[發明專利]一種激光輔助提純金剛線切割硅粉廢料的設備和方法

在審

• 申請號: 201811303655.0
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109487337A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 譚毅;盧通
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;C01B33/037
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 唐楠;李洪福

1.一種激光輔助提純金剛線切割硅粉廢料的設備，其特征在于，包括粉體料倉；

位于所述粉體料倉下端的粉體料倉出料口與惰性氣體保護罩的惰性氣體保護罩進料口連通，所述惰性氣體保護罩的一端通過惰性氣體保護罩進料口與所述粉體料倉連通，另一端與位于一號儲藏室上端的一號儲藏室進料口連通，所述惰性氣體保護罩罩在傳送帶上，所述傳送帶的一端位于所述惰性氣體保護罩進料口的下方，另一端位于所述一號儲藏室進料口的上方，所述一號儲藏室出料口設有可旋轉振動篩，其下方設有二號粉體分離室進料口，所述可旋轉振動篩上設有與所述粉體料倉連通的吸粉裝置，所述一號儲藏室進料口和所述可旋轉振動篩之間設有第一閥門，所述二號粉體分離室出料口通過第二閥門與三號硅塊輸送室的三號硅塊輸送室進料口連通，

所述三號硅塊輸送室的三號硅塊輸送室出料口通過第三閥門進入感應熔煉室且位于所述感應熔煉室內的石墨坩堝上方，所述感應熔煉室內設有絕熱底盤，所述絕熱底盤上表面設有所述石墨坩堝，所述絕熱底盤下表面設有與所述感應熔煉室內底連接且豎直設置的結晶器銅管，所述感應熔煉室下端設有與所述結晶器銅管下端連通的旋轉拉錠裝置，所述石墨坩堝下端設有穿過所述絕熱底盤且與所述結晶器銅管上端連通的通孔，所述石墨坩堝的側壁套接有感應線圈，所述結晶器銅管的側壁套接有冷卻水箱；

所述激光輔助提純金剛線切割硅粉廢料的設備還包括連續光纖激光器、惰性氣體輸送管路和旋轉加料裝置，所述惰性氣體保護罩的中段設有所述連續光纖激光器發射的激光穿過的惰性氣體保護罩通孔，所述性氣體保護罩通孔上方設有吸塵裝置；

所述惰性氣體輸送管路分別與所述惰性氣體保護罩和所述一號儲藏室連通；

所述三號硅塊輸送室和所述感應熔煉室上分別設有真空系統；

所述旋轉加料裝置的一端位于所述粉體料倉出料口的下方，另一端位于所述惰性氣體保護罩進料口的上方。

2.根據權利要求1所述的激光輔助提純金剛線切割硅粉廢料的設備進行激光輔助提純金剛線切割硅粉廢料的方法，其特征在于具有如下步驟：

S1、將硅粉廢料預處理后，加入所述粉體料倉，之后，通過所述旋轉加料裝置和所述惰性氣體保護罩進料口落在所述傳送帶上，待預處理后的硅粉廢料厚度穩定后，開啟所述連續光纖激光器進行熔煉，產生的煙塵通過所述吸塵裝置進行去除，得到的硅塊與未熔化粉體一起進入所述一號儲藏室；

S2、待進入所述一號儲藏室的硅塊與未熔化粉體達到一定數量時，開啟所述第一閥門，使硅塊與未熔化粉體落入所述可旋轉振動篩內，關閉所述第一閥門，開啟所述吸粉裝置，將未熔化粉體吸入并回收至所述粉體料倉，待所述可旋轉振動篩內的未熔化粉體完全吸走，開啟所述第二閥門，所述可旋轉振動篩翻轉將其內的硅塊倒入所述三號硅塊輸送室；

S3、關閉所述第二閥門，對所述三號硅塊輸送室進行預抽真空，當真空度與所述感應熔煉室的真空度相同時，開啟所述第三閥門，使硅塊落入所述石墨坩堝；

S4、關閉所述第三閥門，對所述感應熔煉室抽真空，之后升溫對所述石墨坩堝內的硅塊加熱，使其完全融化，之后，開始定向凝固。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟S1中，所述預處理為硅粉廢料經過流動氬氣450℃處理；

所述硅粉廢料落在所述傳送帶上之前，所述惰性氣體保護罩和所述一號儲藏室內預先通入氬氣，氬氣流量為2-5L/min；

所述傳送帶的速度為5-10mm/s，調節所述旋轉加料裝置使得落在所述傳送帶上的預處理后的硅粉廢料的厚度為6-10cm；

開啟所述連續光纖激光器進行熔煉時，所述連續光纖激光器的功率設定為2000-4000W。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述石墨坩堝內壁具有涂層，以防止長時間熔煉硅與石墨反應造成的石墨坩堝開裂。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟S4中，對所述感應熔煉室抽真空，抽真空至2.5×10^-3Pa；

所述升溫為以5-10℃/min的升溫速率，升溫至1500℃，后保溫30min；

所述定向凝固的拉錠速度為0.8-1.8mm/min。