Електронно-променева установка для одержання плоского злитка кремнію

Реферат: Установка для електронно-променевої плавки і рафінування кремнію з отриманням плоского злитка в горизонтальному кристалізаторі складається з технологічної камери з розміщеними в ній пристроєм для подання на переплав неочищеного кремнію, проміжною ємністю, горизонтальним кристалізатором, щонайменше, двома гарматами високовольтного тліючого розряду (ВТР). Технологічна камера розділена вакуумною перегородкою на дві зони, в першій з яких розміщено пристрій для подання на переплав неочищеного кремнію, проміжна ємність, і щонайменше одна низьковакуумна гармата ВТР, а в другій - горизонтальний кристалізатор і щонайменше одна середньовакуумна гармата ВТР, причому перша зона оснащена пристроєм для подання рафінуючого газу. UA 115999 U (12) UA 115999 U UA 115999 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області спеціальної електрометалургії, конкретніше - до розробки технологічного електронно-променевого устаткування для одержання плоского злитка кремнію, в тому числі для виготовлення сонячних батарей. Відомі електронно-променеві установки для одержання злитків-слябів, в яких формування злитків проводиться в горизонтальних кристалізаторах при електронно-променевому нагріві, причому розплав може подаватися в них або шляхом сплавлення заготівки, що витрачається, або шляхом зливання з плавильного пристрою, наприклад, індукційної печі [1]. Недоліком відомих установок є низька ефективність рафінуючої обробки розплаву, яка обмежується лише випаровуванням з поверхні в кристалізаторі в процесі формування злитка. Відома також установка для отримання злитків металу, яка складається з вакуумної камери, вузла подавання на переплав компактного або сипучого матеріалу, системи електронних гармат, проміжної ємності і горизонтального кристалізатора, який встановлено на візку, що може переміщуватись у повздовжньому напрямку, а також бар'єра, який розміщений упоперек кристалізатора і з'єднаний з механізмом вертикального переміщення [2]. Недоліком установки залишається недостатня рафінуюча здатність, оскільки, незважаючи на наявність проміжної ємності, рафінування розплаву реалізується, починаючи зі сплавлення шихти в цю ємність і зливання його в кристалізатор, але цей процес можливий тільки при встановленні у вакуумній камері тиску, при якому забезпечується робота електронних гармат. Відома також установка для електронно-променевої гарнісажної плавки в тиглі з електромагнітним перемішуванням розплаву, вибрана як прототип, в якій плавильна камера розділена на дві зони спеціальною перегородкою і в одній з цих зон змонтована середньовакуумна гармата високовольтного тліючого розряду, а в іншій - низьковакуумна гармата високовольтного тліючого розряду і ця зона оснащена пристроєм для подачі рафінуючого газу [3]. Недоліком установки є проведення процесу рафінування при низькому і середньому вакуумі в одному і тому ж тиглі із зливанням розплаву через отвір в днищі, що обмежує можливості рафінування. В основу корисної моделі поставлено задачу створення електронно-променевої установки, в плавильній камері якої є зони для розміщення проміжної ємності і горизонтального кристалізатора з проведенням обігріву відповідно низьковакуумною і середньовакуумною гарматами високовольтного тліючого розряду. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для електронно-променевої плавки і рафінування кремнію з одержанням плоского злитка в горизонтальному кристалізаторі, що складається з технологічної камери з розміщеними в ній пристроєм для подачі неочищеного кремнію на переплав, проміжною ємністю, горизонтальним кристалізатором і щонайменше двома гарматами високовольтного тліючого розряду, згідно з корисною моделлю, технологічна камера розділена вакуумною перегородкою на дві зони, в першій з яких розміщений пристрій для подачі неочищеного кремнію на переплав, проміжна ємність і щонайменше одна низьковакуумна гармата високовольтного тліючого розряду, а в другій - горизонтальний кристалізатор і щонайменше одна середньовакуумна гармата високовольтного тліючого розряду, причому, перша зона оснащена пристроєм для подачі рафінуючого газу. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому приведена схема установки в розрізі. Технологічна камера 1 установки розділена вакуумною перегородкою 2 на дві зони А і Б. В зоні А розміщено пристрій 3 для подання заготівки 4 неочищеного кремнію на переплав, проміжна ємність 5, пристрій для введення в зону А рафінуючого газу 6 і низьковакуумна гармата ВТР 7, що забезпечує плавлення заготівки 4 і обігрів розплаву в ємності 5. Проміжна ємність 5 виконана водоохолоджуваною, а її зливний носок 8 забезпечує зливання розплаву в горизонтальний кристалізатор 9, який розміщений в зоні Б, в якій також розміщено середньовакуумну гармату ВТР 10, що забезпечує обігрів розплаву в кристалізаторі 9. Робота установки відбувається таким чином. Після завершення підготовки установки до плавки і її герметизації в зоні А камери 1 низьковакуумною гарматою ВТР 7 починають плавити заготівку неочищеного кремнію 4 і розплав, що утворюється, стікає в проміжну ємність 5. У зоні А підтримується тиск не менше 100 Па шляхом введення в атмосферу зони А рафінуючого газу через пристрій 6. Це забезпечує розвиток процесу рафінування, наприклад, від бору, внаслідок утворення летких з'єднань. Розплав, що накопичується в проміжній ємності 5 перетікає через зливний носок 8 в зону Б в кристалізатор 9, де він обігрівається середньовакуумною гарматою ВТР 10. У зоні Б підтримується тиск близько 1 Па, що створює сприятливі умови для видалення домішок, що легко випаровуються, наприклад, алюмінію. Разом з рафінуванням внаслідок поверхневого випаровування в кристалізаторі 9 створюються сприятливі умови для 1 UA 115999 U 5 10 спрямованого твердіння кремнію завдяки обігріву поверхні розплаву електронним променем, генерованим гарматою 10. Таким чином, установка вирішує завдання як рафінування кремнію, так і формування з нього плоского злитка. Вірогідною сферою застосування пропонованої установки може бути отримання злитків кремнію для виготовлення пластин фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії, а також плоских злитків інших металів, наприклад, жароміцних або титанових сплавів. Джерела інформації: 1. Патон Б.Е. Электронно-лучевая плавка /Б.Е. Патон, Н.П. Тригуб, Д.А. Козлитин [и др.] - К.: Наук. думка, 1997. -С. 244-255. 2. А.с. СССР № 302964, МКИ C22D 7/08. Опубл. 15.06.1970. 3. Патент України № 105577, МПК С21С 5/56, С22В 9/04, С01В 33/037. Опубл. 26.05.2014. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Установка для електронно-променевої плавки і рафінування кремнію з отриманням плоского злитка в горизонтальному кристалізаторі, що складається з технологічної камери з розміщеними в ній пристроєм для подання на переплав неочищеного кремнію, проміжною ємністю, горизонтальним кристалізатором, щонайменше, двома гарматами високовольтного тліючого розряду (ВТР), яка відрізняється тим, що технологічна камера розділена вакуумною перегородкою на дві зони, в першій з яких розміщено пристрій для подання на переплав неочищеного кремнію, проміжна ємність, і щонайменше одна низьковакуумна гармата ВТР, а в другій - горизонтальний кристалізатор і щонайменше одна середньовакуумна гармата ВТР, причому перша зона оснащена пристроєм для подання рафінуючого газу. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2