CN101508151B - 多晶硅棒热力学破碎装备 - Google Patents
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Abstract
一种多晶硅棒热力学破碎工艺，其采用热力学的方法使多晶硅棒的内部获得极大的晶间应力，利用此应力的破坏性使硅棒轻易的破碎。所述破碎装备包括：采用热力学的方法使多晶硅棒升温的加热装置和采用骤冷介质使热态硅棒急剧降温的骤冷装置。该工艺及装备破碎任何方法制得的多晶硅棒时不产生细微离子。破碎过程中不会引起铁、铬、镍等金属离子的污染。适合于大批量的企业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，特别是多晶硅棒的新型破碎工艺与装置。
背景技术
多晶硅最为光伏产业的基本原料，近年在国内获得了爆炸性的发展。在还原炉内生产得到的多晶硅棒需要进行破碎成块状原料进行包装仓储，块状原料也是进行硅单晶生产必须的基本要求；国内在几年前多晶硅生产小批量的状态时，由于采用其它机械破碎方法存在致命的缺陷，故都是采用直接锤击的破碎方式进行生产。如中国专利申请200810146324.0公开了一种多晶硅破碎用锤，具备沿中心线延伸的柄部，在上述柄部的顶端处沿与上述中心线方向交叉方向延伸的头部。上述头部具有：与上述柄部结合的头本体、经由连结轴部与上述头本体的一端连设的打击部、和设置在上述头本体的另一端的配重部。上述头本体、上述连结轴部、上述打击部以及上述配重部由超硬合金一体成形。在上述打击部上形成有成为凸曲面的打击面。该破碎用锤是典型的传统工具的改进。硅棒直接锤击破碎的弊端有：1、劳动强度大，坚硬的硅棒虽然较脆裂开性强，但是用特制的手锤破碎到要求的尺寸范围也比较吃力；显然这种方式不适用于大规模生产。2、小批量的破碎采用锤击尚可以进行，根本不适合大规模的生产；强制 机械破碎(如颚式破碎机)会产生铁污染；3、最大的技术问题是：无论锤击或其它机械破碎，一是极易对产品带来金属粒子污染，二是会产生大量的薄片状、针状及粉尘状的细微粒子破片，这样的细微粒子成为粉尘的发生原因，很难处理。而且，直径150微米以下的粒子，由于由着火的危险性需要慎重的作废弃处理。因此，这类方法的缺点是：会污染硅棒，产生大量粉尘，降低收率，增加废弃物处理成本，不适用于大规模生产。
据了解，经典的硅棒生产方法---西门子法在国内的众多新建企业中应用广泛。因此，改变多晶硅破碎工艺以克服上述问题就成为当务之急。
中国专利文献(专利号ZL01801220.5)公开的通过革新硅棒的经典生产方法，使硅棒在生产过程中带有“气泡”以便于破碎；由于内部具有气泡、表观密度为2.20g/cm3以下的带气泡多晶硅。该硅在破碎时微细粒子的发生非常少，而且可容易粉碎。这样的硅通过在氢的存在下，使含氢熔融的硅的液滴在0.2～3秒的时间内自然落下，使之冷却到液滴中封闭有氢气泡的状态而制得。这样的硅在具有以下结构的装置内制得，即在筒状容器中进行硅的析出·熔融、氯硅烷类的供给管被插到筒状容器内的硅熔融区，在筒状容器与氯硅烷类的供给管的间隙中供给密封气体。这种硅棒生产方法在企业化生产中有多大应用不得而知。但是要改变多晶硅常规的生产设备和工艺，推广会有很大难度。
发明内容
本发明的第一个目的，在于提供一种多晶硅棒热力学破碎工艺，以杜绝硅棒破碎时产生细微粒子粉尘。该破碎方法适用于大规模的企业生产。本发明的第二个目的，在于提供连续的适用于大工业生产的多晶硅棒破碎的装备。
具体地说，一种多晶硅棒热力学破碎工艺，其采用热力学的方法使多晶硅棒的内部获得极大的晶间应力，利用此应力的破坏性使硅棒轻易的破碎。
所述的多晶硅棒热力学破碎工艺，首先对多晶硅棒采用热力学的方法使其升温至500-800℃，然后对热的多晶硅棒骤冷，从而获得晶间应力使其容易破碎。
所述的多晶硅棒热力学破碎工艺，首先将多晶硅棒放置于一个热力学加热装置内加热使其升温至500-800℃，然后将热的多晶硅棒放入骤冷装置内通过向多晶硅棒表面喷射制冷剂使其骤冷，从而获得晶间应力使其容易破碎。
本发明对多晶硅棒采用热力学的方法使其升温过程中采取封闭的保护内胆和惰性气体等措施对多晶硅棒实施保护。
多晶硅棒热力学破碎装备，其包括：
A.采用热力学的方法使多晶硅棒升温的加热装置；
B.采用骤冷介质使热态硅棒急剧降温的骤冷装置。
所述的多晶硅棒热力学破碎装备，还具有将硅棒从加热装置内提出并转移至骤冷装置内的硅棒转移装置。
所述的加热装置包括封闭的炉体，炉体内装有电加热体、封闭保 护内胆、缓冲机构以及向其内引入保护惰性气体的保护气体分布装置，在炉体中部放置硅棒转移料框及原料，料框通过缓冲机构装在支架上。料框、内胆等与硅棒接触的部件采用既能耐高温、骤冷又对硅棒没有污染的高温高强度材料即可，但不能采用铁基材料制作。
所述的骤冷装置包括一个用于放置或支撑硅棒转移料框的框架，骤冷液控制系统安装于框架中且骤冷液控制系统具有喷嘴和控制骤冷液温度、流量参数的控制机构。
所述的硅棒转移装置(立式)包括一个具有快、慢速度转化的提升机构，骤冷时采用快速动作，装出料时可以采用较慢速度；提升机构安装在一个旋转臂上，可以准确定位；使硅棒迅速由加热装置转移到骤冷装置。
所述的硅棒转移装置(卧式)包括一个将硅棒撤出加热装置的硅棒转移架和将硅棒推入骤冷装置的硅棒取出架，同时具有移运硅棒的轨道，移运硅棒的轨道位于骤冷装置出口处。
本发明采用热力学破碎的方法加热硅棒到500-800℃，然后骤冷可以使硅棒获得巨大晶间应力；具有应力的硅棒在破碎过程中不会产生大量的薄片状、针状及粉尘状的细微粒子破片、粉尘。加热装置允许采用多种加热方式，但具备保护胆、缓冲机构、保护气分布装置以及高强度不污染的料框等，保护硅棒在加热过程不被污染；骤冷装置采用不会污染硅棒的介质，如纯水等，装置具备该介质的温度、流量等参数的控制系统；经过本发明方法和装备处理过的多晶硅棒在进行多晶硅破碎时极少产生薄片状、针状及细粉状的碎末。破碎过程中不 会引起铁、铬、镍等金属离子的污染。适合于任何方法生产的多晶硅棒的大规模破碎生产。
附图说明
图1为本发明装备示意图(立式)。
图2为本发明装备示意图(卧式)。
具体实施方式
多晶硅棒热力学破碎工艺，首先将多晶硅棒放置于一个热力学加热装置内加热使其升温至500-800℃，然后将热的多晶硅棒放入骤冷装置内通过向多晶硅棒表面喷射制冷剂使其骤冷，从而获得晶间应力使其容易破碎。并且对多晶硅棒升温过程中采取惰性气体对多晶硅棒实施保护。
如图1所示，多晶硅棒热力学破碎装备(立式结构)，其包括：采用热力学的方法使多晶硅棒升温的加热装置2、采用骤冷介质使热态硅棒急剧降温的骤冷装置1以及将硅棒从加热装置内提出并转移至骤冷装置内的硅棒转移装置4。所述的加热装置2包括封闭的炉体9，炉体9内装有加热体且其上连接有向其内引入保护惰性气体的保护气体分布装置7，在炉体9中部固定用于放置硅棒转移料框3的保护内胆5。料框3通过缓冲机构6装在支架10上。所述的骤冷装置1包括一个用于放置或支撑硅棒转移料框3的框架11，骤冷液控制系统8安装于框架11中且骤冷液控制系统8具有喷嘴和控制骤冷液温度、流量参数的控制机构。所述的硅棒转移装置4包括一个竖直支撑杆12，在竖直支撑杆12顶端连接一个以其为轴旋转的旋转架14，旋 转架14上装有滑轮升降机构15，滑轮升降机构15及旋转架14的操作机构为一个无线遥控器，13为遥控接收器。
如图2所示是本发明装备卧式布置的结构图。其中的硅棒转移装置4包括一个将硅棒撤出加热装置的硅棒转移架18和将硅棒推入骤冷装置的硅棒取出架16，同时具有移运硅棒的轨道17，移运硅棒的轨道17位于骤冷装置出口处。这种卧式结构适合处理量很大的厂家使用，硅棒通过硅棒转移架18撤出加热装置，用硅棒取出架16推入骤冷装置的进行冷却后放置于移运硅棒的轨道17上运出。
本发明具体实施时首先将多晶硅棒装进硅棒转移料框3内整体放进加热装置内加热到特定温度，然后通过硅棒转移装置4吊起硅棒转移料框3整体放入骤冷装置内通过向多晶硅棒表面喷射制冷剂使其骤冷，从而获得晶间应力使其容易破碎。
Claims (5)
1.多晶硅棒热力学破碎装备，其特征是包括：
(1)采用热力学的方法使多晶硅棒升温的加热装置(2)；
(2)采用骤冷介质使热态硅棒急剧降温的骤冷装置(1)；
且所述的加热装置(2)包括封闭的炉体(9)，炉体(9)内装有电加热体且其上连接有向其内引入保护惰性气体的保护气体分布装置(7)，在炉体(9)中部固定用于放置硅棒转移料框(3)的封闭的保护内胆(5)；
所述的骤冷装置(1)包括一个用于放置或支撑硅棒转移料框(3)的框架(11)，骤冷液控制系统(8)安装于框架(11)中且骤冷液控制系统(8)具有喷嘴和控制骤冷液温度、流量参数的控制机构。
2.根据权利要求1所述的多晶硅棒热力学破碎装备，其特征是还包括将硅棒从加热装置内撤出并转移至骤冷装置内的硅棒转移装置(4)。
3.根据权利要求2所述的多晶硅棒热力学破碎装备，其特征是所述的硅棒转移装置(4)包括一个竖直支撑杆(12)，在竖直支撑杆(12)顶端连接一个以其为轴旋转的旋转架(14)，旋转架(14)上装有滑轮升降机构(15)，滑轮升降机构(15)的无线操作接收器(13)位于竖直支撑杆(12)中部。
4.根据权利要求2所述的多晶硅棒热力学破碎装备，其特征是所述的硅棒转移装置(4)包括一个将硅棒撤出加热装置的硅棒转移架(18)和将硅棒推入骤冷装置的硅棒取出架(16)，同时具有移运硅棒的轨道(17)，移运硅棒的轨道(17)位于骤冷装置出口处。
5.根据权利要求1所述的多晶硅棒热力学破碎装备，其特征是骤冷装置(1)中的料框(3)通过缓冲机构(6)装在支架(10)上。
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