一種多晶硅還原爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多晶硅還原爐，包括爐體和底盤，所述爐體設(shè)于底盤的上方，且與底盤固定連接，所述爐體的周圍設(shè)有冷卻水夾套，所述冷卻水夾套的周圍設(shè)有保溫層，所述爐體的爐壁內(nèi)表面設(shè)有噴砂處理層，所述噴砂處理層的內(nèi)表面設(shè)有打底層，所述打底層的內(nèi)表面設(shè)有噴涂層，所述噴涂層的內(nèi)表面進行機加工或者拋光處理，所述底盤上設(shè)有與爐體連通的若干原料氣進氣管和一個尾氣排出口，所述尾氣排出口與排氣管連接，所述底盤上設(shè)有若干電極，該還原爐內(nèi)壁面噴涂純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末的混合物粉末，使得還原爐內(nèi)溫度更加均勻，降低了爐體向外的熱輻射能，降低能耗，同時還具有易于修復(fù)和防腐蝕的特點。
【專利說明】
一種多晶娃還原爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及太陽能級或電子級多晶硅原料生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多晶娃還原爐。
【背景技術(shù)】
[0002]高純度的多晶硅是電子及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料，多晶硅的生產(chǎn)絕大部分采用改良西門子工藝，其中還原爐是多晶硅生產(chǎn)的核心設(shè)備之一，多晶硅還原爐主要由雙層結(jié)構(gòu)的鐘罩式爐體，底盤及其他附屬部件組成。由于多晶硅的生產(chǎn)是在1300度高溫及強酸的條件下進行的，為了減少設(shè)備材質(zhì)對多晶硅產(chǎn)品的污染及抵御高溫化學(xué)腐蝕，還原爐的爐體一般為不銹鋼316材料制成。
[0003 ]多晶硅的還原爐內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)主要為:一定比例的氫氣H2和高純度的三氯氫硅SiHCh氣體在特定的壓力下被輸送到多晶娃還原爐內(nèi)，在導(dǎo)電娃棒上進行氣相沉積反應(yīng)生成多晶硅，還原電極溫度控制在1000到1300攝氏度，經(jīng)過一定時間后，生長為多晶硅硅棒，在反應(yīng)的同時會產(chǎn)生四氯化硅SiCl4,二氯二氫硅SiH2Cl2,氯化氫HCl等副產(chǎn)物。
[0004]多晶硅的生產(chǎn)需要消耗大量電能，一般來講，電力成本占多晶硅產(chǎn)品總成本的50到75%左右，因此，研究高效節(jié)能的還原爐是降低或生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。同時，由于多晶硅生產(chǎn)過程中存在氯化氫副產(chǎn)物，其對不銹鋼爐壁材料本身存在腐蝕作用，每次生產(chǎn)完畢均要使用稀釋的堿液將內(nèi)壁進行清洗，這樣一方面可以去除內(nèi)壁上的硅質(zhì)沉積，同時也可以保持內(nèi)壁表面的光潔，以保持反射紅外線的能力，但長期的氯化氫環(huán)境下的高溫生產(chǎn)，固然會對爐壁產(chǎn)生腐蝕，使爐壁表面產(chǎn)生腐蝕性斑塊，會降低爐壁在生產(chǎn)過程中對紅外線的反射能力，增加能耗。另外，多晶硅生產(chǎn)過程中不可避免會發(fā)生倒棒的情況，堅硬的多晶硅在爐體內(nèi)倒塌或斷裂會在爐壁內(nèi)表面砸出許多坑點，因此使用一種能夠抵御氯化氫腐蝕的材料制造爐壁或使用這種材料對爐壁內(nèi)層進行處理也是減少爐壁腐蝕的有效方法，降低爐壁的腐蝕，便于及時高效地清除爐壁內(nèi)壁上的硅質(zhì)沉積，同時也可以保持內(nèi)壁的表面易于進行機加工或者拋光處理，以保持壁面光潔并具有充分反射紅外線能力，此外這種材料還需要具備易于修復(fù)，能夠及時將因多晶硅倒棒所造成的對爐壁內(nèi)表面的損傷完美修復(fù)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種多晶硅還原爐，該還原爐內(nèi)壁面噴涂純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末的混合物粉末，使得還原爐內(nèi)溫度更加均勻，降低了爐體向外的熱輻射能，降低能耗，該噴涂層厚度大，適合多次拋光，同時還具有易于修復(fù)的特點，能夠?qū)Χ嗑Ч枭a(chǎn)過程中由于硅棒倒塌或碎裂而產(chǎn)生的對爐壁的損傷進行及時復(fù)原。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種多晶硅還原爐，包括爐體和底盤，所述爐體設(shè)于底盤的上方，且與底盤固定連接；
[0007]所述爐體的周圍設(shè)有冷卻水夾套，所述冷卻水夾套的周圍設(shè)有保溫層，所述爐體的底部一側(cè)設(shè)有夾套冷卻水進口，頂部設(shè)有夾套冷卻水出口，所述夾套冷卻水進口和夾套冷卻水出口與冷卻水夾套連通；
[0008]所述爐體的爐壁內(nèi)表面設(shè)有噴砂處理層，所述噴砂處理層的內(nèi)表面設(shè)有打底層，所述打底層的內(nèi)表面設(shè)有銀涂層，所述銀涂層的內(nèi)表面進行機加工或者拋光處理；
[0009]所述底盤上設(shè)有與爐體連通的若干原料氣進氣管和一個尾氣排出口，所述尾氣排出口與排氣管連接，所述底盤上設(shè)有若干電極，所述電極連接硅棒，所述底盤上還設(shè)有底盤冷卻水進口和底盤冷卻水出口。
[0010]進一步的，所述原料氣進氣管連接噴氣頭，所述噴氣頭的邊緣處設(shè)有若干噴氣嘴，且每個噴氣嘴的出口正對電極。
[0011]進一步的，所述爐體的爐壁采用不銹鋼316材質(zhì)。
[00?2] 進一步的，所述噴砂處理層為不規(guī)則的凹凸層，所述凹凸層的凹陷深度為0.0lmm-
0.03mm，所述噴砂處理層的噴砂原材料包括但不限于:氧化鋁、碳化硅和二氧化硅，所述噴砂原材料的粒度分布范圍為20-1000目。
[0013]進一步的，所述打底層為純鎳粉末打底層，鎳合金粉末打底層或者鎳錫鋅混合粉末打底層。
[0014]進一步的，所述純鎳粉末和鎳合金粉末的粒度分布范圍為150-1500目。
[0015]進一步的，所述鎳錫鋅混合粉末打底層的打底原材料中，純鎳粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純鋅粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純錫粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，所述粉末的粒度分布范圍為200-1500目。
[0016]進一步的，所述打底層厚度為10?100um0
[0017]進一步的，所述銀涂層為由純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末為原材料制成的銀涂層，所述純銀粉末的粒度分布范圍為200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范圍為100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化鋁，碳化硅，二氧化鋯，二氧化硅和二氧化鈦粉末。
[0018]進一步的，所述銀涂層的厚度為0.01-5mm。
[0019]本實用新型加工過程中，首先對爐壁的內(nèi)表面進行噴砂處理并清潔基材表面，處理之后，可以在爐壁內(nèi)表面表面形成凹凸不平的凹陷結(jié)構(gòu)，增強打底層與爐壁內(nèi)表面的附著力，打底層的制作過程是使用預(yù)熱到200至800°C的壓縮氣體(通常為空氣、氮氣、氦氣或者氬氣中的一種或多種混合氣體)，在0.5到3.5MPa的壓力下，通過噴槍高速噴出，帶動純鎳粉末或鎳合金粉末或者鎳錫鋅混合粉末高速沖擊爐壁內(nèi)表面的316不銹鋼基材表面，形成致密、結(jié)合強度高的打底層。打底層優(yōu)點在于既可以在316不銹鋼基材與銀涂層之間形成過渡層，增加了銀涂層的附著力，又阻止了基體材料在高溫下向涂層表面的快速擴散。銀涂層的制作過程是使用預(yù)熱到100至600°C的壓縮氣體(通常為空氣、氮氣、氦氣或者氬氣中的一種或多種混合氣體)，在0.5到5MPa的壓力下，通過噴槍高速噴出，純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末沖擊打底層表面，形成高硬度、致密、結(jié)合強度高的銀涂層。銀涂層優(yōu)點在于可對涂層表面進行機加工或者拋光處理，提高銀涂層的光潔度，即提高了涂層的反射率，節(jié)省了能源，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，又易于清理在生產(chǎn)過程中殘留在爐壁涂層表面的廢料，提高了生產(chǎn)效率。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型產(chǎn)生的有益效果是:采用純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末在加溫的高壓氣體攜裹下沖擊爐壁表面而形成一層致密的，耐高溫，耐腐蝕，具有很高表面硬度且易于拋光形成鏡面效果的金屬反射層，此金屬反射層同時具有易于修復(fù)的特點，能夠?qū)Χ嗑Ч枭a(chǎn)過程中由于硅棒倒塌或碎裂而產(chǎn)生的對爐壁的損傷及時復(fù)原。同時，由于金屬銀的加工層可以達到I毫米以上的厚度，更適合多次拋光。銀涂層拋光后其在1300高溫下紅外線的反射率能夠達到95%以上，較目前還原爐所使用的不銹鋼316材質(zhì)爐壁拋光后的最高68%的反射率來比，能夠?qū)⒏嗟臒崃糠瓷浠毓璋簦瑥亩档土藸t體向外的熱輻射能，降低了電能的消耗。
【附圖說明】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明:
[0022]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實用新型爐壁內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]其中:
[0025]1.爐體，11.爐壁，2.底盤，21.原料氣進氣管，211.噴氣頭，22.尾氣排出口，23.排氣管，3.冷卻水夾套，31.夾套冷卻水進口，32.夾套冷卻水出口，4.保溫層，51.噴砂處理層，52.打底層，53.銀涂層，6.電極，7.硅棒。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一步說明:
[0027]如圖1-2所示，本實用新型提供的一種多晶硅還原爐，包括爐體I和底盤2，所述爐體I設(shè)于底盤2的上方，且與底盤2固定連接；
[0028]所述爐體I的周圍設(shè)有冷卻水夾套3，所述冷卻水夾套3的周圍設(shè)有保溫層4，所述爐體I的底部一側(cè)設(shè)有夾套冷卻水進口 31，頂部設(shè)有夾套冷卻水出口 32，所述夾套冷卻水進口 31和夾套冷卻水出口 32與冷卻水夾套3連通；
[0029]所述爐體I的爐壁11內(nèi)表面設(shè)有噴砂處理層51，所述噴砂處理層51的內(nèi)表面設(shè)有打底層52，所述打底層52的內(nèi)表面設(shè)有銀涂層53，所述銀涂層53的內(nèi)表面進行機加工或者拋光處理；
[0030]所述底盤2上設(shè)有與爐體I連通的若干原料氣進氣管21和一個尾氣排出口22，所述尾氣排出口 22與排氣管23連接，所述底盤2上設(shè)有若干電極6，所述電極6連接硅棒7，所述底盤2上還設(shè)有底盤冷卻水進口和底盤冷卻水出口。
[0031]所述原料氣進氣管21連接噴氣頭211，所述噴氣頭211的邊緣處設(shè)有若干噴氣嘴，且每個噴氣嘴的出口正對電極6，所述爐體I的爐壁11采用不銹鋼316材質(zhì)。
[0032]所述噴砂處理層51為不規(guī)則的凹凸層，所述凹凸層的凹陷深度為0.0lmm-0.03mm,所述噴砂處理層51的噴砂原材料包括但不限于:氧化鋁、碳化硅和二氧化硅，所述噴砂原材料的粒度分布范圍為20-1000目。
[0033]所述打底層52為純鎳粉末打底層，鎳合金粉末打底層或者鎳錫鋅混合粉末打底層，所述純鎳粉末和鎳合金粉末的粒度分布范圍為150-1500目，所述鎳錫鋅混合粉末打底層的打底原材料中，純鎳粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純鋅粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純錫粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，所述粉末的粒度分布范圍為200-1500目，打底層厚度為10?100umο
[0034]所述銀涂層53為由純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末為原材料制成的銀涂層，所述純銀粉末的粒度分布范圍為200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范圍為100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化鋁，碳化硅，二氧化鋯，二氧化硅和二氧化鈦粉末，所述銀涂層53的厚度為0.01-5mm。
[0035]本實用新型加工過程中，首先對爐壁11的內(nèi)表面進行噴砂處理并清潔基材表面，處理之后，可以在爐壁內(nèi)表面表面形成凹凸不平的凹陷結(jié)構(gòu)，增強打底層52與爐壁11內(nèi)表面的附著力，打底層52的制作過程是使用預(yù)熱到200至800°C的壓縮氣體(通常為空氣、氮氣、氦氣或者氬氣中的一種或多種混合氣體)，在0.5到3.5MPa的壓力下，通過噴槍高速噴出，帶動純鎳粉末或鎳合金粉末或者鎳錫鋅混合粉末高速沖擊爐壁內(nèi)表面的316不銹鋼基材表面，形成致密、結(jié)合強度高的打底層52。打底層52的優(yōu)點在于既可以在316不銹鋼基材與銀涂層之間形成過渡層，增加了銀涂層53的附著力，又阻止了基體材料在高溫下向涂層表面的快速擴散。銀涂層53的制作過程是使用預(yù)熱到100至600°C的壓縮氣體(通常為空氣、氮氣、氦氣或者氬氣中的一種或多種混合氣體)，在0.5到5MPa的壓力下，通過噴槍高速噴出，純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末沖擊打底層52表面，形成高硬度、致密、結(jié)合強度高的銀涂層53。銀涂層53優(yōu)點在于可對涂層表面進行機加工或者拋光處理，提高銀涂層53的光潔度，即提高了涂層的反射率，節(jié)省了能源，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，又易于清理在生產(chǎn)過程中殘留在爐壁涂層表面的廢料，提高了生產(chǎn)效率。
[0036]本實用新型的多晶硅還原爐，采用純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末在加溫的高壓氣體攜裹下沖擊爐壁表面而形成一層致密的，耐高溫，耐腐蝕，具有很高表面硬度且易于拋光形成鏡面效果的金屬反射層，此金屬反射層同時具有易于修復(fù)的特點，能夠?qū)Χ嗑Ч枭a(chǎn)過程中由于硅棒倒塌或碎裂而產(chǎn)生的對爐壁的損傷及時復(fù)原。同時，由于金屬銀的加工層可以達到I毫米以上的厚度，更適合多次拋光。銀涂層拋光后其在1300高溫下紅外線的反射率能夠達到95%以上，較目前還原爐所使用的不銹鋼316材質(zhì)爐壁拋光后的最高68%的反射率來比，能夠?qū)⒏嗟臒崃糠瓷浠毓璋?，從而降低了爐體向外的熱輻射能，降低了電能的消耗。
[0037]以上通過實施例對本實用新型的進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多晶硅還原爐，其特征在于:包括爐體(I)和底盤(2)，所述爐體(I)設(shè)于底盤(2)的上方，且與底盤(2)固定連接； 所述爐體(I)的周圍設(shè)有冷卻水夾套(3)，所述冷卻水夾套(3)的周圍設(shè)有保溫層(4)，所述爐體(I)的底部一側(cè)設(shè)有夾套冷卻水進口(31)，頂部設(shè)有夾套冷卻水出口(32)，所述夾套冷卻水進口(31)和夾套冷卻水出口(32)與冷卻水夾套(3)連通； 所述爐體(I)的爐壁(11)內(nèi)表面設(shè)有噴砂處理層(51)，所述噴砂處理層(51)的內(nèi)表面設(shè)有打底層(52)，所述打底層(52)的內(nèi)表面設(shè)有銀涂層(53)，所述銀涂層(53)的內(nèi)表面進行機加工或者拋光處理； 所述底盤(2)上設(shè)有與爐體(I)連通的若干原料氣進氣管(21)和一個尾氣排出口(22)，所述尾氣排出口(22)與排氣管(23)連接，所述底盤(2)上設(shè)有若干電極(6)，所述電極(6)連接硅棒(7)，所述底盤(2)上還設(shè)有底盤冷卻水進口和底盤冷卻水出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述原料氣進氣管(21)連接噴氣頭(211)，所述噴氣頭(211)的邊緣處設(shè)有若干噴氣嘴，且每個噴氣嘴的出口正對電極(6)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述爐體(I)的爐壁(11)采用不銹鋼316材質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述噴砂處理層(51)為不規(guī)則的凹凸層，所述凹凸層的凹陷深度為0.0 lmm-0.03mm，所述噴砂處理層(51)的噴砂原材料包括但不限于:氧化鋁、碳化硅和二氧化硅，所述噴砂原材料的粒度分布范圍為20-1000目。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述打底層(52)為純鎳粉末打底層，鎳合金粉末打底層或者鎳錫鋅混合粉末打底層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述純鎳粉末和鎳合金粉末的粒度分布范圍為150-1500目。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述鎳錫鋅混合粉末打底層的打底原材料中，純鎳粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純鋅粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，純錫粉末的質(zhì)量百分數(shù)為5-95%，所述粉末的粒度分布范圍為200-1500目。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述打底層(52)厚度為10?100um09.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述銀涂層(53)為由純銀粉末或者純銀粉末與陶瓷粉末組合的混合粉末為原材料制成的銀涂層，所述純銀粉末的粒度分布范圍為200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范圍為100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化鋁，碳化硅，二氧化鋯，二氧化硅和二氧化鈦粉末。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于:所述銀涂層(53)的厚度為0.01-5mm ο
【文檔編號】C01B33/035GK205575662SQ201620223816
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】馮鐵
【申請人】天津德瑞云科技有限公司