結(jié)構(gòu)形式的熔煉機(jī)構(gòu)利用石墨作為熔煉基質(zhì)，由于石墨比銅的熔點(diǎn)高，因此可以在不經(jīng)過冷卻的條件下對多晶硅材料進(jìn)行熔煉，即在加熱過程中并沒有額外的熱量散失，能夠節(jié)省大量的能源，降低電子槍的使用功率；并且在熔煉完成后，本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)還能夠讓石墨襯底降至水冷坩堝內(nèi)進(jìn)行水冷，提高冷卻速度，加快生產(chǎn)節(jié)拍，提高了工作效率。并且它的制作工藝簡單，制造成本低廉，因此可以說它具備了多種優(yōu)點(diǎn)，特別適合于在本領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，其市場前景十分廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。如圖1所示：一種高效節(jié)能熔煉機(jī)構(gòu)，包括一個作為基礎(chǔ)的殼體1，在殼體1內(nèi)縱向地對稱設(shè)置有兩個絲杠2，在每個絲杠2上均設(shè)置有可與絲杠2一并轉(zhuǎn)動的鏈輪3，并且這兩個鏈輪3的水平高度相同，在鏈輪3上纏繞有鏈條，殼體1內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)5，這個驅(qū)動電機(jī)5的工作端通過傘齒輪組4與絲杠2連接，在絲杠2上螺紋連接有滑塊6，這兩個滑塊6的水平高度也相同，在兩個滑塊6之間則連接有吊桿7，吊桿7的下端固定設(shè)置有石墨襯底8，在殼體1的下部設(shè)置有水冷坩堝9，水冷坩堝9的形狀石墨襯底8相配，在水冷坩堝9的兩端分別設(shè)置有進(jìn)水管10和出水管11，在殼體1的上部則設(shè)置有對石墨襯底8進(jìn)行加熱的電子槍12。

本發(fā)明實(shí)施例的高效節(jié)能熔煉機(jī)構(gòu)的工作過程如下：在初始狀態(tài)下，石墨襯底8位于靠上的極限位置，首先在石墨襯底8內(nèi)放置需要熔煉的多晶硅材料，然后開啟電子槍12對多晶硅材料進(jìn)行加熱，設(shè)定電子槍12的功率為15kw，對物料進(jìn)行轟擊15min，讓多晶硅材料完全熔化，并維持全熔狀態(tài)30分鐘，然后對多晶硅材料進(jìn)行冷卻，冷卻時首先關(guān)閉電子槍12，并控制驅(qū)動電機(jī)5動作，驅(qū)動電機(jī)5帶動傘齒輪組4驅(qū)動絲杠2轉(zhuǎn)動，由于兩個絲杠2之間通過鏈輪鏈條傳動副連接，因此兩個絲杠2同時轉(zhuǎn)動，而在絲杠2轉(zhuǎn)動的同時，滑塊6在絲杠2上做縱向的運(yùn)動，并帶動石墨襯底8下降，石墨襯底8降到水冷坩堝9內(nèi)，與水冷坩堝9貼合，開始降溫冷卻。冷卻完成后，取出多晶硅材料，電機(jī)5反轉(zhuǎn)，帶動石墨襯底8上升至初始位置，等待下一次熔煉工序。