CN105643127A - 一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法 - Google Patents

一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，包括以下步骤：一、自动氩弧焊成大幅面银板作为复板；二、选取大幅面钢板作为基板；三、进行表面处理；四、将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间布设支撑柱；五、复板上均匀涂覆保护层，夹设模具，然后铺覆炸药；六、将雷管置于炸药上，引爆炸药使基板和复板复合，得到爆炸复合板；七、机械切割，得到多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。采用本发明制备的大幅面银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb≥100MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。

Description

一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法
技术领域
本发明属于多晶硅提炼技术领域，具体涉及一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法。
背景技术
多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料，被称为“微电子大厦的基石”，在未来的50年里，还不可能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。利用硅矿提炼多晶硅作为高新产业越来越受到人们追捧。中国多晶硅工业起步于20世纪50年代，60年代中期实现了产业化，但是到70年代，由于工艺技术落后，环境污染严重，消耗大，成本高等原因，绝大部分企业因亏损而相继停产或转产。利用硅矿提炼多晶硅作为高新产业技术，耗能大、电力需求高已成为中国大多数硅矿企业亟待突破的瓶颈之一，因此大力降低能耗是发展多晶硅产业重要途径之一。
多晶硅提炼设备的能耗与设备的热传导率和反射率有关。国内的设备用材主要以奥氏体不锈钢复合材为主，它的热传导率为16w/m℃(100℃条件下)，反射率约为60％，因此如果想降低能耗就必须找到热传导率和反射率大大优于不锈钢的材料。经调研发现，纯银质软塑性良好，其热传导率为429w/m℃(100℃条件下)，是不锈钢的26倍；反射率高达90％，是不锈钢的1.5倍，如果采用大幅面银钢复合材代替不锈钢复合材，将大大降低生产能耗，解决多晶硅产业中的技术瓶颈，开辟一条全新的生产模式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法。该方法制备的银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb≥100MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将多张银板拼焊成长度为1m～10m，宽度为1m～4m的大幅面银板作为复板；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大5mm～40mm的大幅面钢板作为基板；
步骤三、分别对步骤一中所述复板的待复合面和步骤二中所述基板的待复合面进行表面处理，所述复板待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板待复合面的灰尘和油脂，所述基板待复合面的表面处理过程为：抛光使基板待复合面的表面粗糙度Ra为1.0μm～3.0μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板铺设于表面处理后的基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，使基板和复板之间的间隙为2mm～10mm，所述支撑柱的材质与复板相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板顶部的复板的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具夹设于基板底部和复板顶部之间，之后将炸药均匀铺覆在复板上；
步骤六、将雷管置于步骤五中所述炸药上，然后利用雷管将炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为1m～10m，宽度为1m～4m的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
上述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径10m～30mm，电极直径2mm～5mm，焊接电流150A～250A，焊接速率5cm/min～20cm/min，保护气流量10L/min～30L/min。
上述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述复板的厚度为0.5mm～10mm，步骤二中所述基板的厚度为复板厚度的3～10倍。
上述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述保护层为钙基润滑脂与丙酮的混合物，或者是锂基润滑脂与丙酮的混合物，所述钙基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量以及锂基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量均为10％～30％。
上述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述保护层的涂覆厚度为1mm～10mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、银材热传导性高，采用传统焊接工艺熔池难维持稳定，学术资料未见相关报道有关于银材的高效焊接工艺。本发明经反复试验，确定银板可实施自动氩弧焊，焊接后焊缝表面无密集型气孔、咬边等焊接缺点，焊缝质量及银板不平度均满足爆炸焊接的实施要求。
2、根据爆炸焊接的特点，爆炸复合前复板的复合面传统处理方法为：打磨抛光+溶剂清理，而本发明在大量试验基础上，银板的待复合面采用的处理方式为：酒精或丙酮等有机溶剂清除表面灰尘和油脂，这样既可以较少工序环节，提高效率，又能够避免打磨抛光对银层的减薄，降低材料成本。
3、一般采用爆炸复合法制备复合板时，为减小复合板的边界效应，通常复板的边部比基板长，复合后复层多出的边料向四周飞散，无法回收；而对于本发明而言，由于银材为贵金属，作为复层如果比基层长，复合后无法回收，将导致生产成本大大提高。采用本发明所开发的制备技术，复合前安装C形模具，能够显著减小银板的边界效应，从而有效保证复合板的结合质量。
4、采用本发明所开发的制备技术，银板各边比钢板短5mm～40mm，可实现复层短尺设计术，避免银板边料飞散，大大节约成本。
5、采用本发明所开发的制备技术，对银板的非复合面进行保护层涂覆处理，避免银板表面被炸药灼伤或烧蚀，大大提高产品表面质量。
6、本发明可制备出长度为1m～10m，宽度为1m～4m的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板，其层间结合率达100％，复合板剪切强度τb≥100MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题
7、本发明所制备出的大幅面银/钢复合板的热传导率及反射率均优于传统的不锈钢复合板，大大降低多晶硅提炼过程的能耗，完全可替代不锈钢复合板，迎合了国内多晶硅提炼产业的需求，具有良好的市场前景。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明利用雷管和炸药对基板和复板进行爆炸复合前的装配状态示意图。
附图标记说明:
1—基板；2—复板；3—支撑柱；
4—炸药；5—模具；6—雷管。
具体实施方式
实施例1
结合图1，本实施例多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将2张尺寸为0.5mm(厚)×500mm(宽)×1m(长)的银板Ag1拼焊成长度为1m，宽度为1m，厚度为0.5mm的大幅面银板作为复板2；所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径20mm，电极直径3mm，焊接电流180A，焊接速率15cm/min，保护气(氩气)流量120L/min；经检测，焊接焊缝表面无密集型气孔、咬边等焊接缺点，焊后银板不平度≤16mm/m，焊缝质量及银板不平度满足爆炸焊接的实施要求；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大5mm，厚度为5mm的大幅面钢板Q235B作为基板1；
步骤三、对步骤一中所述复板2和步骤二中所述基板1的待复合面分别进行表面处理，所述复板2的待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板2待复合面的灰尘和油脂，所述基板1的待复合面的表面处理过程为：抛光使基板1待复合面的表面粗糙度Ra为2.0μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板2铺设于表面处理后的基板1顶部，并在基板1和复板2之间均匀布设多个支撑柱3，使基板1和复板2之间的间隙为2mm，多个所述支撑柱3的材质均与复板2相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板1顶部的复板2的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具5夹设于基板1底部和复板2顶部之间，之后将炸药4均匀铺覆在复板2上；所述保护层为锂基润滑脂与丙酮的混合物，所述锂基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量为20％，所述保护层的涂覆厚度为1mm；
步骤六、将雷管6置于步骤五中所述炸药4上，然后利用雷管6将炸药4引爆，使基板1和复板2进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为1m，宽度为1m，厚度为5.5mm的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
经检测，本实施例制备的银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb为274MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。
实施例2
结合图1，本实施例多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将15张尺寸为3.5mm(厚)×800mm(宽)×3.3m(长)的银板Ag2拼焊成长度为10m，宽度为4m，厚度为3.5mm的大幅面银板作为复板2；所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径30mm，电极直径5mm，焊接电流150A，焊接速率5cm/min，保护气(氩气)流量10L/min；经检测，焊接焊缝表面无密集型气孔、咬边等焊接缺点，焊后银板不平度≤16mm/m，焊缝质量及银板不平度满足爆炸焊接的实施要求；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大40mm，厚度为30mm的大幅面钢板316L作为基板1；
步骤三、对步骤一中所述复板2和步骤二中所述基板1的待复合面分别进行表面处理，所述复板2的待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板2待复合面的灰尘和油脂，所述基板1的待复合面的表面处理过程为：抛光使基板1待复合面的表面粗糙度Ra为3.0μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板2铺设于表面处理后的基板1顶部，并在基板1和复板2之间均匀布设多个支撑柱3，使基板1和复板2之间的间隙为4mm，多个所述支撑柱3的材质均与复板2相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板1顶部的复板2的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具5夹设于基板1底部和复板2顶部之间，之后将炸药4均匀铺覆在复板2上；所述保护层为钙基润滑脂与丙酮的混合物，所述钙基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量为30％，所述保护层的涂覆厚度为10mm；
步骤六、将雷管6置于步骤五中所述炸药4上，然后利用雷管6将炸药4引爆，使基板1和复板2进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为10m，宽度为4m，厚度为33.5mm的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
经检测，本实施例制备的银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb为213MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。
实施例3
结合图1，本实施例多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将2张尺寸为10mm(厚)×500mm(宽)×1m(长)的银板Ag1拼焊成长度为1m，宽度为1m，厚度为10mm的大幅面银板作为复板2；所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径10m，电极直径2mm，焊接电流250A，焊接速率20cm/min，保护气(氩气)流量30L/min；经检测，焊接焊缝表面无密集型气孔、咬边等焊接缺点，焊后银板不平度≤16mm/m，焊缝质量及银板不平度满足爆炸焊接的实施要求；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大20mm，厚度为30mm的大幅面钢板304L作为基板1；
步骤三、对步骤一中所述复板2和步骤二中所述基板1的待复合面分别进行表面处理，所述复板2的待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板2待复合面的灰尘和油脂，所述基板1的待复合面的表面处理过程为：抛光使基板1待复合面的表面粗糙度Ra为1.0μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板2铺设于表面处理后的基板1顶部，并在基板1和复板2之间均匀布设多个支撑柱3，使基板1和复板2之间的间隙为10mm，多个所述支撑柱3的材质均与复板2相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板1顶部的复板2的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具5夹设于基板1底部和复板2顶部之间，之后将炸药4均匀铺覆在复板2上；所述保护层为锂基润滑脂与丙酮的混合物，所述锂基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量为10％，所述保护层的涂覆厚度为3mm；
步骤六、将雷管6置于步骤五中所述炸药4上，然后利用雷管6将炸药4引爆，使基板1和复板2进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为1m，宽度为1m，厚度为40mm的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
经检测，本实施例制备的银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb为176MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。
实施例4
结合图1，本实施例多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将4张尺寸为5mm(厚)×500mm(宽)×1m(长)的银板Ag2拼焊成长度为2m，宽度为1m，厚度为5mm的大幅面银板作为复板2；所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径30mm，电极直径2mm，焊接电流250A，焊接速率5cm/min，保护气(氩气)流量10L/min；经检测，焊接焊缝表面无密集型气孔、咬边等焊接缺点，焊后银板不平度≤16mm/m，焊缝质量及银板不平度满足爆炸焊接的实施要求；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大30mm，厚度为15mm的大幅面钢板Q245R作为基板1；
步骤三、对步骤一中所述复板2和步骤二中所述基板1的待复合面分别进行表面处理，所述复板2的待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板2待复合面的灰尘和油脂，所述基板1的待复合面的表面处理过程为：抛光使基板1待复合面的表面粗糙度Ra为1.5μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板2铺设于表面处理后的基板1顶部，并在基板1和复板2之间均匀布设多个支撑柱3，使基板1和复板2之间的间隙为6mm，多个所述支撑柱3的材质均与复板2相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板1顶部的复板2的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具5夹设于基板1底部和复板2顶部之间，之后将炸药4均匀铺覆在复板2上；所述保护层为钙基润滑脂与丙酮的混合物，所述钙基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量为10％，所述保护层的涂覆厚度为5mm；
步骤六、将雷管6置于步骤五中所述炸药4上，然后利用雷管6将炸药4引爆，使基板1和复板2进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为2m，宽度为1m，厚度为20mm的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
经检测，本实施例制备的银/钢复合板的层间结合率达100％，复合板剪切强度τb为253MPa，满足多晶硅提炼设备用材要求，能够有效解决多晶硅提炼设备生产中能耗过大的技术难题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用自动氩弧焊的方法将多张银板拼焊成长度为1m～10m，宽度为1m～4m的大幅面银板作为复板(2)；
步骤二、选取长度和宽度均比步骤一中所述大幅面银板大5mm～40mm的大幅面钢板作为基板(1)；
步骤三、分别对步骤一中所述复板(2)的待复合面和步骤二中所述基板(1)的待复合面进行表面处理，所述复板(2)待复合面的表面处理过程为：采用酒精或丙酮除去复板(2)待复合面的灰尘和油脂，所述基板(1)待复合面的表面处理过程为：抛光使基板(1)待复合面的表面粗糙度Ra为1.0μm～3.0μm；
步骤四、将步骤三中表面处理后的复板(2)铺设于表面处理后的基板(1)顶部，并在基板(1)和复板(2)之间均匀布设多个支撑柱(3)，使基板(1)和复板(2)之间的间隙为2mm～10mm，所述支撑柱(3)的材质与复板(2)相同；
步骤五、在步骤四中铺设于基板(1)顶部的复板(2)的上表面均匀涂覆保护层，然后采用形状为“C”形的模具(5)夹设于基板(1)底部和复板(2)顶部之间，之后将炸药(4)均匀铺覆在复板(2)上；
步骤六、将雷管(6)置于步骤五中所述炸药(4)上，然后利用雷管(6)将炸药(4)引爆，使基板(1)和复板(2)进行爆炸复合，得到爆炸复合板；
步骤七、对步骤六中所述爆炸复合板进行机械切割处理，最终得到长度为1m～10m，宽度为1m～4m的多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述自动氩弧焊的工艺参数为：喷嘴直径10m～30mm，电极直径2mm～5mm，焊接电流150A～250A，焊接速率5cm/min～20cm/min，保护气流量10L/min～30L/min。
3.根据权利要求1所述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述复板(2)的厚度为0.5mm～10mm，步骤二中所述基板(1)的厚度为复板(2)厚度的3～10倍。
4.根据权利要求1所述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述保护层为钙基润滑脂与丙酮的混合物，或者是锂基润滑脂与丙酮的混合物，所述钙基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量以及锂基润滑脂与丙酮的混合物中丙酮的质量百分含量均为10％～30％。
5.根据权利要求1所述的一种多晶硅提炼设备用大幅面银/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述保护层的涂覆厚度为1mm～10mm。
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