CN113231168B - 硅棒表面处理与微硅粉生产装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了硅棒表面处理与微硅粉生产装置和方法，装置包括：打磨室，内部设置有待处理硅棒；硅粒喷射装置，用于向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理；筛分装置，与打磨室的出料端连接，收集满足筛分条件的微硅粉，并将不满足筛分条件的剩余硅粒送至硅粒喷射装置。本发明使用破碎过程中产生的硅颗粒作为打磨喷射的原料避免了污染，打磨的同时也得到了进一步碰撞破碎；打磨过程的硅粒可循环使用，降低了处理成本；另外，由于硅棒和硅粒破碎仅得到微硅粉和剩余硅粒，因此在筛分过后无需进一步除杂。

Description

硅棒表面处理与微硅粉生产装置和方法

技术领域

本发明涉及硅棒处理领域，尤其涉及硅棒表面处理与微硅粉生产装置和方法。

背景技术

原生多晶/单晶硅棒表面会因沉积过程影响因素存在而出现不平滑的突起或者毛刺，其作为区熔单晶原料/硅晶片原料使用时，均需要对多晶硅棒表面打磨抛光处理。

传统的处理方式是通过人工对其表面进行打磨，工作效率较低，并且打磨精确度低，现有技术大都通过机械进行打磨。传统的加工方式和现有打磨技术同时存在不足之处：1.在打磨过程中硅棒表面凸起部分打磨成粉末后，大多因氧化、杂质含量高难分离，部分简单收集作为氢化原料使用，部分um级微硅粉当做粉尘处理；2.表面经打磨后的硅棒需要经过酸洗烘干等后处理工序，增加了处理成本，而且被打磨下来的边角料未得到充分利用，造成了资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅棒表面处理与微硅粉生产装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供硅棒表面处理与微硅粉生产装置，包括：

打磨室，内部设置有待处理硅棒；

硅粒喷射装置，用于向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理；

筛分装置，与打磨室的出料端连接，收集满足筛分条件的微硅粉，并将不满足筛分条件的剩余硅粒送至硅粒喷射装置。

进一步地，所述打磨室内包括：

旋转机构，用于对所述待处理硅棒进行旋转；

集料板，倾斜设置于待处理硅棒下方，集料板的低端与打磨室的出料端连接。

进一步地，所述硅粒喷射装置包括：

硅粒料仓，用于存放硅粒；

喷枪，输入端与所述硅粒料仓连接，喷射端对准所述待处理硅棒；

气体加压装置，与硅粒料仓连接，用于对硅粒进行加压从而进行喷射。

进一步地，所述打磨室的内壁、硅粒料仓的内壁、筛分装置的内壁、旋转机构的表面为含硅材料涂层，所述集料板为含硅材料。

进一步地，所述筛分装置为多级筛分装置，每级筛分装置的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置筛分得到的微硅粉作为不同用途的原料。

本发明的第二方面，提供硅棒表面处理与微硅粉生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

将待处理硅棒固定于打磨室内；

利用硅粒喷射装置向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理；

由待处理硅棒和硅粒打磨产生的微硅粉和剩余硅粒，通过打磨室的出料端送入筛分装置进行筛分，对满足筛分条件的微硅粉进行收集，剩余硅粒送至硅粒喷射装置。

进一步地，所述方法还包括：

在打磨处理过程中，利用旋转机构对待处理硅棒进行旋转，实现均匀打磨；

利用打磨室内倾斜设置的集料板收集微硅粉和剩余硅粒传送至打磨室的出料端。

进一步地，所述方法还包括：

通过硅粒料仓，用于存放硅粒；

利用气体加压装置对硅粒进行加压，通过喷枪向所述待处理硅棒喷射硅粒。

进一步地，所述打磨室的内壁、硅粒料仓的内壁、筛分装置的内壁、旋转机构的表面为含硅材料涂层，所述集料板为含硅材料。

进一步地，所述方法还包括：

所述筛分装置为多级筛分装置，每级筛分装置的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置筛分得到的微硅粉作为不同用途的原料。

本发明的有益效果是：

(1)在本发明的一示例性实施例中，将待处理硅棒固定于打磨室内，利用硅粒喷射装置向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理。在打磨过程中，硅粒本身和硅棒表面碰撞后被破碎为更小粒径微硅粉，同时硅棒表面被打磨也会产生微硅粉；两者产生的微硅粉和剩余硅粒，一起进入筛分装置进行筛分，筛分装置对满足筛分条件的微硅粉进行收集，剩余硅粒送至硅粒喷射装置循环使用。当达到预期打磨时间及打磨效果后停止打磨，得到表面光滑的硅棒，同时收集得到微硅粉。

使用破碎过程中产生的硅颗粒作为打磨喷射的原料避免了污染，打磨的同时也得到了进一步碰撞破碎；打磨过程的硅粒可循环使用，降低了处理成本；另外，由于硅棒和硅粒破碎仅得到微硅粉和剩余硅粒，因此在筛分过后无需进一步除杂。

(2)在本发明的又一示例性实施例中，旋转机构用于在打磨过程中对硅棒进行转动(优选为匀速转动)，从而实现均匀打磨的效果。而集料板与打磨室地面成5-50°夹角倾斜设置，便于硅棒表面打磨产生的微硅粉收集。

(3)在本发明的又一示例性实施例中，所述打磨室的内壁、硅粒料仓的内壁、筛分装置的内壁、旋转机构的表面为含硅材料涂层，所述集料板为含硅材料，可以破碎过程和传输过程中污染。

(4)在本发明的又一示例性实施例中，筛分装置为多级筛分装置，可依据用途不同粒径要求设置为一级或者多级筛分，例如作为氮化硅/碳化硅原料、颗粒硅籽晶、锂离子电池负极材料等使用，提高了微硅粉的利用价值。而处理的得到的硅棒可作为区熔单晶制备的供料棒或者硅芯母料使用。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例中示出的结构方框图；

图中，1-打磨室，11-硅棒，12-旋转机构，121-电机，122-转轴，123-夹持装置，13-集料板，2-硅粒喷射装置，21-硅粒料仓，22-喷枪，23-气体加压装置，3-筛分装置，4-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，图1示出了本发明的第一方面，提供硅棒表面处理与微硅粉生产装置，包括：

打磨室1，内部设置有待处理硅棒11；

硅粒喷射装置2，用于向所述待处理硅棒11喷射硅粒，实现硅棒11表面的打磨处理；

筛分装置3，与打磨室1的出料端连接，收集满足筛分条件的微硅粉，并将不满足筛分条件的剩余硅粒送至硅粒喷射装置2。

具体地，在该示例性实施例中，将待处理硅棒11固定于打磨室1内，利用硅粒喷射装置2向所述待处理硅棒11喷射硅粒，实现硅棒11表面的打磨处理。在打磨过程中，硅粒本身和硅棒11表面碰撞后被破碎为更小粒径微硅粉，同时硅棒11表面被打磨也会产生微硅粉；两者产生的微硅粉和剩余硅粒，一起进入筛分装置3进行筛分，筛分装置3对满足筛分条件的微硅粉进行收集，剩余硅粒送至硅粒喷射装置2循环使用。当达到预期打磨时间及打磨效果后停止打磨，得到表面光滑的硅棒11，同时收集得到微硅粉。

因此，在该示例性实施例中，使用破碎过程中产生的硅颗粒作为打磨喷射的原料避免了污染，打磨的同时也得到了进一步碰撞破碎；打磨过程的硅粒可循环使用，降低了处理成本；另外，由于硅棒11和硅粒破碎仅得到微硅粉和剩余硅粒，因此在筛分过后无需进一步除杂。

更优地，在一示例性实施例中，所述打磨室1内包括：

旋转机构12，用于对所述待处理硅棒11进行旋转；

集料板13，倾斜设置于待处理硅棒11下方，集料板13的低端与打磨室1的出料端连接。

具体地，在该示例性实施例中，所述旋转机构12用于在打磨过程中对硅棒进行转动(优选为匀速转动)，从而实现均匀打磨的效果。其中，在又一示例性实施例中，所述旋转机构12可以包括电机121、转轴122和夹持装置123，电机121与转轴122连接，转轴122通过夹持装置123固定硅棒11；电机121提供旋转动力，转轴122还可以进行高度调节。

而集料板13与打磨室1地面成5-50°夹角倾斜设置，便于硅棒11表面打磨产生的微硅粉收集。

更优地，在一示例性实施例中，所述硅粒喷射装置2包括：

硅粒料仓21，用于存放硅粒；

喷枪22，输入端与所述硅粒料仓21连接，喷射端对准所述待处理硅棒11；

气体加压装置23，与硅粒料仓21连接，用于对硅粒进行加压从而进行喷射。

具体地，在该示例性实施例中，硅粒料仓21用于盛装作为喷砂的硅粒，该硅粒不仅包括原始的硅粒还包括硅棒11破碎过程中产生的剩余硅粒；气体加压装置23压力可调节，用于对硅粒用气体加压，对硅棒1打磨，所述气体为惰性气体，避免硅粉氧化；喷枪22为如图所示普通喷嘴或可达超音速的拉瓦尔管，由氮化硅、碳化硅、钨钴合金、氧化锆等材料制成。与硅粒相同，气体也可以进行循环使用，降低了处理成本。

更优地，在一示例性实施例中，所述打磨室1的内壁、硅粒料仓21的内壁、筛分装置3的内壁、旋转机构12的表面为含硅材料涂层，所述集料板13为含硅材料(碳化硅或氮化硅材质)。

采用上述内容，可以破碎过程和传输过程中污染。

更优地，在一示例性实施例中，所述筛分装置3为多级筛分装置，每级筛分装置3的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置3筛分得到的微硅粉作为不同用途的原料。即在该示例性实施例中，可依据用途不同粒径要求设置为一级或者多级筛分，例如作为氮化硅/碳化硅原料、颗粒硅籽晶、锂离子电池负极材料等使用，提高了微硅粉的利用价值。而处理的得到的硅棒11可作为区熔单晶制备的供料棒或者硅芯母料使用。

另外，在又一示例性实施例中，还设置有控制器4，用于调节转轴122的高度、旋转速率、旋转时间，以及惰性气体压力(气体加压装置23)。

与上述示例性实施例具有相同的发明构思，本发明的又一示例性实施例提供硅棒表面处理与微硅粉生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

将待处理硅棒11固定于打磨室1内；

利用硅粒喷射装置2向所述待处理硅棒11喷射硅粒，实现硅棒11表面的打磨处理；

由待处理硅棒11和硅粒打磨产生的微硅粉和剩余硅粒，通过打磨室1的出料端送入筛分装置3进行筛分，对满足筛分条件的微硅粉进行收集，剩余硅粒送至硅粒喷射装置2。

对应地，在又一示例性实施例中，所述方法还包括：

在打磨处理过程中，利用旋转机构12对待处理硅棒11进行旋转，实现均匀打磨；

利用打磨室1内倾斜设置的集料板13收集微硅粉和剩余硅粒传送至打磨室1的出料端。

对应地，在又一示例性实施例中，所述方法还包括：

通过硅粒料仓21，用于存放硅粒；

利用气体加压装置23对硅粒进行加压，通过喷枪22向所述待处理硅棒11喷射硅粒。

对应地，在又一示例性实施例中，所述打磨室1的内壁、硅粒料仓21的内壁、筛分装置3的内壁、旋转机构12的表面为含硅材料涂层，所述集料板13为含硅材料。

对应地，在又一示例性实施例中，所述方法还包括：

所述筛分装置3为多级筛分装置，每级筛分装置3的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置3筛分得到的微硅粉作为不同用途的原料。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.硅棒表面处理与微硅粉生产装置，用于对硅棒表面打磨抛光处理，硅棒表面有因沉积过程影响因素存在而出现的不平滑的突起或者毛刺，其特征在于：包括：

打磨室，内部设置有待处理硅棒；

硅粒喷射装置，用于向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理；

筛分装置，与打磨室的出料端连接，收集满足筛分条件的微硅粉，并将不满足筛分条件的剩余硅粒送至硅粒喷射装置；

所述打磨室内包括：

旋转机构，用于对所述待处理硅棒进行旋转；

集料板，倾斜设置于待处理硅棒下方，集料板的低端与打磨室的出料端连接；

所述硅粒喷射装置包括：

硅粒料仓，用于存放硅粒；

喷枪，输入端与所述硅粒料仓连接，喷射端对准所述待处理硅棒；

气体加压装置，与硅粒料仓连接，用于对硅粒进行加压从而进行喷射；

所述打磨室的内壁、硅粒料仓的内壁、筛分装置的内壁、旋转机构的表面为含硅材料涂层，所述集料板为含硅材料。

2.根据权利要求1所述的硅棒表面处理与微硅粉生产装置，其特征在于：所述筛分装置为多级筛分装置，每级筛分装置的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置筛分得到的微硅粉作为不同用途原料。

3.硅棒表面处理与微硅粉生产方法，用于对硅棒表面打磨抛光处理，硅棒表面有因沉积过程影响因素存在而出现的不平滑的突起或者毛刺，其特征在于：包括以下步骤：

将待处理硅棒固定于打磨室内；

利用硅粒喷射装置向所述待处理硅棒喷射硅粒，实现硅棒表面的打磨处理；

由待处理硅棒和硅粒打磨产生的微硅粉和剩余硅粒，通过打磨室的出料端送入筛分装置进行筛分，对满足筛分条件的微硅粉进行收集，剩余硅粒送至硅粒喷射装置；

所述方法还包括：

在打磨处理过程中，利用旋转机构对待处理硅棒进行旋转，实现均匀打磨；

利用打磨室内倾斜设置的集料板收集微硅粉和剩余硅粒传送至打磨室的出料端；

所述方法还包括：

通过硅粒料仓，用于存放硅粒；

利用气体加压装置对硅粒进行加压，通过喷枪向所述待处理硅棒喷射硅粒；

所述打磨室的内壁、硅粒料仓的内壁、筛分装置的内壁、旋转机构的表面为含硅材料涂层，所述集料板为含硅材料。

4.根据权利要求3所述的硅棒表面处理与微硅粉生产方法，其特征在于：所述方法还包括：

所述筛分装置为多级筛分装置，每级筛分装置的微硅粉筛分直径按顺序从大到小设置，每级筛分装置筛分得到的微硅粉作为不同用途的原料。

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