CN109250720A - 还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种还原炉，涉及多晶硅生产技术领域，主要目的是提供一种能够替代现有的硅芯的还原炉，使得硅棒的生产周期减少，降低硅棒的能源消耗和生产成本。本发明的主要技术方案为：一种还原炉，包括：炉体；支撑部，所述支撑部包括底盘和电极，所述底盘连接于所述炉体，所述电极设置在所述炉体内，并且连接于所述底盘；发热体，所述发热体设置在所述炉体内，并且连接于所述电极，其中，所述发热体至少由以下重量百分比的组分组成：钨元素：20‑50％；钼元素：50‑80％。本发明主要用于生产多晶硅。

Description

还原炉

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种还原炉。

背景技术

随着社会的快速发展，光伏领域得到越来越多的人的重视，而单晶硅成为太阳能电池板的主要材料。制作硅的过程中，需要通过还原炉对硅料进行加热，通常情况下，会在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种还原炉，主要目的是提供一种能够替代现有的硅芯的还原炉，使得硅棒的生产周期减少，降低硅棒的能源消耗和生产成本。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种还原炉，包括：

炉体；

支撑部，所述支撑部包括底盘和电极，所述底盘连接于所述炉体，所述电极设置在所述炉体内，并且连接于所述底盘；

发热体，所述发热体设置在所述炉体内，并且连接于所述电极，

其中，所述发热体至少由以下重量百分比的组分组成：

钨元素：20-50％；

钼元素：50-80％。

进一步的，所述钨元素的重量百分比的含量为25-35％，所述钼元素的重量百分比的含量为70-75％。

进一步的，所述电极包括第一电极和第二电极；

所述发热体包括管体、第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端分别设置在所述管体的两端，所述第一连接端连接于所述第一电极，所述第二连接端连接于所述第二电极。

进一步的，所述第一连接端具有第一连接片，所述第一连接片上具有第一连接孔，所述第二连接端具有第二连接片，所述第二连接片上具有第二连接孔，所述第一电极与所述第一连接片之间设置第一螺栓，所述第二电极与所述第二连接片之间设置第二螺栓，用于固定所述管体。

进一步的，所述管体的直径为40-60mm。

进一步的，所述管体的外壁的厚度为2-3mm。

进一步的，所述发热体的形状为U形。

进一步的，防氧化涂层，所述防氧化涂层覆盖在所述管体的表面，用于防止氧化。

进一步的，所述防氧化涂层的材料为氮化硅涂层。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明实施例提供的技术方案中，炉体提供生产硅棒的场所，支撑部的作用是连接和支撑发热体，支撑部包括底盘和电极，底盘连接于炉体，电极设置在炉体内，并且连接于底盘；发热体的作用是提供多晶硅附着的场所，发热体设置在炉体内，并且连接于电极，其中，发热体至少由以下重量百分比的组分组成：钨元素：20-50％，钼元素：50-80％，相对于现有技术，通过还原炉对硅料进行加热，通常情况下，会在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，本发明实施例中，通过将发热体的材料从硅材料替换成组分为钨和钼的合金，首先，使得在硅棒生产的初期，不需要对发热体进行高压击穿，发热体的升温速度快，可以使发热体在短时间内达到硅棒生长所需要的温度，不仅降低了成产硅棒的能源消耗，还降低了对还原炉的其他电器元件的要求，使得硅棒的生产设备的成本降低；其次，由于钨和钼的合金的直径可以根据需要进行加工，使得生产硅棒的过程直接跳过硅棒前期生长速度慢的过程，从而缩短了硅棒的生产时间，提高了硅棒的生产效率；最后，发热体采用钨和钼的合金，使得发热体能够重复利用，省去了石墨夹头以及硅芯连续生产的费用，不仅节约了生产成本，同时还降低了整个生产系统造成的污染。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种还原炉的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种还原炉，包括：

炉体1；

支撑部2，支撑部2包括底盘21和电极22，底盘21连接于炉体1，电极22设置在炉体1内，并且连接于底盘21；

发热体3，发热体3设置在炉体1内，并且连接于电极22，

其中，发热体3至少由以下重量百分比的组分组成：

钨元素：20-50％；

钼元素：50-80％。

本发明实施例提供的技术方案中，炉体1提供生产硅棒的场所，支撑部2的作用是连接和支撑发热体3，支撑部2包括底盘21和电极22，底盘21连接于炉体1，电极22设置在炉体1内，并且连接于底盘21；发热体3的作用是提供多晶硅附着的场所，发热体3设置在炉体1内，并且连接于电极22，其中，发热体3至少由以下重量百分比的组分组成：钨元素：20-50％，钼元素：50-80％，相对于现有技术，通过还原炉对硅料进行加热，通常情况下，会在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体3进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极22以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，本发明实施例中，通过将发热体3的材料从硅材料替换成组分为钨和钼的合金，首先，使得在硅棒生产的初期，不需要对发热体3进行高压击穿，发热体3的升温速度快，可以使发热体3在短时间内达到硅棒生长所需要的温度，不仅降低了成产硅棒的能源消耗，还降低了对还原炉的其他电器元件的要求，使得硅棒的生产设备的成本降低；其次，由于钨和钼的合金的直径可以根据需要进行加工，使得生产硅棒的过程直接跳过硅棒前期生长速度慢的过程，从而缩短了硅棒的生产时间，提高了硅棒的生产效率；最后，发热体3采用钨和钼的合金，使得发热体3能够重复利用，省去了石墨夹头以及硅芯连续生产的费用，不仅节约了生产成本，同时还降低了整个生产系统造成的污染。

上述炉体1的作用是提供生产硅棒的场所，支撑部2的作用是连接和支撑发热体3，支撑部2包括底盘21和电极22，底盘21连接于炉体1，电极22设置在炉体1内，并且连接于底盘21；发热体3的作用是提供多晶硅附着的场所，发热体3设置在炉体1内，并且连接于电极22，其中，发热体3至少由以下重量百分比的组分组成：钨元素：20-50％，钼元素：50-80％，改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将三氯氢硅与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出，传统的还原炉通常采用硅芯作为发热体3，通过使多晶硅沉积在硅芯上，但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极22以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，本实施例中，通过将发热体3的材料从硅材料替换成组分为钨和钼的合金，也就是说，发热体3的材料是钨钼材料或者钨钼合金，钨钼是耐高温的金属，钨钼及钨钼合金因具有良好导热，导电，低热膨胀系数,高温强度，低蒸气压和耐磨等特性而成为电子电力设备制造业，金属材料加工业，玻璃制造业，高温炉件结构部件制造，航空航天和国防工业应用的重材料。钼及钼合金在上述各领域的应用主要采用机加工，成型与金属加工和焊接等方法制成，钨钼合金可以通过粉末冶金烧结后加工和熔炼加工两种方法制备，粉末冶金烧结是使压坯或松装粉末体进一步结合起来，以提高强度及其他性能的一种高温处理工艺，熔炼加工是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温(1300～1600K)炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。

实施例1：发热体3的原料及其重量百分比：钨元素：50kg(50％)，钼元素：50kg(50％)，通过熔炼加工方法制得钨钼管材，将钨钼管材的两端通过螺栓安装在电极22上，通过电极22向钨钼管材通电，由于钨钼材料具有良好的导热及导电性能，能够在短时间内达到多晶硅生长所需的温度，从而提高了硅棒的生产效率；

实施例2：发热体3的原料及其重量百分比：钨元素：30kg(30％)，钼元素：68kg(68％)，铁元素：2kg(2％)，通过熔炼加工方法制得钨钼合金管材，将钨钼合金管材的两端通过螺栓安装在电极22上，通过电极22向钨钼管材通电，由于钨钼材料具有良好的导热及导电性能，能够在短时间内达到多晶硅生长所需的温度，不仅提高了发热体3的硬度，同时还提高了硅棒的生产效率；

实施例3：发热体3的原料及其重量百分比：钨元素：32kg(35％)，钼元素：65kg(65％)，铁元素：1kg(1％)，碳元素：1kg(1％)，通过粉末冶金烧结后加工方法制得钨钼合金管材，将钨钼合金管材的两端通过螺栓安装在电极22上，通过电极22向钨钼管材通电，由于钨钼材料具有良好的导热及导电性能，能够在短时间内达到多晶硅生长所需的温度，不仅提高了发热体3的硬度，同时还提高了硅棒的生产效率。

无论采用哪种方式，只要能够制得钨钼或者钨钼合金即可，由于钨钼具有上述作用，将钨钼发热体3应用到还原炉中，能够降低成产硅棒的能源消耗，还降低了对还原炉的其他电器元件的要求，使得硅棒的生产设备的成本降低，缩短了硅棒的生产时间，提高了硅棒的生产效率，并且，钨钼或者钨钼合金制成的发热体3能够重复利用，省去了石墨夹头以及硅芯连续生产的费用，不仅节约了生产成本，同时还降低了整个生产系统造成的污染。

进一步的，如图1和图2所示，电极22包括第一电极23和第二电极24；发热体3包括管体31、第一连接端32和第二连接端33，第一连接端32和第二连接端33分别设置在管体31的两端，第一连接端32连接于第一电极23，第二连接端33连接于第二电极24。本实施例中，进一步限定了电极22和发热体3，电极22通常具有两个电极22，即正电极和负电极，发热体3的第一连接端32连接于正电极，第二连接端33连接于负电极，通过两个电极22向管体31通电，使管体31的温度快速升高至多晶硅生长所需温度，从而达到提高硅棒生产效率的技术效果，正常情况下，管体31的直径在40-60mm，发热体3的表面积对沉积速度和能耗起着至关重要的作用，而硅棒的沉积速度与发热体3的表面积相关，发热体3的表面积从初始的表面积开始，随着反应时间增加，沉积出的硅棒越来越粗，载体表面积越来越大，反应气体对沉积面积碰撞机会也越多，沉积速度也随之变大，因而收率越来越高，因此，通过增加管体31的直径达到增加管体31的表面积的作用，从而提高硅棒的沉积速度，管体31上具有管壁，管壁的厚度通常设置为2-3mm，不仅能够减少发热体3的价格和用料，还能够提高发热体3的发热效率，从而达到提高硅棒生产的效率的技术效果。

进一步的，如图1和图2所示，第一连接端32具有第一连接片，第一连接片上具有第一连接孔，第二连接端33具有第二连接片35，第二连接片上具有第二连接孔，第一电极23与第一连接片之间设置第一螺栓，第二电极24与第二连接片之间设置第二螺栓37，用于固定管体31。本实施例中，进一步限定了发热体3，发热体3与电极22之间通过螺栓进行连接，通过在第一连接端32上设置第一连接片和第一连接孔，第一螺栓分别穿过电极22和第一连接孔，将管体31的第一连接端32固定在电极22上，再通过在第二连接端33上设置第二连接片35和第二连接孔，第二螺栓37分别穿过电极22和第二连接孔，将管体31的第二连接端33固定在电极22上，从而达到固定发热体3的技术效果。

进一步的，如图1和图2所示，发热体3的形状为U形。本实施例中，进一步限定了发热体3的形状，发热体3为U形，能够进一步增加发热体3的表面积，同时还能够方便多晶硅的沉淀，U形的发热体3的两端分别连接两个电极22，从而达到方便电极22连接的技术效果，U形的发热体3的上部为圆弧形，能够减少炉体1内发生闪爆的情况，从而提高还原炉的安全性。

进一步的，如图1所示，增加了防氧化涂层4，防氧化涂层4覆盖在管体31的表面，用于防止氧化。本实施例中，增加了防氧化涂层4，防氧化涂层4的作用是防止多晶硅与钨钼或者钨钼合金发生反应，从而提高硅棒的纯度，同时，防氧化层还能够有利于硅棒的脱模，防氧化层采用喷涂的方式喷涂在发热体3的表面，厚度在1mm至1.5mm，防氧化层采用的材料为氮化硅材料，氮化硅是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化，够防止多晶硅在反应的过程中与钨钼或者钨钼合金发生反应，并且具有高强度、耐高温的特点，同时又是一种高性能电绝缘材料，在高温情况下能够保持原有的形态，进一步防止多晶硅在反应的过程中与钨钼或者钨钼合金发生反应，从而保证了钨钼或者钨钼合金的工作性能，从而达到了保持发热管的性能的技术效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种还原炉，其特征在于，包括：

炉体；

支撑部，所述支撑部包括底盘和电极，所述底盘连接于所述炉体，所述电极设置在所述炉体内，并且连接于所述底盘；

发热体，所述发热体设置在所述炉体内，并且连接于所述电极，

其中，所述发热体至少由以下重量百分比的组分组成：

钨元素：20-50％；

钼元素：50-80％。

2.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，

所述钨元素的重量百分比的含量为25-35％，所述钼元素的重量百分比的含量为70-75％。

3.根据权利要求1或2所述的还原炉，其特征在于，

所述电极包括第一电极和第二电极；

所述发热体包括管体、第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端分别设置在所述管体的两端，所述第一连接端连接于所述第一电极，所述第二连接端连接于所述第二电极。

4.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，

所述第一连接端具有第一连接片，所述第一连接片上具有第一连接孔，所述第二连接端具有第二连接片，所述第二连接片上具有第二连接孔，所述第一电极与所述第一连接片之间设置第一螺栓，所述第二电极与所述第二连接片之间设置第二螺栓，用于固定所述管体。

5.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，

所述管体的直径为40-60mm。

6.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，

所述管体的外壁的厚度为2-3mm。

7.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，

所述发热体的形状为U形。

8.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，还包括：

防氧化涂层，所述防氧化涂层覆盖在所述管体的表面，用于防止氧化。

9.根据权利要求8所述的还原炉，其特征在于，

所述防氧化涂层的材料为氮化硅涂层。