KR20120005522A - 규화물 코팅된 금속 표면을 갖는 반응기 - Google Patents

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KR20120005522A
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로버트 프롤리히
벤 피셀만
데이비드 믹손
요크 츠오
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에이이 폴리실리콘 코포레이션
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Abstract

한 실시양태에서, 반응기는, 구획으로서, 그 구획의 적어도 일부는
(i) 베이스 층으로서, 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 제1 조성물을 갖는 베이스 층; 및
(ⅱ) 규화물 코팅 층으로서,
(1) 상기 규화물 형성 금속 원소의 충분량을, 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 규소 원소의 충분량을 갖는 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 것인 단계;
(2) 상기 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 상기 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계; 및
(3) 상기 규화물 코팅 층을 형성하는 단계
로 된 공정에 의해 형성되는 규화물 코팅 층
을 포함하는 구획을 포함한다.

Description

규화물 코팅된 금속 표면을 갖는 반응기{A REACTOR WITH SILICIDE-COATED METAL SURFACES}
관련 출원
본 원은 2009년 4월 20일자로 출원된, 발명의 명칭 'FLUIDIZED BED REACTOR MADE OF SILICIDE-FORMING METAL ALLOY WITH OPTIONAL STEEL BOTTOM AND OPTIONAL INERT PACKAGING MATERIAL'의 미국 가출원 61/170,962을 우선권으로 주장하며, 이는 본 원에서 모든 목적으로 그 전체로 참조 인용된다.
본 발명은 규화물 보호 코팅을 형성할 수 있는 특정 표면의 형성 및 용도에 관한 것이며, 이로써 이러한 코팅 표면이, 다른 경우에 상기 보호 코팅이 없는 표면이 용도와 관련된 조건, 환경 및/또는 반응에 취약할 수 있는 용도에 사용될 수 있다.
예를 들어, 특정 화학 반응이 200℃ 이상의 온도, 대기압보다 상당히 높은 온도 및 다양한 부식제를 가질 수 있는 환경에서 발생한다. 이러한 환경은 상기 화학 반응이 발생하는 용기 구조체의 표면을 효과적으로 침식시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 환경은 상기 용기 구조체의 수명 기대치를 상당히 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 이러한 환경은 또한 화학 반응 그 자체의 조건 및 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
추가로, 본 발명은 상기 규화물 코팅을 형성할 수 있는 물질로부터 제조된 반응기의 일부를 적어도 갖는 다중구획 반응기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상이한 조성물을 갖는 물질로부터 제조된 반응기의 2 이상의 부분을 갖는 다중구획 반응기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 내부 비활성 충전제 및/또는 구조체를 포함하는 다중구획 반응기에 관한 것이다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조된 반응기는 제1 구획을 포함하며, 여기서 상기 제1 부분의 적어도 일부는 (i) 1 이상의 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 제1 조성물을 갖는 1 이상의 베이스 층; 및 (ⅱ) 1 이상의 규화물 코팅 층을 포함하고, 여기서, 상기 1 이상의 규화물 코팅 층은 (1) 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을, 충분량의 규소 원소를 갖는 1 이상의 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 단계; (2) 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계; 및 (3) 1 이상의 규화물 코팅 층을 형성하는 단계의 공정에 의해 형성된다.
한 실시양태에서, 상기 반응기는 제2 구획을 추가로 포함하고, 상기 제2 구획은 제2 조성물(여기서, 상기 제1 및 제2 조성물은 상이함); 및 비활성 물질(여기서, 상기 비활성 물질은 상기 반응기의 제2 구획을 차지함)로부터 구성된다.
한 실시양태에서, 제2 구획은 추가로 (i) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 정상로서, 상기 정상은 제1 립을 갖고, 상기 제1 말단은 상기 반응기의 제1 구획의 일부에 부착된 것인 정상; (ⅱ) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 바닥으로서, 상기 바닥의 제2 말단은 제2 립을 갖는 것인 바닥을 포함하고, 상기 제1 립 및 제2 립은 서로 단단히 부착되도록 충분히 설계되어 있다.
실시양태에서, 상기 반응기는 상기 비활성 물질에서 제1 구획으로 연장하는 라이너를 추가로 포함할 수 있다.
실시양태에서, 기체 유입을 허용하기 위해 상기 비활성 물질과 상기 반응기 사이에 공간이 존재한다. 실시양태에서, 기체의 유입을 허용하기 위해 상기 라이너와 상기 반응기 사이에 공간이 존재한다. 실시양태에서, 상기 기체는 수소이다.
실시양태에서, 상기 비활성 물질은 산화지르코늄, 질산규소, 탄화규소, 산화규소 및 산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된다.
실시양태에서, 1 이상의 베이스 층의 1 이상의 제1 부분은 상기 1 이상의 규화물 코팅의 1 이상의 제1 부위을 형성하도록 충분히 설계되며, 상기 1 이상의 베이스 층의 1 이상의 제2 부분은 1 이상의 규화물 코팅의 1 이상의 제2 부위를 형성하도록 충분히 설계된다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 규화물 코팅은 300℃ 이상의 온도에서의 실질적인 화학 부식을 견디도록 충분히 설계된다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 베이스 층은 세라믹 물질을 포함한다.
실시양태에서, 1 이상의 베이스 층은 유리 세라믹 물질을 포함한다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 베이스 층은 알루미늄(Al), 탄소(C), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 규소(Si), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티탄(Ti) 및 텅스텐(W)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 금속을 포함한다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 규화물 코팅의 조성은 상기 1 이상의 베이스 층이 상기 1 이상의 규소 공급원 기체에 노출되는 온도에 따라 다르다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1 이상의 HxSiyClz(여기서, x, y 및 z는 0∼6임)을 포함한다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조된 반응기는 (a) 제1 구획을 포함하며, 여기서 상기 제1 부분의 적어도 일부는 (i) 1 이상의 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 1 이상의 베이스 층; (ⅱ) 1 이상의 규화물 코팅 층으로서, (1) 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을, 충분량의 규소 원소를 갖는 1 이상의 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 단계; 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계; 및 1 이상의 규화물 코팅 층을 형성하는 단계의 공정에 의해 형성되는 1 이상의 규화물 코팅 층; 및 1 이상의 차단 층을 포함한다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 차단 층은 (i) 상기 1 이상의 규화물 코팅 층을 1 이상의 산소 농후한 기체의 충분량에 노출시키는 단계, (ⅱ) 상기 산소의 충분량을 상기 규화물 코팅 층 중 1 이상의 금속 원소의 충분량과 반응시키는 단계, 및 (ⅲ) 1 이상의 차단 층을 형성하는 단계의 제2 공정에 의해 형성된다.
실시양태에서, 상기 1 이상의 차단 층은 Al2O3, SiO2, Si3N4 및 SiC로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 추가로 설명하게 되며, 여기서 유사한 구조가 몇몇 관점 전반에 걸쳐 유사한 숫자로 언급된다. 도시된 도는 실질적으로 스케일링되지 않으며, 일반적으로 본 발명의 원리를 도시하는 데 중점을 둔다.
도 1은 본 원에서 이용되고 기술된 것과 같은 폴리실리콘의 예의 도시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시양태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시양태를 형성하는 데 이용되는 개요를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시양태를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시양태를 도시한다.
도 6은 다양한 실험 조건 하에 시험된 합금 샘플의 상대적인 부식을 평가하기 위한 실시예 1에 도시된 시험 장치의 실시양태를 도시한다.
도 7은 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용하는 내부식성 프로토콜 작동(protocol run)의 실시양태의 결과를 나타낸다.
도 8은 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용하는 내부식성 프로토콜 작동의 실시양태의 결과를 나타낸다.
도 9는 산소 존재 및/또는 부재 하의, 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용하는 내부식성 프로토콜 작동의 실시양태의 결과를 나타낸다.
도 10a 및 10b는 산소 존재 및/또는 부재 하의, 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용하는 내부식성 프로토콜 작동의 실시양태의 결과를 나타낸다.
도 11a∼11f(세척 전) 및 12a∼12f(세척 후)는 산소 존재 및/또는 부재 하의, 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용하는 내부식성 프로토콜 작동의 실시양태의 결과를 나타낸다. 특히, 도 7은 14.5 시간 동안, 600℃의 반응기 농도에서 TCS에 노출시키고, 이어서 850℃의 반응기 온도에서 STC에 노출시킨 후, 합금의 물리적 외관을 도시한다.
도 13은 반응기 내 변화 온도에서 상기 합금을 TCS 및/또는 STC 존재 및 부재 하에 처리한 후, 다양한 합금의 SEM 분석의 실시양태의 요약이다.
도 14는 본 발명의 실시양태에 따른 표면 단편을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시양태에 따라 구성된 반응기 부위를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시양태에 따라 구성된 반응기 부위를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시양태에 따라 구성된 반응기 부위를 나타낸다.
상기 확인되는 도는 현재 개시된 실시양태에 언급되었지만, 상기 논의에서 주지되는 것과 같이 다른 실시양태가 또한 고려된다. 이러한 개시는 제한이 아닌 대표의 수단으로 예시적을 실시양태를 나타낸다. 현 개시된 발명의 원리의 범위 및 사상 내에 있는 수많은 다른 변경예 및 실시양태를 당업자가 고안할 수 있다.
본 원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 폴리실리콘의 생성을 위한 공정에 본 발명을 적용하는 예가 예시의 목적으로 단순히 제공되고, 따라서 또다른 용도와 관련하여 한정적인 것으로 간주되지 않아야 하며, 폴리실리콘의 제조에 관한 것이 아니고, 이에 본 발명은 본 원에서 논의된 동일하거나 유사한 원리 및/또는 조건을 기반으로 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시양태와 관련하여 제시된 각각의 실시양태는 규소 정제 공정에 적용된 바와 같이 또한 예시적인 것으로 간주되며, 제약적이지 않다. 또한, 상기 도는 필수적으로 스케일링하지 않으며, 일부 특징부는 특정 성분의 세부 사항을 나타내도록 확대될 수 있다. 또한, 상기 도에 도시된 임의의 측정, 세부 사항 등은 예시적인 것으로 의도되며, 제약적이지 않다. 따라서, 본 원에서 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부 사항은 제약적인 것으로 해석되지 않아야 하며, 단지 본 발명을 다양하게 적용하도록 당업자를 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.
매우 순수한 다결정질 규소('폴리실리콘')은 전자 부품 및 태양 전지의 제조를 위한 출발 재료이다. 이는 규소 공급원 기체의 열분해 또는 규소 공급원 기체의 수소에 의한 환원에 의해 얻어진다.
과립 폴리실리콘의 제조/농후화/증류를 위한 공정에서의 본 발명의 용도의 예를 기술하기 위한 목적으로, 하기 용어가 정의된다:
'실란'은 규소-수소 결합을 갖는 임의의 기체를 의미한다. 예로는 비한정적으로 SiH4; SiH2Cl2; SiHCl3를 들 수 있다.
'규화물'은 더욱 양전기성인 원소와 함께 규소를 갖는 화합물; 한 실시양태에서, 1 이상의 규소 원자 및 금속 원자를 포함하는 화합물; 예컨대 비한정적으로 Ni2Si; NiSi; CrSi2; FeSi2를 의미한다.
'규소 공급원 기체'는 폴리실리콘 제조 공정에서 이용되는 임의의 규소 함유 기체; 한 실시양태에서, 양전기성 물질 및/또는 금속과 반응시켜 규화물을 형성할 수 있는 임의의 규소 공급원 기체를 의미한다. 실시양태에서, 적합한 규소 공급원 기체로는 비한정적으로 1 이상의 HxSiyClz(여기서, x, y 및 z는 0∼6임)를 들 수 있다.
'STC'는 사염화규소(SiCl4)를 의미한다.
'TCS'는 트리클로로실란(SiHCl3)을 의미한다.
화학적 증착(CVD)은 고순도 고형 물질을 생성하는 데 사용되는 화학 공정이다. 전형적인 CVD 공정에서, 기재는 1 이상의 휘발성 전구체에 노출되며, 이는 상기 기재 표면 상에 반응 및/또는 분해하여 소정의 침착물을 생성한다. 흔히, 휘발성 부산물이 또한 생성되며, 이는 상기 반응 챔버를 통한 기체 흐름에 의해 제거된다. 트리클로로실란(SiHCl3)의 수소에 의한 환원 공정은 지멘스(Siemens) 공정이라 알려진 CVD 공정이다. 상기 지멘스 공정의 화학 반응은 하기와 같다:
SiHCl 3 (g) + H 2 → Si (s) + 3 HCl (g) ('g'는 기체를 의미하고; 's'는 고체를 의미함)
상기 지멘스 공정에서, 원소 규소의 화학적 증착은 소위 얇은 막대라고 일컬어지는 규소 막대 상에서 발생한다. 이러한 막대는 전류에 의해 금속 진공 용기(metal bell jar) 하에서 1000℃ 이상으로 가열된 후, 수소 및 규소 공급원 기체, 예를 들어 트리클로로실란(TCS)으로 구성된 기체 혼합물에 노출된다. 상기 얇은 막대가 특정 직경으로 성장하자마자, 상기 공정은 중단되어야 하며, 즉, 연속 조작보다는 회분식 조작만이 가능하다.
본 발명의 일부 실시양태는, 이후 규소 공급원 기체의 열분해의 연속 CVD 공정 과정에서 유동상 반응기 중 '규소 과립'으로 일컬어지는, 고순도 다결정질 규소를 과립으로서 얻는 데 이용된다. 유동상 반응기가 흔히 사용되며, 여기서 고체 표면은 기상 또는 증기상 화합물에 널리 노출되어야 한다. 과립의 유동상은 CVD 공정의 다른 방법에 의해 가능한 것보다 넓은 면적의 규소 표면을 상기 반응 기체에 노출시킨다. 규소 공급원 기체, 예컨대 HSiCl3 또는 SiCl4는 폴리실리콘 입자를 포함하는 유동상을 퍼뜨리는 데 사용된다. 결과로서 이러한 입자는 크기가 성장하여 과립 폴리실리콘을 생성한다.
본 발명의 세부 실시양태가 본 원에서 개시되어 있으며; 그러나, 상기 개시된 실시양태는 다양한 형태로 실현될 수 있는 단지 본 발명의 예시라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 규소 침착 공정에서 적용하기 위한 본 발명의 다양한 실시양태의 개시는 단지 본 발명 및 일부 특정 용도의 원리를 예시하는 역할을 하지만, 본 발명은 또한 상기 폴리실리콘 공정의 1 이상의 특징과 유사한 특징(예를 들어, 열 안정성, 반응 비활성, 내부식성 등) 중 적어도 일부를 나타낼 수 있는 다른 조건(예를 들어, 지멘슨 공정), 환경 및/또는 반응에 적용될 수 있다.
규소 공급원 기체의 열 분해의 실시양태가 도 1에 도시되어 있다. 실시양태에서, 금속급(metallurgical grade) 규소가 충분한 비율의 TCS, STC 및 H2를 갖는 수소화 반응기(110)에 공급되어 TCS를 발생시킨다. 이어서, TCS는 분말 제거 단계(130), 탈기기(degasser) 단계(140) 및 증류 단계(150)에서 정제된다. 상기 정제된 TCS는 분해 반응기(120)에 공급되며, 여기서 TCS는 분해되어 유동상 반응기의 비드(규소 과립) 상에 규소를 침착시킨다. 생성된 STC 및 H2는 상기 수소화 반응기(110)에 재순환된다.
본 발명의 실시양태에서, 특정 조작 조건 하에서, 특정 금속 합금(예를 들어, 비한정적으로, 니켈-크롬-몰리브덴 합금 및 니켈-크롬-코발트 합금)은 특정 클로로실란 기체의 존재 하에 보호 금속 규화물 코팅을 형성하는 경향이 있다. 일부 실시양태에서, 한번 형성된 상기 금속 규화물 코팅은 유동상 반응기의 정상 조작 중에 이의 일체성을 유지하게 된다.
본 발명의 일부 실시양태는, 예를 들어 상대적으로 높은 온도에서 규소 생성 반응을 실시하여 효과적인 반응 속도를 달성하는 능력을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일부 실시양태는, 예를 들어 상대적으로 높은 온도에서 규소 침착 반응을 실시하여 효과적인 침착 속도를 달성할 뿐만 아니라, 높은 부식 조건(예를 들어, 염소, 규소 공급원 기체의 성분의 존재 하)에서 반응을 실시하는 능력을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명의 일수 실시양태는 200℃ 이상의 적합한 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 300℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 400℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 500℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 600℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 700℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 800℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 900℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 1000℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 1100℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 1200℃ 이상의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태는 200℃ 내지 1200∼2000℃ 사이의 온도에서 다양한 화학 반응을 조작하는 것을 허용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태는 본 발명의 표면을 형성하는 데 다양한 유형이 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태는 단일 금속계 물질을 포함할 수 있다. 금속은 원소 주기율표에서와 같이 확인되는 화학 원소이다. 금속은 대부분의 상기 주기율표를 차지하지만, 비금속성 원소는 단지 상기 원소 주기율표의 우측편에서 확인될 수 있다. 붕소(B)로부터 폴로늄(Po)까지 그어지는 대각선은 상기 비금속으로부터 금속을 분리한다. 상기 선 상의 대부분의 원소는 준금속이며, 때로는 반도체라 일컬어진다. 이는 전형적으로 상기 원소들이 도체 및 절연체 둘 모두에 일반적인 전기적 특성을 나타낸다는 사실에 기인한다. 이러한 분할선의 좌측으로의 원소는 전형적으로 일컬어지는 금속인 반면, 상기 분할선의 우측으로의 원소는 소위 비금속이다. 대부분의 금속은 대부분의 비금속보다 높은 밀도를 보유한다(물질의 밀도는 단위 부피당 이의 질량으로서 정의됨). 금속계 물질로는, 비한정적으로 원소, 화합물 및/또는 합금을 들 수 있다. 합금은 1 이상의 주성분이 금속인 고용체 중 2 이상의 원소들의 혼합물이다.
예를 들어, 일부 실시양태는 금속 물질이 함침된 세라믹 또는 유리-세라믹 물질, 및/또는 금속계 물질과 유리-세라믹 물질의 층상 조합을 포함할 수 있다. 세라믹은 전형적으로 무기 화합물, 일반적으로 화학 원소의 산화물로 구성된다. 세라믹은 비산화물 무기 물질, 예컨대 질화물, 붕소화물 및 탄화물(예를 들어, 탄화규소 및 탄화텅스텐)을 포함할 수 있다. 세라믹 물질은 전형적으로 화학적으로 비활성이며, 흔히 산성 또는 가성(caustic) 환경에서 발생하는 화학적 침식을 견딜 수 있다. 세라믹은 일반적으로 1600℃ 이상 범위의 높은 온도를 견딜 수 있다. 유리-세라믹 물질은 전형적으로 비결정질 유리 및 세라믹 둘 모두에 의한 많은 특성을 공유한다. 이들은 일반적으로 유리로서 형성된 후, 적합한 열 처리에 의해 부분적으로 결정화된다. 예를 들어, 도자기 세라믹의 마이크로구조는 비결정질 상 및 결정질 상 둘 모두를 함유하여 결정질 과립이 과립 경계의 비결정질 입계상(intergranular phase) 내에 내포된다.
도자기로서 이러한 유리 세라믹은, 예를 들어 액체 대해 극히 낮은 침투성을 보유하며, 따라서 반응기에 사용된다. 일부 실시양태에서, 리튬과 알루미늄실리케이트의 혼합물은 열기계 특성을 갖는 유리-세라믹 물질의 배열을 산출할 수 있다. 유리-세라믹 기반의 물질로 형성된 일부 실시양태는 열충격에 영향을 받지 않는 특성을 나타낼 수 있다. 유리-세라믹을 포함하는 일부 실시양태에서, 결정질 세라믹 상의 음성 열팽창 계수(TEC)는 유리 상(예를 들어, 일부 실시양태에서 약 70% 이상의 결정질 세라믹 상)의 양성 TEC와 균형을 맞출 수 있고, 본 발명의 일부 실시양태에서 사용될 수 있는 상기 유리-세라믹 물질은 향상된 기계적 특성을 나타내고, 800∼1500℃ 이하의 반복되고 신속한 온도 변화를 지속할 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 표면은 2 이상의 층의 샌드위치로 형성될 수 있으며, 이는 동일하거나 상이한 유형의 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 본 발명의 표면은 단지 금속 물질의 층; 또는 최종 본 발명의 표면의 소정의 특성을 여전히 달성할 수 있는 임의 소정의 순서의 층의 세라믹/유리-세라믹 물질 및 금속 물질의 조합; 또는 금속 함침된 세라믹 물질, 또는 금속 함침된 세라믹 물질 및 금속계 물질의 조합으로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 몇몇 니켈-크롬-코발트 합금(예를 들어, 합금 617 및 HR-160)은 모두 요구되는 설계 온도에서 압력-반응기 코드에 허용가능하며, 우선적으로 적합하게 전처리되어 규화물 코팅을 형성하는 경우에, 그 자체로 구조 물질 요건을 만족시켜, 할로겐 및/또는 할로겐 유도체 및 다른 높은 부식성 물질의 존재 하에 이용가능한, 실질적으로 내부식성인 반응기를 형성할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 이러한 충분히 비활성인 코팅 물질 합금을 사용하여 압력 용기에 대한 ASME 코드 요건을 만족시키는 금속으로부터 구성되는 유동상 반응기에서 할로겐화 규소 공급원 기체로부터 폴리실리콘을 생성할 수 있게 된다. 추가로, 본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 비활성 코팅 공정 및 물질을 이용하여 공급원으로서 비염소화 실란 이외의 물질을 이용하여 비활성 코팅을 제조할 수 있게 된다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 비염소화 실란은 사용하기에 고가이고 위험하기 때문에(예를 들어, 발화성), 본 발명의 합금 및 공정을 이용하는 것은 ASME('미국 기계 학회(The American Society of Mechanical Engineers)') 코드 요건을 만족시키고 일반적인 화학적 생성 방법에 적합하며, 더욱 안전하고 더욱 비용 효과적인 물질 및 방법을 이용하여 제조하는 비활성 코팅된 금속 반응기를 유도하게 된다.
한 실시양태에서, 본 발명은 (1) 규소 공급원 기체가 금속 합금으로 제조된 베이스 층을 갖는 반응기에 투입되고, (2) 적합한 온도가 유지되며, (3) 상기 보호 코팅이 상기 규소 공급원 기체의 분해로 인해 상기 금속 합금 반응기의 베이스 층의 노출된 표면 상에 침착/형성되는, 반응기의 보호(예를 들어, 충분히 비활성)를 제공한다. 일부 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체가 TCS인 경우, 상기 보호 규화물 코팅의 형성을 유도하는 분해는 일반적으로 하기 화학식(M은 폴리실리콘 규소를 나타냄)에 따라 발생한다:
4HSiCl3 + (M) → Si(M) + 3SiCl4 + 2H2.
일부 실시양태에서, 상기 분해 규소 공급원 기체는 SiCl2 중간생성물을 생성한다.
또다른 실시양태에서, 금속 합금 반응기의 베이스 층을 규소로 코팅하여 상기 금속 합금 반응기 표면 상에 규화물 코팅을 형성함으로써, 부식성 및/또는 친핵성 물질(예를 들어, 할로겐 화합물)이 이후 상기 반응기에 투입되는 경우에 금속 염화물 및 관련 부식의 형성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 반응기를 생성한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 상기 반응기의 베이스 층의 계 내 보호(예를 들어, 충분히 비활성) 코팅의 형성을 제공하며, 여기서 규소 공급원 기체와 반응하는 원소가 상기 베이스 층으로부터 상기 형성된 계 내 보호 층으로 충분히 이동하여 상기 베이스 층의 두께를 감소시킨다.
한 실시양태에서, 규화물을 형성할 수 있는 임의의 합금이 사용된다. 또다른 실시양태에서, 적절한 합금이 클래딩(cladding)의 존재 또는 부재 하에 사용될 수 있다.
또다른 실시양태애서, 상기 합금은 칼슘; 크롬; 코발트; 구리; 철; 니켈; 티탄; 망간; 몰리브덴; 및/또는 백금으로 구성된 군으로부터 선택된다.
한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 충분히 낮은 압력에서 상기 규화물 형성 베이스층으로 공급된다. 한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 대기압에서 상기 규화물 형성 베이스 층으로 공급된다. 한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 1∼10 psia 범위의 압력에서 상기 규화물 형성 베이스 층에 공급된다. 한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 1∼5 psia 범위의 압력에서 상기 규화물 형성 베이스 층에 공급된다. 한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 1∼20 psia 범위의 압력에서 상기 규화물 형성 베이스 층에 공급된다. 한 실시양태에서, 상기 규소 공급원 기체(예컨대, TCS)는 10∼25 psia 범위의 압력에서 상기 규화물 형성 베이스 층에 공급된다.
또다른 실시양태에서, 사용되는 합금은 하기 조성물 중 임의의 것을 가진다:
(a) HAYNES HR-160 합금은 816℃에 대한 Section Ⅷ Division 1 구조에 대한 ASME 반응기 코드 케이스 No. 2162에 의해 커버되고, 적어도 Ni 37%(나머지, 실질적으로 형성되는 제제에 따름), Co 29%, Cr 28%, Mo 1%(최대), W 1%(최대), Fe 2%(최대), Si 2.75% 및 C 0.05%로 구성되며;
(b) HAYNES 230 합금은 900℃로의 구조에 대한 ASME 반응기 코드 케이스 No. 2063-2에 의해 커버되고, 적어도 Ni 57%(나머지, 실질적으로 사용되는 제제에 따라 다름), Co 5%(최대), Cr 22%, Mo 2%, W 14%(최대), Fe 3%(최대), Si 0.4%, Mn 0.5% 및 C 0.1%로 구성되며;
(c) HAYNES 617 합금은 적어도 Ni 54%(나머지, 실질적으로 사용된 제제에 따라 다름), Co 12.5%(최대), Cr 22%, Mo 9%, Al 1.2%, Fe 1%, Ti 0.3% 및 C 0.07%로 구성된다.
또다른 실시양태에서, 상기 합금은 충분한 강도를 유지하면서 800℃ 이상의 적용에 대해서 ASME 허용된다.
일부 실시양태에서, 본 발명은 약 3% 이하의 철을 갖는 합금을 사용한다. 일부 실시양태에서, 본 발명은 약 2% 이하의 철을 갖는 합금을 사용한다. 일부 실시양태에서, 본 발명은 약 1% 이하의 철을 갖는 합금을 사용한다.
일부 실시양태에서, 사용되는 금속 합금은 클로로실란 반응 촉매로서 작용할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 합금 및 규소 공급원 기체의 반응에 의해 생성된 규화물의 화학 조성은 그 자체로 온도 의존성일 수 있다.
또다른 실시양태에서, 합금 및 규소 공급원 기체에 의해 생성된 규화물의 화학 조성은 그 자체로 하기와 같이 온도 의존성일 수 있다:
니켈 규화물을 함유하는 보호 코팅을 갖는 본 발명의 표면의 일부 실시양태의 형성은 하기와 같이 온도 의존성일 수 있다:
(a) 약 250℃에서 - 형성 없음;
(b) 약 350℃에서 - Ni3Si 및/또는 Ni5Si2;
(c) 약 450∼650℃에서 - Ni2Si(및 기타); 및
(d) 약 900℃에서 - NiSi.
한 실시양태에서, TCS는 단독으로 STC와의 조합으로 이용된다.
한 실시양태에서, 규소 TCS는 단독으로, 또는 조성물 H2SiCl2(디클로로실란)의 규소 기체와의 조합으로 이용된다.
또다른 실시양태에서, TCS는 단독으로, 또는 금속 합금의 표면과 접촉하는 경우에 규화물 층을 형성할 수 있는 규소 기체와의 조합으로 이용된다.
일부 실시양태에서, TCS가 반응기에 투입되거나, 그 반응기가 보호 규화물 층을 형성하도록 유지되는 적합한 온도로는 비한정적으로 약 600℃ ∼ 약 1200℃를 들 수 있다.
한 실시양태에서, TCS는, 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응으로 상기 반응기 벽 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 약 700℃의 온도에서 유지되는 반응기로 투입된다. 또다른 실시양태에서, TCS는, 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응으로 상기 반응기 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 약 850℃의 온도에서 유지되는 반응기에 투입된다.
또다른 실시양태에서, 사염화규소를 약 600℃의 온도로 유지되는 반응기에 투입하여 합금 비부식 또는 규소 침착 효과를 유도하게 된다.
또다른 실시양태에서, 사염화규소를 약 850℃의 온도로 유지되는 반응기에 투입하여 실질적인 합금 부식 및/또는 규소 침착 효과를 유도하게 된다.
또다른 실시양태에서, TCS를 반응기에 투입하여 상기 반응기 합금 벽 상의 규화물 층의 형성; 상기 반응기 합금 벽의 부식; 상기 반응기 합금 상의 규소 층 및/또는 규화물 층의 침착을 유도하게 되고; 및/또는 상기 반응기의 온도에 따라 효과를 갖지 않게 된다.
일부 실시양태에서, TCS와 STC의 기체 혼합물은 TCS 유일 조성물의 물리적 및 온도 의존성 특성을 나타내게 된다.
또다른 실시양태에서, TCS 또는 TCS 및 STC는 약 600∼850℃의 온도에서 유지되는 반응기로 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS 또는 TCS 및 STC는 약 650∼800℃의 온도에서 유지되는 반응기로 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS 또는 TCS 및 STC는 약 550∼982℃의 온도에서 유지되는 반응기로 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS 또는 TCS 및 STC는 약 750∼1000℃의 온도에서 유지되는 반응기로 투입된다.
본 발명의 일부 실시양태에 따라서, 규화물 함유 보호층의 두께 및/또는 조성은 반응기 표면이 규소 공급원 기체에 노출되는 시간 길이에 따라 다르다.
한 실시양태에서, TCS는, 상기 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응에 의해 상기 반응기 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 반응기에 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS는, 임의의 사염화규소를 상기 반응기에 투입하기 전에, 상기 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응에 의해 상기 반응기 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 반응기에 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS는, 사염화규소를 상기 반응기에 투입하는 것과 동시에, 상기 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응에 의해 상기 반응기 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 반응기에 투입된다.
또다른 실시양태에서, TCS는, 상기 반응기 벽을 포함하는 금속 합금과의 반응에 의해 상기 반응기 상에 규화물 코팅을 형성하는 데 충분한 시간 동안 반응기에 투입된다. 이어서, TCS 및 STC는 상기 반응기에 동시에 투입된다.
또다른 실시양태에서, 상기 반응기의 합금 벽 상의 규소/규화물 코팅 형성은 표면 소모 및/또는 주기적 열적 및/또는 화학적 처리에 의해 제어될 수 있다.
또다른 실시양태에서, 규소 공급원 기체를 투입하기 전에, 상기 반응기의 벽의 베이스 층은 규소 공급원 기체에 노출된 상기 베이스 층을 제조하는 데 충분한 온도 및 충분한 시간 동안 산소 농후한 기체(예를 들어, 공기)에 노출된다. 일부 실시양태에서, 상기 베이스 층의 이러한 산소 프라이밍(priming)은 상기 반응기 작동 중 상기 베이스 층에 대한 상기 형성된 보호 규화물 층의 친화도를 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 산소 프라이밍은 약 900℃에서 약 24 시간 동안 실시된다.
한 실시양태에서, 상기 규산물 층이 하위 합금 및/또는 금속의 부식을 방지하는 규산물 층이 형성된다.
또다른 실시양태에서, 규화물 층이 하위 합금 및/또는 금속으로부터의 오염물이 상기 반응기의 내부로 침출하는 것을 실질적으로 방지하는 규화물 층이 형성된다.
또다른 실시양태에서, 도 2는 (비한정적으로) 베이스 층(210)의 표면 내 및/또는 상에 함유된 규화물 반응성 원소(예를 들어, Ni)가 규소 공급원 기체와 반응하여 보호 코팅(220)을 형성하는 경우에, 본 발명의 표면(200)은 본 발명에 따라 형성된다. 도 2는 일부 실시양태에서, 상기 보호 코팅(220)이 단일 이상의 규화물 층 및 각각의 규화물 층(221∼224)으로 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 규화물 층(221∼224)은 (동일하거나 상이한 규화물 형성 원소의) 몇몇 규화물 화합물로 구성될 수 있다.
더욱이, 일부 실시양태에서, 상기 베이스 층(210)은, 규소 공급원 기체와 반응하여 보호 코팅(220)을 생성할 수 있는 1 이상의 원소를 함유하는 상기 베이스 층(220)의 적어도 일부를 갖는, 금속계 물질 또는 세라믹/유리-세라믹계 물질의 단일 층을 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시양태에서, 상기 베이스 층(210)은 상이한 유형의 물질의 층이나, 규소 공급원 기체에 노출될 수 있는 층들 중 1 이상의 적어도 일부가, 규소 공급원 기체와 반응하여 상기 보호 코팅(220)을 생성할 수 있는 1 이상의 원소를 함유하는, 샌드위치일 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 베이스 층 중 Ni(즉, 규화물 형성 원소)의 양 및 침착은 상기 보호 코팅(220) 냉의 상기 규화물 층(들)의 특성을 한정한다.
일부 실시양태에서, 상기 보호 코팅(220)이 (계 내) 형성되는 바와 같이, 상기 베이스 층(210)의 두께는, 상기 규화물 형성 원소(들)가 상기 베이스 층으로부터 상기 보호 코팅(220)으로 이동하기 때문에, 감소된다. 한 실시예에서, 원래 두께가 약 1/2 인치이고 적합한 농도로 규화물 형성 원소를 함유하는 베이스 층(210)은, 규화 공급원 기체에 노출 시, 그 베이스 층(210)이 규소 공급원 기체에 24∼48 시간 동안 노출된 후에 약 200∼400 nm의 보호 층을 형성한다.
일부 다른 실시양태에서, 상기 보호 코팅(220)은 약 50 마이크론 ∼ 400 마이크론 이상(10-6 m)으로 변동하는 두께를 가진다. 또다른 실시양태에서, 본 발명의 전체 표면 두께가 증가함에 따라, 상기 베이스 층(210)의 원래 두께는 본 발명의 공정에서 감소한다.
일부 실시양태에서, 상기 보호 코팅(220)의 두께는 상기 규화물 형성 원소(들)의 적합한 농도, 및 상기 베이스 층(210)이 규소 공급원 기체에 노출되는 적합한 시간에 따라 다르다.
일부 실시양태에서, 상기 베이스 층(210)의 원래 두께가 규화물 형성으로 인해, 상기 반응기가 이의 의도하는 목적에 더이상 적합하지 않다고 생각되는 두께로 감소된 후에, 상기 반응기는 해체된다. 실시양태에서, 1/2 인치의 베이스 층이 1/16 인치 이상으로 감소되는 경우, 반응기는 해체된다.
또다른 실시양태에서, 상기 규화물 층의 상대적인 두께, 안정성 및/또는 원자 조성은 주사 전자 현미경(SEM) 및/또는 다른 관련 분석 방법, 예컨대 EDAX(에너지 분산형 X 선 분석)를 이용하여 평가가능하다.
또다른 실시양태에서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표면의 보호 코팅(들)은 또한 1 이상의 차단층(330, 430)(예컨대, 비한정적으로 Al2O3; SiO2; SiN3; 및/또는 SiC)을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시양태에서, 본 발명의 표면의 보호 코팅(들)은 또한 1 이상의 차단층(330, 430) 및 규소층(340, 440)을 포함할 수 있다. 상기 1 이상의 차단층(330, 430)은, 상기 규화물 층(420) 및/또는 베이스 층(310, 410)이 산소 농후한 기체(예를 들어, 공기)에 충분한 온도에서 충분한 시간 동안 노출되는 경우에 형성된다.
일부 실시양태에서, 차단층(들)은 임의의 적합한 기계적, 화학적 또는 전기적 수단(예를 들어, CVD(예를 들어, 알루미나이징), 도금 등)에 의해 규화물 층(들) 상에 침착 또는 코팅된다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 표면은 상기 규화물 층(420)과 상기 규소 층(440) 사이에 위치하는, 상이한 조성 및/또는 화학적/기계적 특성(들)의 교호 차단 층을 포함한다.
일부 실시양태에서, 형성된 차단 층(들)(430)은 규화물 층(들)(420)을 경화/실링하여, 상기 베이스 층(410)에 대한 보호 코팅의 전체 친화도는 향상된다. 일부 실시양태에서, 상기 차단층(430)이 존재하여, 상기 보호 코팅의 플레이킹(flaking) 및 반응기에서 발생하는 화학적 반응의 플레이크에 의한 오염을 방지할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 차단층(들)(43)은 반응기 냉각 기간 중에 상기 보호 코팅(플레이크)의 플레이킹을 방지한다. 일부 실시양태에서, 반응기가 고안된 주 반응(들)이 완결된 후 반응기가 냉각되기 전에, 규화물 층(320)은 단지 산소 농후된 기체(예를 들어, 공기)에 노출된다.
일부 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조된 반응기가 재차 실시되기 전에 보수 또는 다른 목적으로 냉각되는 경우, 보호 규화물 코팅을 갖는 반응기의 내부 표면은 적합한 온도에서 적합한 시간 동안 산소 농후된 기체(예를 들어, 공기)에 노출되어 상기 차단 층을 생성한다. 일부 실시양태에서, 상기 차단 층을 가짐으로써, 규화물 코팅에 대한 '플레이킹 오프' 효과 없이 상기 반응기가 보다 높은 온도에서 작용하여 상기 보호 코팅의 내부식성 품질을 보전하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 표면은, 이의 소정의 내부식성 및 다른 특성의 상당한 손실 없이, 노출되는 온도(실온 ∼ 약 1200℃, 100℃ ∼ 약 900℃ 등)에서 실질적인 연속 변동을 견디도록 설계된다.
일부 실시양태에서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 상기 규소 층(340, 440)은, 상기 규소가 반응기의 실질 조작(도 1 참조) 중에 상기 규소 생성 반응(예를 들어, 환원 또는 열 분해 반응)에 의해 생성되는 경우에 형성/침착되고, 상기 보호 규화물 층의 형성 중에 부산물로서 생성되며, 및/또는 일부 다른 적합한 수단에 의해 반응기에서 발생하거나 이로 전달된다. 일부 실시양태에서, 상기 규소 층(340, 440)은, 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같은 분해 반응 중에 발생하는 규소로부터 형성된다.
도 4를 참조하여, 반응기의 내부 표면의 일부(550)를 나타낸다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 하기 조건을 중 1 이상을 조작하여 동일 및/또는 상이한 특징을 갖는 보호 코팅의 영역(520∼524)(유형 A∼E)을 가질 수 있는 본 발명의 표면(550)을 생성할 수 있다:
(1) 베이스 층의 규화물 형성 원소(들)의 조성 및 침착;
(2) 상기 베이스 층이 규소 공급원 기체에 노출되는 온도;
(3) 노출 길이;
(4) 공급된 규소 공급원 기체의 속도; 및
(5) 차단층의 존재.
예를 들어, 일부 실시양태에서, 상기 언급된 조건들 중 1 이상을 조작하여, 반응기의 반응 영역에 더욱 보호성인 코팅을 갖고, 덜 가혹한 환경(예를 들어, 낮은 온도, 보다 적은 부식 시약 등)을 거치는 다른 영역에 덜 보호성인 코팅을 갖게 할 수 있다.
일부 실시양태에서, 규소 공급원 기체, 예컨대 TCS는 충분한 속도로 공급되어 효과적인 Si의 침착이 상기 보호 층을 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 규소 공급원은 0.1∼150 lb/hr의 속도로 공급된다. 일부 실시양태에서, 규소 공급원은 10∼100 lb/hr의 속도로 공급된다. 일부 실시양태에서, 규소 공급원은 0.1∼20 lb/hr의 속도로 공급된다. 일부 실시양태에서, 규소 공급원은 1∼50 lb/hr의 속도로 공급된다. 일부 실시양태에서, 규소 공급원은 5∼75 lb/hr의 속도로 공급된다.
하기 논의는 본 발명의 일부 예시적 실시양태에 관한 것이다.
실험 1: 할로겐화 규소 공급원 기체에 노출된 합금의 상대적인 부식을 평가하는 프로토콜
내부식성에서 합금/비활성 층의 상대적인 효율을 측정하는 데 이용되는 부식 시험의 한 예가 하기 제시된다.
도 6에 도시된 것과 같은 장치가 이용된다. 한 실시양태에서, 상기 퍼니스(650)은 3 in ID(230 볼트 6780 와트)를 갖는 Thermcraft 단일 영역 모델 XST-3-0-36-1C이다. 관(656)은 말단 캡(651)이 있는 부피 약 5 L의 36 in x 3 in이다. 상기 샘플은 석영 보트(655)에 위치한다. 빈 버블러(660)에 대한 무부하 중량(tare weight)을 취하거나, 상기 버블러(660) 상에 적힌 무부하 중량을 기록한다. 상기 버를러(660)를 사염화규소 150∼200 ml로 충전시킨다. 상기 버블러(660)는 60 ml 시린지 및 1/6 in 테플론 배관을 이용하여 클로로실란 60 ml를 첨가하여 충전시킨다.
상기 버블러(660)이 충전된 경우, 클로로실란의 중량을 확인한다. 50 g 이상의 클로로실란(TCS 또는 STC)이 존재해야 한다.
상기 버블러(660)를 계량하여, 첨가되거나 상기 작동의 출발 시간에 상기 버플러에 존재하는 사염화규소의 양을 측정한다. 상기 버블러(660)를 뒤로 연결하여, 상기 정상 말단(668)이 상기 아르곤 실린더(666)로 연장되고, 배출구 말단(669)이 3방 밸브(659)를 통해 상기 관으로 연장된다.
트랩(652, 653)을 25% 수산화나트륨 900 ml(50% NaOH 450 gm을 물 450 gm과 혼합)으로 충전시킨다. 상기 관(654)의 배출구를 상기 스크러버(652, 653)의 액체 수위 이하에 위치시킨다. 상기 스크러버(652)로부터의 배기가 상기 후드 배기로 가도록 확보한다.
3∼5개의 금속 쿠폰의 초기 질량 및 이의 정체를 기록한다. 이를 상기 튜브 퍼니스(650) 중앙의 보트(655)에 위치시킨다. 바이톤(viton) O 고리 및 클램프로, 상기 관(656)의 두 말단(651, 657)을 밀봉한다.
200 ml/분으로 아르곤 흐름을 시간하고, 상기 퍼니스(650)을 150℃로 가열시킨다. 이러한 조건 하에서 1 시간 동안 작동시켜 상기 관의 산소 및 물을 제거한다.
상기 시스템이 밀봉되고, 상기 스크러버(652, 653)로부터 버블이 존재하는 것을 확인한다. 주기적으로, 상기 스크러버(653, 652)로의 배출 라인(672)이 막혔는지를 확인한다. 상기 라인이 막힌 경우, 플러그를 절단하고 스크러버(652, 653)가 작동하는지 확인한다.
아르곤 흐름을 8 ml/분으로 감소시키고, 상기 오븐(650)을 한 시간에 걸쳐 850℃로 점차 감소시킨다. 기체 조절기(663)의 배출구 상의 압력이 8 psig을 넘지 않도록 확보한다. 상기 관으로의 배출구가 막힌 경우, 이는 상기 관이 상승하게 되는 압력(8 psig)이다.
상기 버블러(560)를 작동시킴으로써, 상기 3방 밸브(659)를 이용하여 클로로실란을 전달한다. 우선, 상기 배출구 밸브를 작동시킨 후, 입구 밸브를 작동시킨다. 버블에 의해 지시되는 스크러버(652, 653)로부터 나오는 흐름이 존재하는지 확인한다. 클로로실란이 흐르기 시작하는 시간을 기록한다.
상기 작동 중에 주기적으로, 상기 스크러버(652, 653)으로의 배출구 라인이막히지 않고, 분당 8 ml의 적절한 흐름이 상기 스크러버(652, 653)를 통해 상기 배기로 흐르는 것을 확인한다.
상기 조작이 종료된 경우, 상기 퍼니스(550)를 끈다. 또한, 상기 버블러(660) 상의 3방 밸브(662)를 회전시켜 아르곤을 전달한다. 우선 상기 주입구 측을 회전시킨 후, 상기 배출구 말단을 회전시킨다. 30 분 동안 분당 200 ml의 아르곤 흐름을 발생시켜 상기 관(556)을 퍼지시킴으로써, 상기 클로로실란을 제거한다. 상기 스크러버(652, 653)가 막히지 않게 한다.
상기 기체 흐름을 분당 8 ml로 감소시키고, 상기 퍼니스(650)가 밤새 냉각되도록 한다. 필요한 경우, 플러그를 절단시킨다. 아르곤 흐름을 중지시킨다.
상기 관(656)의 배출구 말단을 개방시키고, 샘플이 있는 보트(655)를 끌어낸다.
상기 샘플을 물의 컵에 투입하고, 교반하여, 불용성 물질(염화철 또는 염화니켈)을 제거한다. 5 분 동안 교반한다. 이어서, 샘플로부터 발생하는 물질 또는 색이 더이상 존재하지 않을 때까지 다른 컵으로 이동시킨다. (녹색은 염화니켈의 색이고, 청색은 염화코발트(Ⅱ)의 색임).
상기 샘플을 건조시키고, 이를 최대 밀리그램으로 계량한다. 중량 변화 및 백분율 중량 변화를 측정한다.
상기 관 말단의 남은 잔류물을 세정한다. 상기 관 말단에서 수집되는 적색 또는 황색 물질은, 공기에 노출 시 이산화규소(Ⅳ)로 신속히 산화하는 산화규소(Ⅱ)이다. 상기 관(656)이 상기 작동 시작 전에 무산소로 적절히 퍼지 처리된 경우, 규소 산화물 잔류물이 매우 거의 없어야 한다.
상기 시스템은 상기 단계 1로 이동하면서 또다른 작동을 시작하기 용이하다.
또다른 실시양태에서, 상기 버블러(660) 중 STC의 증기압은 0.27 대기압(atm)이다. 또다른 실시양태에서, 상기 버블러(660) 중 STC의 증기압은 0.66 대기압(atm)이다. 또다른 실시양태에서, 상기 시험 장치는 추가로 셧오프(shut off) 밸브(664, 673), 물질 흐름 제어기(665)로 구성된다. 또다른 실시양태에서, 상기 시험 장치의 특정 성분은 테플론 배관(654, 671 및 672)과 연결된다.
실시예 2: 상대적 부식의 평가에서의 특정 합금 및 할로겐화 규소 공급원 기체의 이용
도 7 및 8은 몇몇 합금이 850℃에서 클로로실란에 노출된 내부식성 데이타는 나타낸다.
도 7 및 8에서 나타낸 몇몇 부식 시험 작동으로부터, 특정 합금을, 그 합금과 반응하여 규화물 코팅을 형성할 수 있는 특정 규소 공급원 기체로 처리하는 것과 함께 이용하는 것이, TCS/폴리실리콘 침착 반응기에서 접하게 될 수 있는 조건(850℃의 온도 및 클로로실란의 존재)을 견딜 수 있는 반응기의 제작을 용이하게 한다는 것이 분명하다.
실시예 3: 산소 존재/부재의 실험 조건 하, 상대적 부식의 평가에서의 특정 합금 및 할로겐화 규소 공급원 기체의 이용
도 9 및 10은 합금 물질의 다양한 순서; 상기 합금과의 규화물을 형성할 수 있는 규소 공급원 기체; 및 산소 존재 및 부재 하의 내부 반응기 조건을 이용한, 실시에 1에서 도시된 바와 같은 내부식성 프로토콜에서의 다양한 합금의 이용을 나타낸다. 도 9에서 증명된 바와 같이, 규화물 형성 없이 사염화규소에 노출되는, 산소화된 환경에서의 합금은 부식을 증명하였다. 사염화규소로 노출되는, 무산소 환경에서의 합금은 보다 적은 정도이지만 부식을 증명하였다. TCS 규소 공급원과 반응하여 사염화규소의 투입 전에 상기 합금 표면 상에 규화물을 형성하는 합금은 상기 규화물 층 상의 규소 침착의 감소된 부식을 증명하였다.
도 10a 및 10b를 참조하면, 10a는 C276 합금으로 제조된 플레이트가 850℃의 STC에 14 시간 동안 노출된 후, 그 플레이트의 부식을 나타내며, 이는 TCS로 전처리되어 보호 규화물 코팅을 형성하지 않았다. 대조적으로, 도 10b는 C276 합금으로 제조된 플레이트가 TCS로 전처리되어 보호 규화물 코팅을 형성하기 때문에, 그 플레이트가 850℃에서 STC에 14 시간 동안 노출된 후, 상기 플레이트의 부식이 없음(또는, 상당히 적은 정도)을 나타낸다.
실시예 4: 산소의 존재/부재 하의 실험 조건에서의 상대적 부식의 평가에서 특정 합금 및 할로겐화된 규소 공급원 기체의 이용
도 11a∼11f(예비세척) 및 12a∼12f(후세척)는 다양한 순서의 합금 물질; 상기 합금과 규화물을 형성할 수 있는 규소 공급원 기체; 및 산소의 존재 및 부재 하의 내부 반응기 조건을 이용하여, 실시예 1에서 예시된 것과 같은 내부식성 프로토콜로 다양한 합금을 이용하는 것을 증명한다.
도 11a∼12a는 합금 H160로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
도 11b∼12b는 합금 188로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
도 11c∼12c는 합금 230으로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
도 11d∼12d는 합금 C276으로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
도 11e∼12e는 합금 C22로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
도 11f∼12f는 합금 X로부터 제조된 베이스 층을 갖는 실시양태에 해당한다.
11a~11f 및 도 12a~12f에서 증명된 바와 같이, 사염화규소에 노출된 특정 합금은 부식을 증명하였다. 850℃에서 14 시간 동안 사염화규소의 투입 전에 TCS 실리콘 공급원 기체와 반응하여 표면 상에 규화물을 형성하는 합금은 상기 규화물 층 상의 규소 침착 및 감소된 부식을 증명하였다.
도 13은 다양한 금속 합금, STC 및 TCS 기체(규소 공급원 기체로서)를 이용한 실시양태에 대한 내부식성 프로토콜 작동의 결과를 예시한다.
하기는 반응기 내 온도 변화 시 TCS 및/또는 STC의 존재 및 부재 하에, 본 발명의 일부 실시양태에서 베이스 층으로서 사용된 특정 합금의 거동의 요약이다.
(a) 합금 C276, 625, 188 및 HR 160은 사염화규소의 존재 하에 규화물 코팅(직조된 코팅)을 형성할 수 있고, 따라서 600℃에서 실시양태의 부식을 방지할 수 있다:
HSiCl3 + M → Si(코팅) + SiCl4 + H2 + M(Si 코팅)
(b) 합금 230, C22, X 및 556은 사염화규소의 존재 항에 규화물 코팅을 형성할 수 없고, 600℃에서 실시양태의 부식을 방지할 수 없다:
HSiCl3 + M → H2 + MCl + Si(코팅 플레이크)
(c) 합금 C276, 230, 617, 625 및 HR 160은 사염화탄소의 존재 하에 적어도 일부 규화물 코팅(불균일 반사성 코팅)을 형성할 수 있고 850℃에서 실시양태의 부식을 방지할 수 있다:
HSiCl3 + SiCl4 + M → Si + SiCl4 + H2 + M(Si 코팅)
(d) 합금 800H, C22, 188 및 HR120은 사염화탄소의 존재 하에 규화물 코팅을 형성할 수 없고, 850℃에서 실시양태의 부식을 방지할 수 없다.
실시예 5: STC , TCS 의 혼합물 및 반응기 온도에 따른 부식 대 코팅
도 13은 반응기 내 온도 변동 시TCS 및/또는 STC의 존재 및 부재 하의 특정 합금의 거동을 도시하는 본 발명의 한 실시양태이다. 도 13에서 증명된 바와 같이, (a) 반응기 벽으로 사용된 합금이 특정 조성의 합금인 600℃의 반응기에서 TCS를 사용하여 실질적으로 부식을 방지하는 합금 반응기 벽의 규화물 코팅을 유도할 수 있다. (b) 반응기 벽으로 사용된 합금이 상이한 조성의 합금인600℃의 반응기에서 TCS를 사용하여 부식을 방지하고/보다 적은 정도로 내구성의 규화물 비활성 층을 생성하는 합금 반응기 벽의 규화물 코팅을 생성할 수 있다. (c) 반응기 벽으로 사용되는 합금이 상기 (a)와 동일한 조성의 합금인850℃의 반응기에서 TCS를 사용하여 부식을 방지하고/보다 적은 정도로 내구성의 규화물 비활성 층을 생성하는 합금 반응기 벽의 규화물 코팅을 생성할 수 있다. (d) 반응기 벽으로 사용되는 합금이 상기 (a) 및 (c)와 상이한 조성의 합금인850℃의 반응기에서 TCS를 사용하여 부식을 방지하고/보다 적은 정도로 내구성의 규화물 비활성 층을 생성하는 합금 반응기 벽의 규화물 코팅을 생성할 수 있다.
도 14를 참조하여, 본 발명의 일부 실시양태에 관한 데이타를 나타낸다. 도 14는 자동 중 및/또는 반응기 냉각 후에 반응기로부터 나오는 물질의 단편을 나타낸다. 도 14에서 '플레이크 오프된' 물질의 단편의 오목 측면(내부 측면, 상기 베이스 층으로부터 떨어짐(반대임) - 즉, 반응 환경에 직접 노출됨)의 조성 연구의 Edax 결과는 Si(100 중량%)만이 존재함을 나타내었다.
대조적으로, 도 14에서 '플레이크 오프된' 물질의 단편의 볼록 측면(외부 측면, 상기 반응기의 규화물 층에 부착됨)의 조성 연구의 Edax 결과는 하기 조성을 나타내었다: Si(86.6 중량%), Cr(0.9 중량%), Mn(0.5 중량%) 및 Ni(12.0 중량%). 결과적으로, 도 14의 물질은 규소 내부 층이 생성되고, 이는 상기 베이스 금속을 코팅하는 규화물 층으로부터 성장함을 증명하였다. 일부 실시양태에서, 상기 산화물 처리 및 차단층은 도 14에서의 물질의 반응기로의 충분한 친화력을 향상시켰다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조된 반응기는 제1 구획을 포함하며, 여기서 상기 제1 부분의 적어도 일부는 (i) 1 이상의 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 제1 조성물을 갖는 1 이상의 베이스 층; 및 (ⅱ) 1 이상의 규화물 코팅 층을 포함하고, 여기서, 상기 1 이상의 규화물 코팅 층은 (1) 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을, 충분량의 규소 원자를 갖는 1 이상의 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 단계; (2) 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계; 및 (3) 1 이상의 규화물 코팅 층을 형성하는 단계의 공정에 의해 형성된다.
한 실시양태에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 다중 구획 반응기(1500)가 2 이상의 구획으로 구성된다. 반응 영역인, 상기 반응기(1500)의 제1 영역(1501)은 본 발명의 앞서 논의된 임의의 실시양태에 따라 규화물 형성 물질로부터 구성된다. 이어서, 상기 반응기(1500)의 반응 영역 구획(1501)은 본 발명의 앞서 논의된 임의의 실시양태에 따라 보호 코팅으로 코팅된다. 또다른 실시양태에서, 상기 반응기(1500)의 바닥 부위(bottom portion)인, 제2 구획(1502)은 상기 반응기(1500)로의 바닥 플랜징(flange)된 연결을 용이하게 하도록 스테인레스 스틸 물질로 구성되어 있다. 한 실시양태에서, 합금 물질(1)(예컨대, 비한정적으로, HR-160와 같이 본 원에서 기술된 니켈-크롬-코발트)이 상기 반응기(1500)의 반응 영역(1501)의 적어도 일부의 벽 부재 구성에 사용된다. 스테인레스 스틸 물질(2)은 상기 반응기(1500)의 바닥 부위(1502)의 구성에 사용될 수 있다.
한 실시양태에서, 상기 반응 영역(1501)의 벽 구조는, 제1 플랜지 립(1510)을 갖는 벽 부재(1505)에 계면(1504)에서 용접되고, 상기 반응기(1500)의 바닥 부위(1502)와 동일하거나 유사한 물질로 구성된다. 한 실시양태에서, 상기 반응기(1500)의 바닥 부위(1502)는 상기 벽 부재(1505)의 제1 플랜지 립(1510)에 부탁되는 제2 플랜지 립(1511)을 가져, 상기 바닥(1502)가 제거될 시 상기 반응기(1500)의 내부로 편리하게 접속할 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 제2 플랜지 립(1511)은, 작동 중에 내부 압력을 견디고 반응기 밀폐의 일체성 보전하는 임의의 적합한 방식으로 상기 제1 플랜지 립(1510)에 부착된다.
특히, 상기 반응기(1500)의 바닥(1502)에 플랜징된 연결을 허용하는 스테인레스 스틸 물질(2) 또는 다른 재료를 사용하여 다양한 목적으로 상기 반응기(1500)의 내부로의 접속을 용이하게 할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 규소 공급물 기체의 투입 및/또는 제거를 위한 접속(1506)이 제공된다. 또다른 실시양태에서, 물 재킷(1503, 1508)로부터의 냉각 유체의 투입 및/또는 제거를 위한 접속이 제공된다. 또다른 실시양태에서, 예를 들어 폴리실리콘 코팅된 비드의 투입 및/또는 제거를 위한 접속(1507)이 제공된다.
또다른 실시양태에서, 비활성 물질(1509)를 사용하는 것이 교시되며, 여기서 비활성 물질(1509)는 상기 반응기(1500)의 바닥에 위치하여, 상기 반응기 벽의 스테인레스 스틸 부위(1502)와 상기 투입된 규소 공급물 기체 사이에 저어도 부분적인 물리적 배리어를 형성한다. 한 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 상기 TCS 열 분해 반응에 참여하지 않거나 상기 반응의 임의의 부산물과 상호작용하지 않는 물질이다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 어떠한 실질적인 방식으로도 상기 반응기(1500)의 반응 영역으로부터 열(열 전도도는 100 BTU/(lb*℉) (6.3 W/(m*K) 미만임)을 전도하지 않는다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 어떠한 실질적인 방식으로도 상기 반응기(1500)의 반응 영역에 존재할 수 있는 화학물(예를 들어, Cl, HCl, TCS, STC 등)과 반응하지 않는 물질이다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 환경적 배리어로서 작용을 하며, 다른 경우에 물질(2)가 상기 반응 영역의 환경을 거칠 때 경험할 수 있는 부식으로부터 물질(2)를 실질적으로 보호한다(90% 이상의 경감 효과를 제공함).
한 실시양태에서, 상기 사용되는 비활성 물질(1509)는 세라믹 물질이다. 또다른 실시양태에서, 상기 사용되는 비활성 물질(1509)은 캐스트 알루미나 물질이다. 또다른 실시양태에서, 상기 사용되는 비활성 물질(1509)은, 규소 공급원 기체 및/또는 다른 친핵성 또는 부식성 물질이 상기 반응기(1500)로 유입되는 경우에, 상기 반응기에 플랜지 접속을 허용하는 스테인레스 스틸 또는 다른 물질의 발생률 및/또는 심각도를 감소시킬 수 있는 임의의 물질이다. 한 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 임의의 물질 또는 이들의 조합, 예컨대 산화지르코늄, 질산규소, 탄화규소, 산화규소 및/또는 산화알루미늄으로부터 선택된다.
또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 형상이 구형이다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1509)는 형상이 관형이다.
또다른 실시양태에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 비활성 물질(1609)는 상기 반응기(1600)의 스테인레스 스틸 부위(1602) 내에 위치한 캐스트 삽입물이다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1609)은 세라믹 물질 또는 또다른 유사한 물질로 제조된 캐스트 삽입물이다.
또다른 실시양태에서, 도 17에서 도시된 바와 같이, 상기 삽입 물질(1709)은 상기 반응기(1700)의 스테인레스 스틸 부위(1702) 내에 위치하는 캐스트 삽입물이며, 공간 (1713) 내의 임의의 수고 기체가 상기 스테인레스 스틸(1702)와 캐스트(1709) 부위 사이에 존재하여 실란 및 다른 부식성 물질의 침투를 방지한다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1709)은 반응기(1700) 벽 성분의 스테인레스 스틸 바닥 부위(1702)의 물리적 코팅으로서 사용된다. 또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질(1709)는 상기 반응기(1700)의 반응 영역(1701)의 적어도 일부를 둘러싸는 라이너(1712)로 전이하는 삽입물(1709)이다. 또다른 실시양태에서, 임의의 적합한 기체가 상기 라이너(1712), 캐스트 삽입물(1709) 및 상기 반응기(1700)의 벽(상기 반응 영역(1701), 상기 바닥 구획(1702)의 적어도 일부) 사이의 공간(1713)에서 순환한다. 또다른 실시양태에서, 임의의 수소 기체가 상기 라이너(1712), 캐스트 삽입물(1709) 및 상기 반응기(1700)의 벽(상기 반응 영역(1701), 상기 바닥 구획(1702)의 적어도 일부) 사이의 공간(1713)에서 순환한다.
또다른 실시양태에서, 상기 비활성 물질은 격자 재료로서 이용되며, 이는 그 자체로 상기 반응기의 내부 부피 내에 임의로 위치할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 상기 반응기 벽은 추가로 재킷 처리되어 적절한 온도 관리를 제공한다.
또다른 실시양태에서, 상기 플랜징된 접속 지점은, 상기 반응기 내에 함유된 비활성 물질이 상기 반응기의 바닥 부위의 구성에서 사용된 스테인레스 스틸(또는, 플랜징된 접속 지점의 이용을 허용하는 다른 물질)과 접촉하는 지점 위에서 물질(예를 들어, 규소 공급물 기체 및/또는 냉각 유체)의 유입 및 배출을 제공한다.
본 발명의 많은 실시양태가 기술되었지만, 이러한 실시양태는 한정적이 아닌 단지 예시적이며, 많은 수정예 및/또는 대체 실시양태가 당업자에게 명백하게 될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 임의의 단계를 임의의 소정 순서로 실시될 수 있다(그리고, 임의의 소정 단계가 추가 및/또는 삭제될 수 있음). 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 상기 모든 변경예 및 실시양태를 커버하는 것을 의도로 한다.

Claims (21)

  1. 제1 구획으로서, 그 제1 구획의 적어도 일부는
    (i) 1 이상의 베이스 층으로서, 1 이상의 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 제1 조성물을 갖는 1 이상의 베이스 층; 및
    (ⅱ) 1 이상의 규화물 코팅 층으로서,
    (1) 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 갖는 1 이상의 베이스 층을, 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 규소 원소의 충분량을 갖는 1 이상의 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 것인 단계,
    (2) 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 상기 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계, 및
    (3) 상기 1 이상의 규화물 코팅 층을 형성하는 단계
    로 된 공정에 의해 형성되는 1 이상의 규화물 코팅 층
    을 포함하는 제1 구획
    을 포함하는 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응기는
    제2 구획으로서, 상기 제1 조성물과 상이한 제2 조성물로부터 구성되는 제2 구획; 및
    비활성 물질로서, 상기 반응기의 제2 구획을 차지하는 비활성 물질
    을 추가로 포함하는 것인 반응기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 구획은
    (i) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 정상 부위(top portion)로서, 상기 정상 부위의 제2 말단은 제1 립(lip)을 갖고, 상기 제1 말단은 상기 반응기의 제1 구획의 일부에 부착된 것인 정상 부위;
    (ⅱ) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 바닥 부위(bottom portion)로서, 상기 바닥 부위의 제2 말단은 상기 반응기의 바닥을 형성하고, 상기 제2 부위의 제1 말단은 제2 립을 갖는 것인 바닥 부위
    를 포함하고, 상기 제1 립 및 제2 립은 서로 단단히 부착되도록 충분히 설계되어 있는 것인 반응기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응기는 라이너(liner)를 추가로 포함하고, 그 라이너는 상기 비활성 물질에서 상기 정상 구획으로 연장하는 것인 반응기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 비활성 물질과 상기 반응기 사이에는 기체 투입을 허용하는 공간이 존재하는 것인 반응기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기체가 수소인 반응기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 라이너와 상기 반응기 사이에는 기체 투입을 허용하는 공간이 존재하는 것인 반응기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기체가 수소인 반응기.
  9. 제2항에 있어서, 상기 비활성 물질은 산화지르코늄, 질산규소, 탄화규소, 산화규소 및 산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 반응기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 베이스 층의 1 이상의 제1 부분은 상기 1 이상의 규화물 코팅의 1 이상의 제1 부위을 형성하도록 충분히 설계되며, 상기 1 이상의 베이스 층의 1 이상의 제2 부분은 1 이상의 규화물 코팅의 1 이상의 제2 부위를 형성하도록 충분히 설계되는 것인 반응기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 규화물 코팅은 300℃ 이상의 온도에서 실질적인 화학적 부식을 견디도록 충분히 설계된 것인 반응기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 베이스 층은 세라믹 물질을 포함하는 것인 반응기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 베이스 층은 유리 세라믹 물질을 포함하는 것인 반응기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 베이스 층은 알루미늄(Al), 탄소(C), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 규소(Si), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티탄(Ti) 및 텅스텐(W)으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함하는 것인 반응기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 규화물 코팅의 조성은, 상기 1 이상의 베이스 층이 상기 1 이상의 규소 공급원 기체에 노출되는 온도에 따라 다른 것인 반응기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1 이상의 HxSiyClz를 포함하고, 여기서, x, y 및 z는 0∼6인 것인 반응기.
  17. 제15항에 있어서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1 이상의 TCS를 포함하는 것인 반응기.
  18. (a) 정상 구획으로서, 그 정상 구획의 적어도 일부는
    (i) 1 이상의 베이스 층으로서, 1 이상의 규화물 형성 금속 원소를 함유하는 1 이상의 베이스 층,
    (ⅱ) 1 이상의 규화물 코팅 층으로서,
    (1) 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 갖는 1 이상의 베이스 층을, 600℃ 이상의 제1 온도 및 충분히 낮은 압력에서, 규소 원소의 충분량을 갖는 1 이상의 규소 공급원 기체의 충분량에 노출시키는 단계로서, 상기 1 이상의 규소 공급원 기체는 1000℃ 이하의 제2 온도에서 분해되어 규소 원소의 충분량을 생성할 수 있는 것인 단계,
    (2) 상기 1 이상의 규화물 형성 금속 원소의 충분량을 상기 규소 원소의 충분량과 반응시키는 단계, 및
    (3) 상기 1 이상의 규화물 코팅 층을 형성하는 단계
    로 된 공정에 의해 형성되는 1 이상의 규화물 코팅 층,
    (ⅲ) 1 이상의 차단층
    을 포함하는 것인 정상 구획;
    (b) 바닥 구획으로서, 제2 조성물로부터 구성된 바닥 구획;
    (c) 여기서, 상기 제1 조성물 및 상기 제2 조성물은 상이함;
    (d) 비활성 물질로서, 상기 반응기의 바닥 구획을 차지하는 비활성 물질
    을 포함하는 반응기.
  19. 제16항에 있어서, 상기 1 이상의 차단 층은
    (i) 상기 1 이상의 규화물 코팅 층을 1 이상의 산소 농후한 기체의 충분량에 노출시키는 단계,
    (ⅱ) 상기 산소의 충분량을 상기 규화물 코팅 층 중 1 이상의 금속 원소의 충분량과 반응시키는 단계, 및
    (ⅲ) 1 이상의 차단 층을 형성하는 단계
    로 된 제2 공정에 의해 형성되는 것인 반응기.
  20. 제16항에 있어서, 상기 바닥 구획은
    (i) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 정상 부위로서, 상기 정상 부위의 제2 말단은 제1 립을 갖고, 상기 제1 말단은 상기 반응기의 정상 구획의 일부에 부착된 것인 정상 부위;
    (ⅱ) 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 바닥 부위로서, 상기 바닥 부위의 제2 말단은 상기 반응기의 바닥을 형성하고, 상기 바닥 부위의 제1 말단은 제2 립을 갖는 것인 바닥 부위
    를 포함하고, 상기 제1 립 및 제2 립은 서로 단단히 부착되도록 충분히 설계되어 있는 것인 반응기.
  21. 제16항에 있어서, 상기 1 이상의 차단 층은 Al2O3, SiO2, Si3N4 및 SiC로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 반응기.
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