Установка для отримання силіцію

Установка для отримання СИЛІЦІЮ складена з апарата прямого електродугового відновлення СИЛІЦІЮ, що включає електроди, випускний жолоб накопичувач для збору відновленого СИЛІЦІЮ, трубок подачі інертного газу і відведення газоподібних продуктів реакції, яка відрізняється тим, що апарат електродугового відновлення виконаний у вигляді горизонтального кварцового реактора, який з'єднаний з високочастотним генератором дуги змінного струму, вздовж осі реактора розміщені два струмопровідних електроди складу Me S1O2, закріплені в тефлонових тримачах, причому один із електродів з'єднаний з механізмом регулювання подачі електрода за допомогою автоматичного приводу зі змінною швидкістю обертання робочого шківа, при цьому накопичувач виконано з кварцу Корисна модель належить до обладнання для виробництва матеріалів напівпровідникової електроніки, а саме до установок для отримання СИЛІЦІЮ високого ступеня чистоти (99,999ваг %) високотемпературним відновленням двооксигенту СИЛІЦІЮ за допомогою електродугової плавки Установка для отримання СИЛІЦІЮ високотемпературним відновленням двооксигенту СИЛІЦІЮ (S1O2) [Josef Diet) Metallurgical Ways Of Silicon Meltstock Processing Silicon Processing for Photovoltaics, edited by С P Khallak and К V Ravi Elsevier Science Publishers В V , 1987 pp 311] складається з вертикального графітового реактору з нагрівом, в якому встановлена мішалка В верхній частині реактора є отвір для вводу початкового двооксигенту СИЛІЦІЮ і метала-відновлювача, знизу реактору - випускний жолоб для виходу відновленого СИЛІЦІЮ Недоліком цієї установки є те, що основні конструкційні елементи її виконано з карбону, який в процесі роботи установки вносить велику КІЛЬКІСТЬ домішок у СИЛІЦІЙ і, в результаті, утворені на поверхні розплаву СИЛІЦІЮ крихти карбону і карбіду СИЛІЦІЮ, необхідно додатково видаляти, незмішувані розплави потребують додаткових конструкційних рішень мішалки для збільшення змочування S1O21 виходу матеріалу, що відновлюється В якості прототипу обрано установку, в якій апаратом для прямого високотемпературного відновлення двооксигенту СИЛІЦІЮ є трьохелектродна дугова електропіч [Aulich H А , Grabmaier J G , Schultz F W , Urbach H P , Muhlbauer A Recent Advances in Carbotermic Production Of Solar-Grade Silicon Using High-Purity Starting Materials Proc 2 n d Int Photovoltaic Sci and Eng Conf, Beijing, August 1986] з внутрішнім діаметром 1,2 метра і ємністю, розрахованою на її заповнення 1,2т двооксигенту СИЛІЦІЮ і карбону Розміщення графітових електродів і електронної апаратури для управління роботою печі аналогічні тим, що звичайно застосовуються у великих промислових печах Піч складається з вертикального графітового тигля, трьох вертикальних графітових електродів, розташованих в середині тигля, зверху реактора знаходиться отвір подачі початкових SiO2 і карбону, знизу - випускний графітовий жолоб-накопичувач для збору відновленого СИЛІЦІЮ, трубок подачі інертного газа і відведення відпрацьованих газоподібних продуктів реакції, струмовщводів з водяним охолодженням, гідравлічного приводу і керамічного каркасу для термоізоляції Однак існують недоліки цього апарату - високий рівень домішок у відновленому матеріалі є результатом використання карбону, - забруднення в процесі виробництва від футеровки печі, електродів, обладнання для шуровки О со 00 8439 і випуску плавки, допоміжних матеріалів; - для даної електропечі потрібні значні витрати електроенергії, до 200кВт/год на 1кг готового продукту; - керамічна термоізоляція, яка використана в цій конструкції електропечі небажана, тому що домішки з керамічних матеріалів, такі як фосфор, забруднюють отриманий силіцій шляхом реакції з газовою фазою або за допомогою прямого контакту з рідким силіцієм; - под печі з футеровкою з графіту нагрівається до температури 1800 - 2000°С, при якій відбувається дифузія домішок в отриманий матеріал. Таким чином, основними недоліками апарату прототипу є внесення домішок у відновлений силіцій із конструкційних матеріалів, а також забруднення в процесі виробництва від футеровки печі, електродів, обладнання для шуровки і випуску плавки, допоміжних матеріалів, що веде за собою додаткові технологічні стадії очищення отриманого матеріалу, і, як наслідок, зростання собівартості силіцію. В основу даної корисної моделі лягла задача створити таку установку для отримання силіцію, конструктивні особливості якої забезпечили б технологічну можливість отримання силіцію високого ступеня чистоти при зменшенні затрат. Це досягається тим, що в установці для отримання силіцію, яка складається із апарату електродугового відновлення силіцію, що включає електроди, випускний жолоб-накопичувач для збору відновленого силіцію, трубок подачі інертного газу і відведення газоподібних продуктів реакції, який відрізняється тим, що апарат електродугового відновлення виконано у вигляді горизонтального кварцового реактору, який з'єднано з високочастотним генератором дуги перемінного струму, вздовж вісі реактора розміщені два струмопровідних електроди складу Me : S1O2, закріплені в тефлонові тримачі, причому один із електродів з'єднано з механізмом регулювання подачі електрода за допомогою автоматичного приводу зі змінною швидкістю, при цьому жолоб-накопичувач виконано з кварцу. На відміну від прототипу, в якому футерівка печі, електроди, обладнання для шуровки і випуску плавки, допоміжні матеріали виконано із графіту, згідно запропонованому технічному рішенню всі основні конструктивні елементи апарата вироблені з кварцу високого ступеня чистоти, а елект роди мають склад Me:SiC>2, що підвищує ступінь чистоти відновленого силіцію за рахунок зменшення домішок, які вносить карбон. Виключення безпосереднього контакту силіцію з конструктивними елементами печі під час відновлення не приводить до його забруднення, а відсутність керамічної ізоляції апарату не сприяє дифузії різних домішок в рідкий силіцій. Використання рухомого електроду дозволяє контролювати процес отримання силіцію по мірі виробки робочої частини електродів, а відновлення починається безпосередньо з моменту включення апарату при відносно невеликому споживанні електроенергії. Суть запропонованої моделі пояснюється Фіг. 1, де зображено загальний вид електродугової установки та Фіг.2, де ілюстровано поперечний перетин кварцового реактора. Установка складається зі стаціонарного електрода складу Me:SiO2-1; рухомого електрода такого ж складу - 2; кварцового реактору - 3; кварцового жолобу-накопичувача - 4; механізму, який регулює подачу електрода - 5; трубки подачі аргону - 6; трубки відведення відпрацьованих газоподібних продуктів реакції - 7; автоматичного приводу - 8; високочастотного генератора дуги перемінного струму - 9; пристрою очищення аргону -10. Установка працює наступним чином. Електроди 1 і 2 складу Me:SiC>2 закріплюємо в тефлонові тримачі та встановлюємо в реактор, потім, увімкнувши високочастотний генератор дуги перемінного струму 9, повільно обертаємо ручку 5 і зводимо електроди 1 і 2 до виникнення дуги, після чого установку переводимо на автоматичний привід 8 для встановлення стійкої роботи дуги по мірі плавлення електродів. Температура дуги 10000°С та робочої зони відповідно 2000°С, сила струму 4-6А. Через трубку 6 здійснюємо подачу аргону в реактор та відведення відпрацьованих побічних газоподібних продуктів реакції - через трубку 7. По мірі виробки робочої частини електродів генератор дуги відключаємо. Силіцій у вигляді краплин стікає в жолоб-накопичувач 4. Таким чином, запропонована установка для отримання силіцію дозволить забезпечити отримання силіцію за ціною 10-15$/кг за рахунок зменшення забруднення в процесі виробництва, а також зниження енерговитрат та зменшення габаритів установки, що обумовлює її промислове застосування. 8439 2 З Фіг.1 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601