KR20170070005A - 세그먼트화된 탄화규소 라이너 - Google Patents

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이. 웨인 오스본
매튜 제이. 밀러
마이클 브이. 스팽글러
제럴드 에이. 제인잉거
윌리엄 제이. 온스톳
월터 제이. 스투핀
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Abstract

폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너뿐만 아니라, 상기 세그먼트화된 탄화규소 라이너의 제조 및 사용 방법이 개시된다. 탄화규소 세그먼트를 연결하기 위한 비-오염성 결합 재료가 또한 개시된다. 탄화규소 세그먼트 중 1개 이상은 반응-결합된 탄화규소로 구성될 수 있다.

Description

세그먼트화된 탄화규소 라이너{SEGMENTED SILICON CARBIDE LINER}
본 개시내용은 폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너를 제조하기 위한 탄화규소 재료, 결합 재료 및 조인트 설계에 관한 것이다.
유동층에서의 규소-보유 기체의 열 분해는 탁월한 질량 및 열 전달, 증착을 위한 증가된 표면 및 연속적 제조로 인하여, 광기전력 및 반도체 산업을 위한 폴리규소을 제조하기 위한 매력적인 방법이다. 지멘스(Siemens)-유형 반응기와 비교하여, 유동층 반응기는 에너지 소모의 부분에서 상당히 더 높은 제조 속도를 제공한다. 유동층 반응기는 매우 자동화되어 노동 비용을 유의하게 감소시킬 수 있다.
유동층 반응기에서의 규소-함유 물질, 예컨대 예를 들어 실란, 디실란 또는 할로실란, 예컨대 트리클로로실란 또는 테트라클로로실란의 열분해를 포함하는 화학적 기상 증착 방법에 의한 입자상 다결정 규소의 제조는 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있으며, 하기 특허 및 공보를 비롯한 다수의 공개물에 의해 예시되어 있다: US 8,075,692, US　7,029,632, US 5,810,934, US　5,798,137, US 5,139,762, US 5,077,028, US　4,883,687, US 4,868,013, US　4,820,587, US 4,416,913, US 4,314,525, US　3,012,862, US 3,012,861, US2010/0215562, US2010/0068116, US2010/0047136, US2010/0044342, US2009/0324479, US2008/0299291, US2009/0004090, US2008/0241046, US2008/0056979, US2008/0220166, US 2008/0159942, US2002/0102850, US2002/0086530 및 US2002/0081250.
규소는 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 보다 높은 차수의 실란 (SinH2n +2), 디클로로실란 (SiH2Cl2), 트리클로로실란 (SiHCl3), 규소 테트라클로라이드 (SiCl4), 디브로모실란 (SiH2Br2), 트리브로모실란 (SiHBr3), 규소 테트라브로마이드 (SiBr4), 디아이오도실란 (SiH2I2), 트리아이오도실란 (SiHI3), 규소 테트라아이오다이드 (SiI4) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 규소-보유 기체의 분해에 의해 반응기 내 입자 상에 증착된다. 규소-보유 기체는, 클로린 (Cl2), 수소 클로라이드 (HCl), 브로민 (Br2), 수소 브로마이드 (HBr), 아이오딘 (I2), 수소 아이오다이드 (HI) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중 임의의 것으로서 정의되는 1종 이상의 할로겐-함유 기체와 혼합될 수 있다. 규소-보유 기체는 또한 1종 이상의 다른 기체, 예컨대 수소 (H2), 및/또는 질소 (N2), 헬륨 (He), 아르곤 (Ar) 및 네온 (Ne)으로부터 선택된 1종 이상의 불활성 기체와 혼합될 수 있다. 특정한 구현예에서, 규소-보유 기체는 실란이며, 상기 실란은 수소와 혼합된다. 규소-보유 기체는 임의의 동반되는 수소, 할로겐-함유 기체 및/또는 불활성 기체와 함께 유동층 반응기 내에 도입되고, 상기 반응기 내에서 열 분해되어 규소를 생성하며, 이는 상기 반응기 내 시드(seed) 입자 상에 증착된다.
유동층 반응기에서의 통상적인 문제점은 반응기 및 이의 성분을 구성하는 데 사용된 재료에 의한, 높은 작동 온도에서 유동층에서의 규소-코팅된 입자의 오염이다. 예를 들어, 니켈은 반응기 부품을 구성하는 데 사용된 일부 니켈 합금에서의 기재 금속으로부터 규소 층 내로 (예를 들어, 규소-코팅된 입자 상에) 확산되는 것으로 나타났다. 유사한 문제점은 게르마늄-코팅된 입자를 제조하기 위한 게르마늄-보유 기체의 열 분해를 위해 구성된 유동층 반응기에서 발생한다.
본 개시내용은 폴리규소 제조용 유동층 반응기 (FBR)에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너를 제조하기 위한 탄화규소 재료, 결합 재료 및 조인트 설계의 구현예에 관한 것이다.
폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 FBR을 위한 탄화규소 라이너는 적어도 부분적으로 반응 챔버를 규정하는 내향 표면을 갖는다. 상기 라이너의 적어도 일부분은 반응-결합된 SiC를 포함할 수 있으며, 이는 상기 라이너의 내향 표면의 적어도 일부분 상에서, 3% 미만 원자의 도펀트 및 5% 미만 원자의 외부 금속의 표면 오염 수준을 갖는다. 일 구현예에서, 상기 비율은 3% 미만 원자의 조합된 도펀트 B, Al, Ga, Be, Sc, N, P, As, Ti 및 Cr의 표면 오염 수준을 갖는다. 독립적인 구현예에서, 상기 비율은 1% 미만 원자의 인 및 1% 미만 원자의 붕소의 표면 오염 수준을 갖는다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 반응-결합된 SiC는, (i) FBR에서 제조된 폴리규소-코팅된 과립 재료가 ≤　1　ppbw의 이동성 금속 오염 수준을 갖거나, 또는 (ii) FBR에서의 이동성 금속 부분 압력이 FBR의 작동 동안 0.1 Pa 미만이거나, 또는 (iii) 이동성 금속 오염이 ≤　1　ppbw이고, 작동 동안 FBR에서의 이동성 금속 부분 압력이 0.1 Pa 미만이도록 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 가질 수 있다. 이동성 금속은 알루미늄, 크롬, 철, 구리, 마그네슘, 칼슘, 소듐, 니켈, 주석, 아연 및 몰리브덴을 포함할 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 반응-결합된 SiC는 태양전지-등급(solar-grade) 또는 전자-등급(electronic-grade) 규소로부터 제조될 수 있다.
FBR에 사용하기 위한 SiC 라이너는 리튬 염을 포함하는 결합 재료와 함께 결합된 복수의 SiC 세그먼트로부터 구성될 수 있다. 상기 세그먼트들 중 1개 이상은 반응-결합된 SiC를 포함할 수 있다. 상기 결합 재료는 경화 전에, 리튬 실리케이트로서의 2500 내지 5000 ppm의 리튬 및 탄화규소 입자를 포함하는 수성 슬러리일 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 상기 결합 재료는 알루미늄 실리케이트를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 상기 결합 재료는 20℃에서 3.5 Paㆍs 내지 21 Paㆍs의 점도를 가질 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 상기 결합 재료는 경화 후에, 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 및 93 내지 97 wt%의 탄화규소 입자를 포함할 수 있다.
SiC 세그먼트로부터 탄화규소 라이너를 구성하는 방법은 (i)　제1 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분에 본원에 개시된 바와 같은 결합 재료를 도포함으로써 적어도 하나의 코팅된 에지 표면을 형성하는 단계; (2) 상기 제1 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분이 제2 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분과 접합되도록 하며, 상기 결합 재료의 적어도 일부분이 상기 제1 탄화규소 세그먼트 및 상기 제2 탄화규소 세그먼트의 접합 에지 표면 사이에 위치되도록 하는 단계; 및 (3) 탄화수소가 없는 분위기에서 상기 결합 재료에 열을 가하여, 결합된 제1 및 제2 탄화규소 세그먼트를 형성하는 단계를 포함한다. 열을 가하는 단계는 상기 접합된 제1 및 제2 탄화규소 세그먼트를 제1 기간 동안 제1 온도 T1에서의 분위기에 노출시키는 단계, 온도를 온도 T2로 증가시키는 단계, 및 상기 접합된 제1 및 제2 탄화규소 세그먼트를 제2 기간 동안 상기 제2 온도 T2 (여기서, T2 > T1)로 노출시켜 상기 결합 재료를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 상기 접합된 SiC 세그먼트는 열을 가하는 단계 전에 초기 기간 동안 대기 중에서 주위 온도에서 건조되도록 될 수 있다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 2개의 SiC 세그먼트가 상기 결합 재료와 함께 연결되는 경우, 제1 SiC 세그먼트의 에지 표면 및 제2 SiC 세그먼트의 인접 에지 표면 중 하나는 암형 조인트 부분을 규정할 수 있다. 제1 SiC 세그먼트의 에지 표면 및 제2 SiC 세그먼트의 인접 에지 표면 중 나머지는, 상기 암형 조인트 부분과 끼워 맞춰지는 협력 치수를 갖는 수형 조인트 부분을 규정할 수 있다. 상기 수형 조인트 부분은 상기 암형 조인트 부분보다 더 작은 치수를 가지며, 이에 의해 2개의 SiC 세그먼트가 접합되는 경우 공간을 형성한다. 상기 공간 내에 상기 결합 재료가 배치된다.
일부 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 복수의 수직 적층된 SiC 세그먼트를 포함한다. 제1 SiC 세그먼트는, 상향 개방 제1 세그먼트 함몰부 또는 상향 연장 제1 세그먼트 돌출부 중 하나를 규정하는 상부 에지 표면을 갖는다. 상기 제1 세그먼트 위에 위치하며 이에 접합된 제2 SiC 세그먼트는, 하향 개방 제2 세그먼트 함몰부 (상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면이 상향 연장 제1 세그먼트 돌출부를 규정하는 경우) 또는 하향 연장 제2 세그먼트 돌출부 (상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면이 상향 개방 제1 세그먼트 함몰부를 규정하는 경우)를 규정하는 하부 에지 표면을 갖는다. 상기 돌출부는 상기 함몰부 내에 수용된다. 상기 돌출부는 상기 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 함몰부의 표면이 상기 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 함몰부 및 상기 돌출부 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 결합 재료의 체적이 배치된다.
각각의 상기 제1 및 제2 SiC 세그먼트는 관형 벽을 규정할 수 있다. 제1 관형 벽은 환형 상부 표면을 갖고, 상기 상부 에지 표면이 이의 적어도 일부분이며, 상기 제1 세그먼트 함몰부는 상기 상부 에지 표면의 적어도 일부분을 따라 연장되는 홈이거나, 또는 상기 제1 세그먼트 돌출부는 상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면의 적어도 일부분으로부터 상향으로 그리고 이를 따라 연장된다. 상기 홈 또는 돌출부는 전체 환형 상부 표면 둘레에 연장될 수 있다. 제2 관형 벽은 환형 하부 표면을 갖고, 상기 하부 에지 표면이 이의 적어도 일부분이며, 상기 제2 세그먼트 함몰부는 상기 하부 에지 표면의 적어도 일부분으로부터 하향으로 그리고 이를 따라 연장되는 돌출부이거나, 또는 상기 제2 세그먼트 함몰부는, 상기 제2 세그먼트 하부 에지 표면의 적어도 일부분에 의해 규정되며 이를 따라 연장되는 홈이다. 상기 돌출부 또는 상기 함몰부는 전체 환형 하부 표면 둘레에 연장될 수 있다. 임의의 또는 모든 이러한 상기 구현예에서, 제2 SiC 세그먼트는, 상향 개방 제2 세그먼트 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면을 포함할 수 있다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 1개 이상의 추가의 SiC 세그먼트를 포함할 수 있다. 각각의 추가의 SiC 세그먼트는 상향 개방 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면 및 하향 연장 돌출부를 규정하는 하부 에지 표면을 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 추가의 SiC 세그먼트 아래에 위치하며 이에 접합된 인접 SiC 세그먼트의 상부 에지 표면 함몰부 내에 수용되며, 상기 돌출부는 상기 인접 SiC 세그먼트의 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 돌출부 및 상기 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 상기 결합 재료의 체적이 배치된다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 상기 라이너의 최상부 세그먼트인 말단 SiC 세그먼트를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 말단 SiC 세그먼트는 제2 SiC 세그먼트 위에 위치하며 이에 접합된다. 별법으로, 이는 상기 제2 SiC 세그먼트 위에 위치하는 추가의 SiC 세그먼트 위에 위치하며 이에 접합될 수 있다. 일부 구현예에서, 말단 SiC 세그먼트는, 말단 SiC 세그먼트에 인접하여 그 아래에 위치하는 SiC 세그먼트의 함몰부 내에 수용되는 하향 연장 말단 세그먼트 돌출부를 규정하는 하부 에지 표면을 갖고, 상기 돌출부는 상기 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 돌출부 및 상기 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 상기 결합 재료의 체적이 배치된다.
일부 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트를 포함하는 관형 벽을 포함하며, 각각의 측방 연결된 SiC 세그먼트는 측방 에지, 및 관형 벽 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 갖는다. 인접 SiC 세그먼트들의 접합 측방 에지 사이에 결합 재료의 체적이 배치된다.
일 구현예에서, 상기 관형 벽의 각각의 SiC 세그먼트는 제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면, 및 제2 측방 에지 표면의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면을 포함한다. 상기 돌출부는 상기 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 제1 SiC 세그먼트의 제1 측방 에지가 인접 SiC 세그먼트의 제2 측방 에지에 접합되는 경우, 상기 함몰부의 표면이 상기 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 함몰부 및 상기 돌출부 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 결합 재료의 체적이 배치된다.
또 다른 구현예에서, 상기 관형 벽은 측방 연결된 교대의 제1 및 제2 SiC 세그먼트를 포함한다. 각각의 제1 SiC 세그먼트는 제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면을 포함한다. 각각의 제2 SiC 세그먼트는 제2 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면을 포함하며, 상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 제1 세그먼트의 제1 측방 에지가 상기 제2 측방 에지에 접합되는 경우가 되도록 한다. 상기 돌출부는 상기 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 제1 세그먼트의 제1 측방 에지가 상기 제2 측방 에지에 접합되는 경우, 상기 제1 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 제2 세그먼트 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 제1 세그먼트 함몰부 및 상기 제2 세그먼트 돌출부 사이에 공간이 위치하도록 하고, 상기 공간 내에 결합 재료의 체적이 배치된다.
세그먼트화된 SiC 라이너는 수직 적층된 제1 및 제2 관형 벽을 포함할 수 있으며, 각각의 관형 벽은 전술된 바와 같은 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트를 포함한다. 각각의 관형 벽의 인접 측방 연결된 SiC 세그먼트 사이에 결합 재료의 체적이 배치된다. 또한, 결합 재료의 체적은 상기 제1 및 제2 관형 벽 사이에 배치된다. 이러한 구현예에서, 상기 제1 관형 벽의 각각의 SiC 세그먼트는 상향 개방 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면을 추가로 포함한다. 상기 제2 관형 벽의 각각의 SiC 세그먼트는, 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부 내에 수용되는 하향 연장 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부를 규정하는 하부 에지 표면을 추가로 포함한다. 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부는 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 제1 및 제2 관형 벽 세그먼트가 접합되는 경우 상기 돌출부 및 상기 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 한다.
일부 상기 구현예에서, 각각의 제2 관형 벽 세그먼트는 상향 개방 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면을 추가로 포함한다. 이러한 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 1개 이상의 추가의 관형 벽을 추가로 포함할 수 있으며, 각각의 추가의 관형 벽은 복수의 측방 연결된 추가의 SiC 세그먼트를 포함한다. 각각의 추가의 SiC 세그먼트는 이의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지, 이의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지, 상향 개방 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면, 및 하향 연장 돌출부를 규정하는 하부 에지 표면을 포함한다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 복수의 측방 연결된 말단 SiC 세그먼트를 포함하는 말단 관형 벽을 추가로 포함할 수 있다. 각각의 말단 SiC 세그먼트는 이의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지, 이의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지, 및 상기 말단 SiC 세그먼트 아래에 위치한 관형 벽 세그먼트의 상향 개방 함몰부에 수용되는 하향 연장 돌출부를 규정하는 하부 에지 표면을 포함한다.
임의의 또는 모든 상기 구현예에서, 적어도 1개의 고정 부재가 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트를 포함하는 각각의 관형 벽의 원통형 외부 표면 둘레에 연장될 수 있다. 상기 고정 부재는 SiC와 유사한 열 팽창 선형 계수, 예컨대 2　×　10-6/K 내지 6 × 10-6/K 범위의 열 팽창 선형 계수를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 고정 부재는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 구성된다.
폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기는 외부 벽을 갖는 용기 및 본원에 개시된 바와 같은 탄화규소 라이너를 포함하며, 상기 라이너는 상기 라이너의 내부 표면이 반응 챔버의 일부분을 규정하도록 상기 외부 벽의 외측으로 위치된다. 상기 SiC 라이너는 반응-결합된 SiC로 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 상기 SiC 라이너는 SiC 세그먼트로부터 구성될 수 있다. 임의의 또는 모든 상기 구현예에서, FBR은 상기 외부 벽 및 상기 세그먼트화된 탄화규소 라이너 사이에 위치된 적어도 1개의 가열기, 규소-보유 기체를 포함하는 1차 기체를 반응 챔버 내로 허용하도록 위치된 개구를 갖는 적어도 1개의 주입구, 복수의 유동화 기체 주입구 (여기서, 각각의 유동화 기체 주입구는 상기 반응 챔버 내로의 배출구 개구를 가짐), 및 상기 용기로부터 규소-코팅된 생성물 입자를 제거하기 위한 적어도 1개의 배출구를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로 진행될 하기 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 유동층 반응기의 도식적 횡단면 정면도이다.
도 2는 복수의 적층 세그먼트를 포함하는 세그먼트화된 라이너의 도식적 경사면도이다.
도 3은 2개의 수직 접합된 탄화규소 세그먼트 사이의 경계를 나타내는, 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 도식적 부분 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 세그먼트화된 라이너의 제1 탄화규소 세그먼트 및 제2 탄화규소 세그먼트의 도식적 분해도이다.
도 5는 3개의 수직 접합 탄화규소 세그먼트를 도시하는 세그먼트화된 라이너의 일부분의, 도 2의 라인 5-5를 따라 취한 도식적 횡단면도이다.
도 6은 말단 탄화규소 세그먼트의 도식적 정면도이다.
도 7은 복수의 측방 연결된 세그먼트를 포함하는 세그먼트화된 라이너의 도식적 경사면도이다.
도 8은 복수의 측방 연결된 세그먼트를 포함하는 라이너의 하나의 세그먼트의 도식적 경사면도이다.
도 9는 2개의 측방 접합된 탄화규소 세그먼트 사이의 경계를 나타내는, 도 7의 라인 9-9를 따라 취한 도식적 부분 횡단면도이다.
도 10은 각각 측방 접합된 세그먼트로 구성된 복수의 수직 접합된 세그먼트를 포함하며, 고정 부재를 포함하는 세그먼트화된 라이너의 도식적 경사면도이다.
도 11은 각각의 관형 벽 세그먼트가 복수의 측방 접합된 세그먼트를 포함하는 복수의 적층된 관형 벽 세그먼트를 포함하는 세그먼트화된 라이너의 도식적 경사면도이다.
도 12는 2개의 접합 적층된 벽 세그먼트의 부분의 도식적 분해도이다.
도 13은 도 11의 말단 관형 벽 세그먼트 중 하나의 세그먼트의 도식적 경사면도이다.
도 14는 복수의 고정 부재가 수직 연결된 관형 벽 세그먼트를 둘러싸는, 도 11의 세그먼트화된 라이너의 도식적 경사면도이다.
본 개시내용은 폴리규소 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너를 제조하기 위한 탄화규소 재료, 결합 재료 및 조인트 설계의 구현예에 관한 것이다. 과립상 폴리규소을 제조하기 위한 유동층 반응기 (FBR)는 반응 챔버에 내향 라이너를 포함할 수 있다. 상기 라이너는 상기 라이너 외부에 위치된 반응기 성분으로부터 발생하는 폴리규소 과립 오염을 방지한다. 상기 라이너는 탄화규소와 같은 비-오염성 재료로 구성된다.
그러나, 제조 및 반응기 설계 제한은 단일-단편(single-piece) 탄화규소 라이너가 제조되는 것을 허용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상업적-규모의 FBR을 위한 충분히 큰 단일-단편 탄화규소 라이너를 제조하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 이에 따라, 탄화규소 라이너는 복수의 탄화규소 세그먼트로부터 조립될 수 있다. 세그먼트화된 탄화규소 라이너를 구성하기에 적합한 조인트 설계 및 결합 재료에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 탄화규소 순도가 고려사항이다. 예를 들어, 일부 탄화규소는 붕소 니트라이드 첨가제를 사용하여 제조되며, 이는 FBR 내 반응 조건 하에 폴리규소 과립의 목적하지 않은 붕소 오염을 생성한다.
I. 정의 및 약어
하기 용어 및 약어에 대한 설명은 본 개시내용을 보다 잘 설명하고, 본 개시내용의 실시의 경우 통상의 기술자를 하도록 안내하기 위해 제공된다. 본원에 사용된 용어 "포함하는(comprising)"은 "비롯한(including)"을 의미하고, 단수 형태 또는 관사는 문맥이 명확히 달리 나타내지 않는 한 복수의 언급 대상을 포함한다. 용어 "또는"은 문맥이 명확히 달리 명시하지 않는 한, 언급된 대체 요소들 중 단일 요소 또는 둘 이상의 요소의 조합을 지칭한다.
달리 설명되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시내용이 속하는 당업계의 기술자에게 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 바와 유사하거나 또는 동등한 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 하기 기재된다. 상기 재료, 방법 및 예는 오직 예시적인 것이며, 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시내용의 다른 특징은 하기 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백하다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서 또는 청구범위에 사용된 바와 같은 성분, 백분율, 온도, 시간 등의 수량을 나타내는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 이에 따라, 달리 명시되지 않는 한, 내포적으로 또는 명확하게, 제시된 수치 파라미터는 추구하는 목적 특성, 표준 시험 조건/방법 하의 검출 제한, 또는 둘 모두에 따라 달라질 수 있는 대략적인 값이다. 구현예를 논의된 선행 기술로부터 직접적으로 그리고 명확하게 구별하는 경우, 구현예 숫자는 해당 단어가 "약"을 언급하지 않는 한 대략적인 값이 아니다.
달리 명시되지 않는 한, 조성물 또는 재료를 언급하는 모든 백분율은 중량 퍼센트, 즉 % (w/w)인 것으로 이해된다. 예를 들어, 2%의 리튬을 포함하는 조성물은 상기 조성물 100 g당 2 g의 리튬을 포함한다. 명백히 언급되는 경우, 물질을 언급하는 백분율은 원자 백분율, 즉 100개의 원자당 원자의 수일 수 있다. 예를 들어, 1% 원자의 인을 포함하는 물질은 상기 물질에서의 100개의 원자당 1개의 인 원자를 포함한다. 유사하게, 백만분율 (ppm) 또는 십억분율 (ppb)로서 표현된 농도는 달리 명시되지 않는 한 중량에 관한 것으로 이해되며, 예를 들어 1　ppm = 1 mg/kg이다. 명백히 언급되는 경우, 농도는 ppma (ppm 원자) 또는 ppba로서 표현될 수 있으며, 예를 들어 1 ppma = 1,000,000개의 원자 중 1개의 원자이다.
본 개시내용의 다양한 구현예의 검토를 용이하게 하기 위하여, 특정한 용어의 하기 설명이 제공된다:
수용체: 전자를 수용할 수 있으며, 이에 따라 규소 원자의 원자가띠(valence band)에 홀을 생성하는 원자 (p형 도펀트)이며; 수용체는 제III족 원소, 예컨대 B, Al, Ga, 또한 Be, Sc를 포함한다.
원자 퍼센트: 물질에서의 원자의 퍼센트, 즉 상기 물질의 100개의 원자당 특정한 원소의 원자의 수.
공여체: 탄화규소에서 전하 캐리어로서 작용하는 전자를 공여할 수 있는 원자 (n형 도펀트)이며; 나머지 4개의 전자가 규소와 배위하고; 공여체는 제V족 원소, 예컨대 N, P, As; 또한 Ti, Cr, Sb를 포함한다.
도펀트: 그의 특성을 조절하기 위해 물질 내에 도입되는 불순물이며; 수용체 및 공여체 원소는 재료, 예를 들어 반도체의 결정 격자 내의 원소를 대체한다.
전자-등급 규소: 전자-등급 또는 반도체-등급 규소는 적어도 99.99999 wt%의 순도, 예컨대 99.9999 내지 99.9999999 wt% 순도의 규소를 갖는다. 상기 퍼센트 순도는 특정의 오염물, 예컨대 탄소 및 산소를 포함하지 않을 수 있다. 전자-등급 규소는 전형적으로 ≤ 0.3 ppba의 B, ≤ 0.3 ppba의 P, ≤　0.5　ppma의 C, < 50 ppba의 벌크 금속 (예를 들어, Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, Na, K, Ca), ≤　20　ppbw의 표면 금속, ≤ 8 ppbw의 Cr, ≤ 8 ppbw의 Ni, ≤ 8 ppba의 Na를 포함한다. 일부 경우에, 전자-등급 규소는 ≤ 0.15 ppba의 B, ≤ 0.15 ppba의 P, ≤ 0.4 ppma의 C, ≤　10　ppbw의 벌크 금속, ≤ 0.8 ppbw의 표면 금속, ≤ 0.2 ppbw의 Cr, ≤ 0.2 ppbw의 Ni, ≤　0.2　ppba의 Na를 포함한다.
외부 금속: 본원에 사용된 용어 "외부 금속"은 규소 이외의, 탄화규소에 존재하는 임의의 금속을 지칭한다.
LCTE: 온도 변화 정도당 재료의 길이에서의 분획 변화의 측정치인 열 팽창 선형 계수.
이동성 금속: 본원에 사용된 용어 "이동성 금속"은 유동층 반응기의 작동 조건에서 물질 밖으로 (예를 들어, 탄화규소 밖으로) 이동하거나 또는 증발되어 생성물 오염에 기여할 수 있는 금속 원자 또는 금속 이온을 지칭한다. 이동성 금속은 제IA족 금속, 제IIA족 금속, 제 IIIA족 금속, 전이 금속 및 이들의 양이온을 포함한다.
반응- 결합된 탄화규소 ( RBSiC): 반응-결합된 탄화규소는 다공성 탄소 또는 흑연을 용융된 규소와 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 별법으로, RBSiC는 고온에서 탄화규소 및 탄소 입자의 미분된 혼합물을 액체 또는 증발된 규소에 노출시키며, 이에 의해 규소가 탄소와 반응하여 추가의 탄화규소 (이는 본래의 탄화규소 입자와 함께 결합됨)를 형성함으로써 형성될 수 있다. RBSiC는 종종 탄화규소 입자 사이의 공간을 채우는 몰 과량의 미반응 규소를 함유하고, "규소화된(siliconized) 탄화규소"로서 지칭될 수 있다. 일부 방법에서, 제조 공정 동안 가소제가 사용될 수 있으며, 후속으로 연소 제거될 수 있다.
태양전지-등급 규소: 적어도 99.999 wt% 원자의 순도를 갖는 규소. 또한, 태양전지-등급 규소는 전형적으로 태양전지 성능에 영향을 미치는 원소의 명시된 농도를 갖는다. 국제 반도체 장비 재료 협회(Semiconductor Equipment and Materials International) (SEMI) 표준 PV017-0611에 따르면, 태양전지-등급 규소는 등급 I 내지 IV로서 지정될 수 있다. 예를 들어, 등급 IV의 태양전지-등급 규소는 <　1000 ppba의 수용체 (B, Al), < 720 ppba의 공여체 (P, As, Sb), < 100 ppma의 탄소, <　200 ppba의 전이 금속 (Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo), 및 < 4000 ppba의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 (Na, K, Ca)을 함유한다. 등급 I의 태양전지-등급 규소는 < 1 ppba의 수용체, < 1 ppba의 공여체, <　0.3　ppma의 C, < 10 ppba의 전이 금속, 및 < 10 ppba의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 함유한다.
표면 오염: 표면 오염은 탄화규소 세그먼트와 같은 재료의 표면 층 내의 오염 (즉, 목적하지 않은 원소, 이온 또는 화합물)을 지칭한다. 표면 층은 재료의 최외부 원자 또는 분자 층뿐만 아니라 재료에서 25　μm의 깊이로 내측 연장되는 원자/분자 층을 포함한다. 표면 오염은 비제한적으로 주사 전자 현미경, 에너지 분산형 x선 분광분석법 또는 2차 이온 질량 분석법을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 결정될 수 있다.
II. 유동층 반응기
도 1은 규소-코팅된 입자를 제조하기 위한 유동층 반응기(10)의 단순화된 도식 다이어그램이다. 상기 반응기(10)은 일반적으로 수직으로 연장되며, 외부 벽(20), 중앙 축(A1)을 갖고, 상이한 입면도에서 상이한 횡단면 치수를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 상기 반응기는 다양한 입면도에서 달라지는 횡단면 치수의 5개의 영역 I 내지 V를 갖는다. 반응 챔버는 상이한 횡단면 치수의 벽에 의해 규정될 수 있으며, 이는 반응기를 통한 기체의 상향 유동이 상이한 입면도에서 상이한 속도이도록 유발할 수 있다.
규소-코팅된 입자는 반응기 챔버(30) 내의 규소-보유 기체의 열 분해 및 유동층 내 입자 상에의 규소의 증착에 의해 성장한다. 1개 이상의 주입구 튜브(40)은 1차 기체, 예를 들어 규소-보유 기체, 또는 규소-보유 기체, 수소 및/또는 불활성 기체 (예를 들어, 헬륨, 아르곤)의 혼합물을 반응기 챔버(30) 내로 허용하도록 제공된다. 상기 반응기(10)은 1개 이상의 유동화 기체 주입구 튜브(50)을 추가로 포함한다. 추가의 수소 및/또는 불활성 기체는 유동화 주입구 튜브(들)(50)을 통해 상기 반응기 내로 전달되어, 반응기 층 내 입자를 유동화시키기 위한 충분한 기체 유동을 제공할 수 있다. 제조의 시초에 그리고 정상 작동 동안, 시드 입자가 시드 주입구 튜브(60)을 통해 상기 반응기(10) 내로 도입된다. 규소-코팅된 입자는 1개 이상의 생성물 배출구 튜브(70)을 통해 반응기(10)으로부터의 제거에 의해 수확된다. 라이너(80)은 상기 반응기(10)을 통해 수직으로 연장될 수 있다. 일부 배열에서, 상기 라이너는 상기 반응기 벽(20)과 동심원이다. 도시된 라이너(80)은 일반적으로 형태가 원형 실린더이며, 즉 관형 라이너이다. 일부 구현예에서, 프로브 조립체(90)은 반응기 챔버(30) 내로 연장된다. 상기 반응기(10)은 1개 이상의 가열기를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 반응기는 라이너(80) 및 외부 벽(20) 사이의 반응기 챔버(30) 둘레에 동심으로 위치된 가열기(100)의 원형 어레이를 포함한다. 일부 시스템에서, 복수의 복사 가열기(100)은 가열기(100)이 서로 등거리의 공간을 둔 채로 이용된다.
상기 반응기에서의 온도는 상기 반응기의 다양한 부분에서 상이하다. 예를 들어, 폴리규소 입자의 제조에서 그로부터 규소가 방출되는 규소-함유 화합물로서 실란을 사용하여 작동하는 경우, 영역 I, 즉 하단 구역에서의 온도는 주위 온도 내지 100℃ (도 1)이다. 영역 II, 즉 냉각 구역에서, 온도는 전형적으로 50 내지 700℃ 범위이다. 영역 III, 중간 구역에서, 온도는 영역 IV에서와 실질적으로 동일하다. 영역 IV의 중앙 부분, 즉 반응 및 스플래쉬(splash) 구역은 620 내지 760℃, 및 유리하게는 660 내지 690℃에서 유지되며, 영역 IV의 벽, 즉 복사 구역 부근에서 온도는 700 내지 900℃로 증가된다. 영역 V의 상부 부분, 즉 퀀칭 구역은 400 내지 450℃의 온도를 갖는다.
폴리규소-코팅된 과립 입자는 규소-함유 기체의 열분해 및 시드 입자 상에의 다결정 규소 층의 증착을 실시하기에 충분한 조건 하에 상기 반응기 챔버 내에 시드 입자를 함유하는 유동층 반응기를 통해 규소-함유 기체를 유동시켜 폴리규소-코팅된 입자를 형성함으로써 제조된다.
반응기 챔버(30)에서 시드 입자 및/또는 규소-코팅된 입자와 접촉하는 표면은 생성물 오염의 공급원일 수 있다. 연질 금속은, 예를 들어 유동화되는 규소-코팅된 입자와의 접촉으로부터 골링(galling)되는 경향이 있다. 상기 용어 "골링"은 상대적 움직임과 직접 접촉하는 금속성 표면들 사이의 재료의 마모 및 이동을 지칭한다. 규소-코팅된 입자는 상기 이동된 금속에 의해 오염될 수 있다. 골링은 또한 금속 성분의 마모 및 찢김(tear)을 유발하며, 이는 재사용을 위한 조건으로 이들을 복귀시키기 위해 성분들이 대체되거나 또는 금속 표면이 연마되거나 기계처리될 때 반응기 다운시간(downtime)으로 이어진다. 따라서, 반응기 조건에 보다 잘 견디거나, 생성물 오염을 감소시키거나, 또는 둘 모두의 개선된 반응기 표면에 대한 필요성이 존재한다.
비-오염성 라이너는, 반응 챔버를 적어도 부분적으로 규정하고, 생성물 오염을 감소시키는 내향 표면을 갖는다. 상기 라이너는 상기 라이너 외부에 위치된 반응기 구성성분으로부터 발생하는 폴리규소-코팅된 과립 오염을 방지한다. 적합한 라이너 재료는 비-오염성 탄화규소를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 그러나, 탄화규소 라이너는 상업적-규모의 유동층 반응기 (FBR)와 함께 작동하는 경우 과제들을 제시할 수 있다. 예를 들어, 제조 및/또는 반응기 설계 제한은 단일-단편 SiC 라이너의 사용을 불가능하게 할 수 있다. 이에 따라, SiC 라이너는, 연결되어 상기 라이너를 형성하는 세그먼트들로 구성될 수 있다.
상기 SiC 라이너는 FBR의 영역 IV, 즉 반응 및 스플래쉬 구역의 적어도 일부분을 통해 연장된다. 유리하게는, 상기 라이너는 영역 IV의 길이를 통해 연장된다. 상기 라이너는 영역 I, II, III, V, 또는 이들의 임의의 조합을 통해 추가로 연장될 수 있다. 일부 예에서, 상기 라이너는 도 1에 도시된 바와 같이 영역 II, 영역 III, 영역 IV의 적어도 일부분, 및 영역 V의 적어도 일부분을 통해 연장된다.
III. 탄화규소 라이너
유동층 반응기를 위한 탄화규소 라이너는 유리하게는, SiC 라이너가 FBR의 작동 조건에 노출되는 경우 유의한 생성물 오염을 유발하지 않는 SiC로부터 구성된다. 일부 구현예에서, 상기 라이너의 적어도 일부분은 반응-결합된 SiC (RBSiC)로부터 구성된다.
일부 구현예에서, RBSiC를 포함하는 상기 라이너의 부분의 내향 표면은 3% 미만 원자의 도펀트 및 5% 미만 원자의 외부 금속의 표면 오염 수준을 갖는다. RBSiC에서의 도펀트는 B, Al, Ga, Be, Sc, N, P, As, Ti, Cr, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 부분은 조합된 3% 미만 원자의 도펀트 B, Al, Ga, Be, Sc, N, P, As, Ti 및 Cr의 표면 오염 수준을 갖는다. RBSiC로 구성된 상기 라이너 부분의 내향 표면은 유리하게는 1% 미만 원자의 인 및 1% 미만 원자의 붕소를 포함하는 표면 오염 수준을 갖는다.
RBSiC는 바람직하게는, 유동층 반응기에서 제조된 폴리규소-코팅된 과립 재료가 과립의 전체 질량을 기준으로 유도 결합 플라즈마 질량 분광분석(inductively coupled plasma mass spectroscopy) (ICPMS)에 의해 측정 시 ≤ 1 ppbw의 이동성 금속 오염 수준을 갖도록 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 갖는다. 알루미늄의 경우, 알루미늄이 FBR에서의 알루미늄 부분 압력이 적어도 1 Pa, 예를 들어 FBR 내 작동 조건에서 적어도 1 Pa이도록 충분한 농도로 RBSiC에 존재하는 경우 1 ppbw 이상의 오염 수준이 생성될 수 있다. 보다 무거운 원소 (예를 들어, Fe, Cr)의 경우, 목적하지 않은 생성물 오염 수준이 보다 낮은 부분 압력에서 발생할 수 있다. 일부 구현예에서, RBSiC는 FBR의 작동 동안 모든 이동성 금속 부분 압력의 합계에 대해 FBR에서의 총 이동성 금속 부분 압력이 0.1 Pa 미만이도록 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 갖는다. 이동성 금속은 알루미늄, 크롬, 철, 구리, 마그네슘, 칼슘, 소듐, 니켈, 주석, 아연 및 몰리브덴을 포함한다. 부분 압력은 과립 재료에서의 ICPMS에 의해 측정된 오염 수준을 기준으로 계산된다. 금속의 증기 압력은 하기 안토인(Antoine) 식에 의해 추정될 수 있다:
logp(atm) = A + B×T-1 + C×log(T) + D×T×10-3
상기 식에서, p는 금속 증기 압력 (atm)이고, T는 켈빈(Kelvin) 온도이고, A, B, C 및 D는 성분-특이적 상수이다 (문헌 [Alcock, Thermochemical Processes Principles and Models, Butterworth-Heinemann, 2001, p. 38]). 상기 계산은 특정한 불순물의 증기 모두가 과립 재료 내로 혼입된 것으로 가정한다. 불순물 증기는 이상적인 기체 법칙을 따르는 것으로 가정될 수 있다. 상기 반응기 내 불순물의 몰 또는 질량은 이상적인 기체 법칙으로 계산된다. 이어서, FBR에서의 과립 재료의 총 질량을 사용하여 과립 재료에서의 농도가 계산된다.
일부 구현예에서, RBSiC는 고온에서 탄화규소 및 탄소 입자의 미분된 혼합물을 액체 또는 증발된 규소에 노출시킴으로써 제조된 규소화된 SiC이다. 특정 구현예에서, 상기 액체 또는 증발된 규소는 태양전지-등급 또는 전자-등급 규소이다.
IV. 세그먼트화된 라이너
A. 수직 적층된 세그먼트
폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너(80)은 제1 SiC 세그먼트(82), 상기 제1 세그먼트(82)의 상단 상에 적층된 제2 SiC 세그먼트(84), 및 상기 제1 및 제2 SiC 세그먼트의 접합 에지 표면 사이에 배치된 결합 재료(110)의 체적을 포함할 수 있다 (도 2 및 3). 제1 또는 그보다 하부의 SiC 세그먼트(82) (이는 개시자 세그먼트로서 또한 지칭됨)는 상향 개방 제1 세그먼트 함몰부(82c)를 규정하는 제1 세그먼트 상부 에지 표면(82b)를 갖는다. 일부 구현예에서, 상기 제1 SiC 세그먼트는 편평한 하부 에지 표면을 가지며 (즉, 상기 하부 에지 표면은 함몰부 또는 돌출부를 포함하지 않음), 이에 의해 상기 라이너(80)이 유동층 반응기 챔버 내에 삽입되는 경우 기밀 밀봉을 가능하게 한다. 상기 제2 SiC 세그먼트(84)는 상기 제1 SiC 세그먼트(82) 위에 위치하며 이에 접합된다. 상기 제2 SiC 세그먼트(84)는 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c) 내에 수용되는 하향 연장 제2 세그먼트 돌출부(84e)를 규정하는 제2 세그먼트 하부 에지 표면(84d)를 갖는다. 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c) 및 제2 세그먼트 돌출부(84e)는 각각 암형 및 수형 조인트 부분이다. 일부 예에서, 상기 조인트 부분은 텅-및-홈(tongue-and-groove) 구성을 가지며, 여기서 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c)는 상기 홈에 상응하고, 상기 제2 세그먼트 돌출부(84e)는 상기 텅에 상응한다.
상기 제2 세그먼트 돌출부(84e)는 상기 제1 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 돌출부(84e)가 상기 함몰부(82c)에 수용되는 경우, 상기 제1 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 제2 세그먼트 돌출부의 표면으로부터 이격되며, 상기 제2 세그먼트 돌출부(84e) 및 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c) 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간은 결합 재료의 체적을 수용하기에 적합한 크기를 갖는다. 상기 결합 재료가 공간의 부재 하에 상기 제1 SiC 세그먼트를 상기 제2 SiC 세그먼트에 결합시킬 수 있지만, 상기 공간은 상기 결합 재료의 균등한 분포를 가능하게 하며, 압력이 상기 SiC 세그먼트에 가해질 때 과량의 결합 재료가 유출되어 제거되도록 할 수 있다. 상기 함몰부 및 돌출부 사이에 공간의 부재 시, 상기 결합 재료는 균등하게 분포되지 않을 수 있으며, 이는 높고 낮은 지점을 생성한다. 작은 접촉 영역을 갖는 결합 재료의 높은 영역은 상기 SiC 세그먼트들이 접합되는 경우 높은 압력 또는 응력의 영역을 생성하며, 이는 상기 SiC 세그먼트(들)가 파괴되도록 할 수 있다. 일부 예에서, 상기 공간은 수직으로 측정된 0.2 내지 0.8 mm의 높이 h 1 , 예컨대 0.4 내지 0.6 mm의 높이를 갖는다. 상기 결합 재료(110)은 상기 제2 세그먼트 돌출부(84e) 및 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c) 사이의 공간 내에 배치된다. 일부 구현예에서, 상기 결합 재료는 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 및 하기 기재되는 바와 같은 탄화규소를 포함한다. 상기 결합 재료는 알루미늄 실리케이트를 추가로 포함할 수 있다.
교대의 배열에서, 상기 돌출부는 보다 하부의 세그먼트로부터 상향으로 연장될 수 있고, 상기 함몰부는 보다 상부의 세그먼트의 하부 에지 표면 상에 위치할 수 있으며, 즉 상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면(82b)는 상향 연장 제1 세그먼트 돌출부(82c)를 규정할 수 있고, 상기 제2 세그먼트 하부 에지 표면(84d)는 하향 개방 함몰부(84e)를 규정할 수 있다는 것을 통상의 기술자는 이해한다. 그러나, 도 3에 도시된 배열이 슬러리 또는 페이스트일 수 있는 미경화 결합 재료를 고정하기에 보다 편리하다.
일부 예에서, 상기 제1 SiC 세그먼트(82)는 환형 상부 표면(82b)를 갖는 제1 관형 벽(82a)를 포함한다 (도 4). 상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면(82b)는 상기 환형 상부 표면의 적어도 일부분이며, 상기 제1 세그먼트 함몰부(82c)는, 상기 제1 세그먼트 상부 에지 표면(82b)의 적어도 일부분에 의해 규정되며 이를 따라 연장되는 홈이다. 일부 구현예에서, 상기 함몰부(82c)는 전체 환형 상부 표면 둘레의 고리(ring)로서 연장된다. 상기 제2 SiC 세그먼트(84)는 환형 하부 표면(84d)를 갖는 제1 관형 벽(84a)를 포함한다 (도 4). 상기 제2 세그먼트 하부 에지 표면(84d)는 상기 환형 하부 표면의 적어도 일부분이며, 상기 제2 세그먼트 돌출부(84e)는 상기 제2 세그먼트 하부 에지 표면(84d)의 적어도 일부분으로부터 하향으로 그리고 이를 따라 연장된다. 일부 구현예에서, 상기 돌출부(84e)는 전체 환형 하부 표면(84d) 둘레의 고리로서 연장된다.
일부 구현예에서, 상기 세그먼트화된 탄화규소 라이너는 1개 이상의 추가의 탄화규소 세그먼트를 포함한다. 도 2에 도시된 예에서, 상기 라이너(80)은 3개의 탄화규소 세그먼트(82, 84, 86)을 포함한다. 각각의 상기 세그먼트는 관형 또는 실질적으로 원통형의 구성을 가질 수 있다. 일부 배열에서, 각각의 상기 세그먼트는 동일한 단면적을 가지며, 적층되는 경우 수직 실린더를 형성한다. 그러나, 상기 세그먼트 모두가 동일한 단면적을 갖는 것이 요구되는 것은 아니다. 대신에, 상기 세그먼트들은 상기 세그먼트화된 라이너가 상이한 높이에서 상이한 직경을 가질 수 있도록 단면적이 달라질 수 있다. 통상의 기술자는 상기 세그먼트화된 라이너가 2, 3, 4개 또는 4개 초과의 세그먼트를 포함할 수 있다는 것을 이해한다. SiC 세그먼트의 수는 적어도 부분적으로, 상기 라이너의 목적하는 높이 및 개별 세그먼트의 높이에 의해 결정된다. 제조 제한은 개별 SiC 세그먼트의 높이를 결정할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 인접 SiC 세그먼트(82, 86) 사이에 위치된 SiC 세그먼트(84)는 상향 개방 세그먼트 함몰부(84c)를 규정하는 상부 에지 표면(84b), 및 하향 연장 세그먼트 돌출부(84e)를 규정하는 하부 에지 표면(84d)를 갖는다. 상기 돌출부(84e)는 상기 SiC 세그먼트(84) 아래에 위치하며 이에 접합된 인접 SiC 세그먼트(82)의 상부 에지 표면(82b)에 의해 규정되는 상부 에지 표면 함몰부(82c) 내에 수용된다. 상기 돌출부(84e)는 상기 인접 탄화규소 세그먼트(82)의 함몰부(82c)보다 더 작은 치수를 가져, 상기 인접 탄화규소 세그먼트 함몰부(82c)의 표면이 상기 돌출부(84e)의 표면과 이격되며, 상기 돌출부(84e) 및 상기 인접 탄화규소 세그먼트(82)의 함몰부(82c) 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 결합 재료(110)의 체적이 배치된다. 유사하게, 상기 함몰부(84c)는 상기 SiC 세그먼트(84) 위에 위치하며 이에 접합된 인접 SiC 세그먼트(86)의 하부 에지 표면(86d)에 의해 규정되는 돌출부(86e)를 수용한다. 상기 돌출부(86e)는 상기 함몰부(84c)보다 더 작은 치수를 가져, 상기 함몰부(84c)의 표면이 상기 돌출부(86e)의 표면으로부터 이격되며, 상기 돌출부(86e) 및 상기 함몰부(84c) 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 결합 재료(110)의 체적이 배치된다.
일부 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 상부 및 하부 에지 표면 둘 모두 상에 돌출부를 갖는 세그먼트와 상부 및 하부 에지 표면 둘 모두 상에 함몰부를 갖는 세그먼트 사이에 교대의, 복수의 수직 적층된 SiC 세그먼트를 포함한다.
일부 예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너(80)은 오직 하향 환형 표면 상의 텅 또는 홈을 갖는 최상부 또는 말단 SiC 세그먼트, 예를 들어 도 2의 세그먼트(86)을 포함한다. 도 5 및 6은 하향 연장 말단 세그먼트 돌출부(86e)를 규정하는 말단 세그먼트 하부 에지 표면(86d)를 갖는 상단 말단 세그먼트(86)를 도시한다. 상기 말단 세그먼트 돌출부(86e)는 인접 세그먼트 함몰부, 예를 들어 제2 세그먼트 함몰부(84c) 내에 수용되고; 상기 인접 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 인접 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 말단 세그먼트 돌출부(86e)의 표면과 이격되며, 상기 말단 세그먼트 돌출부(86e) 및 상기 인접 세그먼트 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 한다. 상기 공간 내에 결합 재료(110)의 체적이 배치된다. 상기 말단 SiC 세그먼트(86)은 함몰부 또는 돌출부를 규정하는 상부 에지 표면을 가질 필요가 없으며; 대신에 상기 상부 에지 표면은 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 평면일 수 있다. 도 2 및 5가 제2 SiC 세그먼트(84)에 접합된 말단 SiC 세그먼트(86)을 도시하지만, 통상의 기술자는 1개 이상의 추가의 SiC 세그먼트가 세그먼트(84 및 86) 사이에 층으로 적층될 수 있다는 것을 이해한다. 유리하게는, 각각의 추가의 세그먼트는, 이의 상부 에지 표면에 의해 규정되는 상향 개방 세그먼트 함몰부 및 이의 하부 에지 표면에 의해 규정되는 하향 연장 세그먼트 돌출부를 갖는 세그먼트(84)와 실질적으로 유사한 구성을 갖는다. 그러나 다른 배열이 가능하다. 임의의 주어진 세그먼트는 이의 상부 에지 표면에 의해 규정되는 상향 개방 세그먼트 함몰부 및/또는 이의 하부 에지 표면에 의해 규정되는 하향 개방 세그먼트 함몰부를 가질 수 있고, 이의 상부 에지 표면에 의해 규정되는 상향 연장 세그먼트 돌출부 및/또는 이의 하부 에지 표면에 의해 규정되는 하향 연장 세그먼트 돌출부를 가질 수 있다. 말단 SiC 세그먼트(86)은 이것 바로 아래의 인접 SiC 세그먼트 위에 위치되며, 이에 접합되고, 이것 상에 놓인다.
일부 구현예에서, 상기 탄화규소 세그먼트 중 1개 이상은 전술된 바와 같이 반응-결합된 SiC로부터 형성되며, 이는 1% 미만 원자의 붕소 및 1% 미만 원자의 인의 표면 오염 수준을 갖는다. 상기 RBSiC는 붕소 및 인이 실질적으로 없을 수 있다. 본원에 사용된 "실질적으로 없는"은 상기 RBSiC가 총 2% 미만 원자의 붕소 및 인, 예컨대 총 1% 미만 원자의 B 및 P를 포함하는 것을 의미한다. 유리하게는, 상기 RBSiC는 또한 유동층 반응기의 작동 온도 범위에서 1 × 10-6 기압 미만의 이동성 금속 부분 압력을 제공하기에 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 갖는다.
B. 측방 연결된 세그먼트
폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 SiC 라이너(200)은, 환형 외부 표면을 가지며 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트(212, 214, 216, 218, 220)을 포함하는 적어도 1개의 관형 벽(210)을 포함할 수 있다 (도 7). 결합 재료의 체적은 각각의 쌍의 인접 SiC 세그먼트의 접합 측방 에지 표면 사이에 배치된다.
도 7에 도시된 대표적인 라이너(200)은 측방 연결된 SiC 세그먼트(212, 214, 216, 218, 220)을 포함하는 관형 벽(210)을 포함하며, 각각의 세그먼트는 측방 에지, 및 상기 관형 벽(210)의 외부 표면의 일부분을 규정하는 외부 표면을 갖는다. 그러나, 통상의 기술자는 상기 라이너가 더 많거나 또는 더 적은 측방 연결된 SiC 세그먼트를 포함할 수 있다는 것을 이해한다. 상기 세그먼트들의 연결에 사용되는 결합 재료로부터의 오염을 감소시키기 위해 보다 적은 세그먼트를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 세그먼트의 수는 또한 부분적으로, 상기 라이너를 조립할 때의 취급 용이성에 의해 결정될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 SiC 세그먼트, 예를 들어 예시적인 세그먼트(212)는 (i) 상기 관형 벽(210)의 환형 외부 표면의 일부분을 규정하는 외부 표면(212a), (ii)　제1 측방 에지 표면(212f)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부(212g)를 규정하는 제1 측방 에지 표면(212f), 및 (iii)　제2 측방 에지 표면(212h)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부(212i)를 규정하는 제2 측방 에지 표면(212h)를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 함몰부(212g) 및 돌출부(212i)는 각각 상기 제1 측방 에지 표면(212f) 및 제2 측방 에지 표면(212i)의 전체 길이를 따라 연장된다. 상기 함몰부(212g) 및 상기 돌출부(212i)는 각각 암형 및 수형 조인트 부분이다. 일부 예에서, 상기 조인트 부분은 텅-및-홈 구성을 가지며, 여기서 상기 함몰부(212g)는 상기 홈에 상응하고, 상기 돌출부(212i)는 상기 텅에 상응한다. 임의의 주어진 세그먼트의 측방 에지 표면 중 하나 또는 둘 모두는 측방 개방 함몰부를 규정할 수 있다. 그리고 임의의 주어진 세그먼트의 측방 에지 표면 중 하나 또는 둘 모두는 측방 연장 돌출부를 규정할 수 있다. 일부 구현예에서, 각각의 SiC 세그먼트는 편평한 하부 에지 표면을 가지며 (즉, 상기 하부 에지 표면은 함몰부 또는 돌출부를 포함하지 않음), 이에 의해 상기 라이너가 유동층 반응기 챔버 내에 삽입되는 경우 기밀 밀봉을 가능하게 한다.
각각의 세그먼트의 제2 측방 에지 돌출부(212i)는 각각의 세그먼트의 제1 측방 에지 표면 함몰부(212g)보다 더 작은 에지 치수를 갖는다. 이에 따라, 도 9를 참조하여, 제1 SiC 세그먼트(212)의 제1 측방 에지(212f)가 인접 SiC 세그먼트(214)의 제2 측방 에지(214h)에 접합되는 경우, 상기 제1 세그먼트 함몰부(212g)의 표면은 인접 세그먼트 돌출부(214i)의 표면과 이격되며, 상기 제1 세그먼트 함몰부(212g) 및 상기 인접 세그먼트 돌출부(214i) 사이에 공간이 위치한다. 결합 재료(205)의 체적은 상기 제1 세그먼트 함몰부(212g) 및 상기 인접 세그먼트 돌출부(214i) 사이의 공간 내에 배치된다. 일부 예에서, 상기 공간은 0.2 내지 0.8 mm의 수평으로 측정된 폭 w 2 , 예컨대 0.4 내지 0.6 mm의 폭을 갖는다. 상기 결합 재료(205)는 상기 제1 세그먼트 함몰부(212g) 및 상기 제2 세그먼트 돌출부(214i) 사이의 공간 내에 배치된다. 일부 구현예에서, 상기 결합 재료는 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 및 하기 기재된 바와 같은 탄화규소를 포함한다. 상기 결합 재료는 알루미늄 실리케이트를 추가로 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 세그먼트화된 SiC 라이너는 복수의 교대의, 둘 모두의 측방 에지 표면 상에 측방 개방 함몰부를 갖는 SiC 세그먼트 및 둘 모두의 측방 에지 표면 상에 측방 연장 돌출부를 갖는 SiC 세그먼트를 포함한다. 즉, 세그먼트(212)는, 예를 들어 측방 개방 함몰부(212g)를 규정하는 제1 측방 에지(212f) 및 측방 개방 함몰부(212i)를 규정하는 제2 측방 에지(212h)를 가질 수 있다. 교대의 세그먼트, 예를 들어 세그먼트(214)는 측방 연장 돌출부(214g)를 규정하는 제1 측방 에지(214f) 및 측방 연장 돌출부(214i)를 규정하는 제2 측방 에지(214h)를 가질 수 있다.
탄화규소 세그먼트 중 1개 이상은 전술된 바와 같이 반응-결합된 SiC로부터 형성될 수 있으며, 이는 1% 미만 원자의 붕소 및 1% 미만 원자의 인의 표면 오염 수준을 갖는다. 일부 구현예에서, 상기 RBSiC는 붕소 및 인이 실질적으로 없다. 유리하게는, 상기 RBSiC는 또한, 유동층 반응기의 작동 온도 범위에서 1 × 10-6 기압 미만의 이동성 금속 부분 압력을 제공하기에 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 갖는다.
일부 구현예에서, 적어도 1개의 고정 부재(230)이 상기 관형 벽(210)의 환형 외부 표면 둘레에 연장된다 (도 10). 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 고정 부재(230)은 관형 벽(210)의 환형 외부 표면 둘레에 연장될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고정 부재(230)은 탄화규소의 열 팽창 선형 계수 (LCTE)와 실질적으로 유사한 LCTE를 갖는 재료로 구성된다. 상기 고정 부재 및 SiC의 LCTE 값이 유의하게 상이한 경우, 상기 고정 부재 및 SiC는 유동층 반응기의 작동 조건 하에 상이한 팽창 규모를 가질 것이며, 이에 의해 잠재적으로 상기 고정 부재가 효과적이지 못하도록 되거나 또는 SiC가 파열될 것이다. SiC의 LCTE는 3.9 내지 4.0×10-6/K이다. 일부 예에서, 상기 고정 부재는 2×10-6/K 내지 6×10-6/K 범위의 LCTE, 예컨대 3×10-6/K 내지 5×10-6/K, 또는 3.5×10-6/K 내지 5×10-6/K 범위의 LCTE를 갖는 재료로 구성된다. 상기 고정 부재에 적합한 재료는 몰리브덴 (LCTE = 4.9×10-6/K) 및 특정의 몰리브덴 합금 (예를 들어, TZM 몰리브덴 - 99.2 내지 99.5　wt%의 Mo, 0.5 wt%의 Ti, 및 0.08 wt%의 Zr)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
C. 측방 및 수직으로 연결된 세그먼트
도 11에 도시된 바와 같이, 폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 SiC 라이너(300)은 (i) 원통형 외부 표면을 가지며, 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트 (예를 들어, 세그먼트(311, 312, 313))를 포함하는 제1 관형 벽(310) (이는 개시자 벽으로서 또한 지칭됨) (각각의 세그먼트는 측방 에지, 및 관형 벽(310)의 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 가짐); (ii) 원통형 외부 표면을 가지며, 복수의 측방 인접 SiC 세그먼트 (예를 들어, 세그먼트(321, 322, 323))를 포함하는, 상기 제1 관형 벽(310) 위에 위치하며 이에 접합된 제2 관형 벽(320) (각각의 세그먼트는 측방 에지, 및 관형 벽(320)의 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 가짐); (iii) 상기 제1 관형 벽(310)의 각각의 쌍의 인접 측방 연결된 SiC 세그먼트 사이에 배치된 결합 재료의 체적 (도시되지 않음); (iv) 상기 제2 관형 벽(320)의 각각의 쌍의 인접 측방 연결된 SiC 세그먼트 사이에 배치된 결합 재료의 체적 (도시되지 않음); 및 (v) 리튬 염을 포함하며, 상기 제1 및 제2 관형 벽(310, 320) 사이에 배치된 결합 재료의 체적 (도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 대표적인 라이너(300)은 각각의 관형 벽에 6개의 측방 연결된 SiC 세그먼트를 포함한다. 예를 들어, 관형 벽(330)은 SiC 세그먼트(331 내지 336)을 포함한다. 그러나, 통상의 기술자는 각각의 관형 벽 층이 더 많거나 또는 더 적은 SiC 세그먼트를 포함할 수 있다는 것을 이해한다. 각각의 관형 벽 층의 세그먼트는, 각각의 SiC 세그먼트의 측방 에지가 상기 세그먼트에 수직으로 인접한 SiC 세그먼트의 측방 에지에 대하여 측방으로 엇갈림식(staggered)으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 세그먼트(322)의 측방 에지(322f, 322h)는 아래 세그먼트(312, 313) 및 위 세그먼트(332, 333)의 측방 에지와 측방으로 이격된다. 엇갈림식 배열은 유리하게는 상기 라이너(300)의 추가의 기계적 강도를 제공한다.
도 11 및 12를 참조하여, 일부 구현예에서, 상기 제1 관형 벽(310)의 각각의 SiC 세그먼트, 예컨대 예시적인 세그먼트(312)는 (i) 상기 관형 벽(310)의 환형 외부 표면의 일부분을 규정하는 외부 표면(312a), (ii)　상향 개방 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부(312c)를 규정하는 제1 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면(312b), (iii) 제1 측방 에지 표면(312f)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면(312f) (도시되지 않음), 및 (iv) 제2 측방 에지 표면(312h)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부(312i)를 규정하는 제2 측방 에지 표면(312h) (상기 돌출부(312i)는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 가짐)를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 제1 관형 벽(310)의 각각의 SiC 세그먼트는 평편한 하부 에지 표면을 가지며 (즉, 상기 하부 에지 표면은 함몰부 또는 돌출부를 포함하지 않음), 이에 의해 상기 라이너가 유동층 반응기 챔버 내에 삽입되는 경우 기밀 밀봉을 가능하게 한다.
상기 제2 관형 벽(320)의 각각의 SiC 세그먼트, 예컨대 예시적인 세그먼트(322)는 (i) 상기 관형 벽(320)의 환형 외부 표면의 일부분을 규정하는 외부 표면(322a), (ii) 제1 측방 에지 표면(322f)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부(322g)를 규정하는 제1 측방 에지 표면(322f), (iii) 제2 측방 에지 표면(322h)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면(322h) (도시되지 않음) (상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부(312g)보다 더 작은 치수를 가짐), 및 (iv) 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부(312c) 내에 수용되며, 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부(312c)보다 더 작은 치수를 갖는 하향 연장 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부(322e)를 규정하는 제2 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면(322d)를 포함한다. 상기 제1 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면(312b) 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면(322d)가 수직 접합되는 경우, 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부(312c)의 표면은 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부(322e)의 표면과 이격되며, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부(322e) 및 상기 관형 벽 제1 세그먼트 함몰부(312c) 사이에 공간이 위치한다. 상기 제1 및 제2 관형 벽(310, 320) 사이에 배치되는 결합 재료의 체적은 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부(322e) 및 상기 관형 벽 제1 세그먼트 함몰부(312c) 사이의 공간 내에 배치된다.
일부 예에서, 상기 세그먼트화된 SiC 라이너(300)은 상기 제1 관형 벽(310)의 환형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재(340), 및 상기 제2 관형 벽(320)의 환형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재(340)을 추가로 포함한다 (도 13). 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트화된 SiC 라이너(300)은 각각의 상기 제1 관형 벽 및 상기 제2 관형 벽 둘레에 연장되는 복수의 고정 부재(340)을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 제2 관형 벽(320)의 각각의 세그먼트, 예컨대 예시적인 세그먼트(322)는 상향 개방 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c)를 규정하는 상부 에지 표면(322b)를 추가로 포함한다 (도 11).
상기 세그먼트화된 SiC 라이너(300)은 상기 제2 관형 벽(320) 위에 위치하며 이에 접합된 말단 관형 벽(330)을 추가로 포함할 수 있다 (도 10, 13). 상기 말단 관형 벽(330)은 복수의 측방 연결된 말단 SiC 세그먼트 (예를 들어, 세그먼트(332, 334, 336))을 포함한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 말단 SiC 세그먼트, 예컨대 예시적인 세그먼트(332)는 (i) 제1 측방 세그먼트 에지 표면(332f)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부(332g)를 규정하는 제1 측방 세그먼트 에지 표면(332f), (ii) 제2 세그먼트 측방 에지 표면(332h)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부(332i)를 규정하는 제2 측방 세그먼트 에지 표면(332h) (상기 돌출부(332i)는 상기 제1 세그먼트 측방 에지 표면 함몰부(332g)보다 더 작은 치수를 가짐), 및 (iii) 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c) 내에 수용되며, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c)보다 더 작은 치수를 갖는 하향 연장 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부(332e)를 규정하는 세그먼트 하부 에지 표면(332d)를 포함한다. 상기 말단 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면(332d) 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면(322b)가 수직 접합되는 경우, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c)의 표면은 상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부(332e)의 표면과 이격되며, 상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부(332e) 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c) 사이에 공간이 위치한다. 리튬 염을 포함하는 결합 재료의 체적은 상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부(332e) 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부(322c) 사이의 공간 내에 배치된다.
일부 구현예에서, 상기 세그먼트화된 탄화규소 라이너는 1개 이상의 추가의 관형 벽의 층을 포함한다. 도 11에 도시된 예에서, 상기 라이너(300)은 3개의 관형 벽(310, 320, 330)을 포함하며, 각각의 관형 벽은 복수의 측방 연결된 SiC 세그먼트, 예를 들어 (312, 314, 316, 322, 324, 326, 332, 334, 336)을 포함한다. 상기 세그먼트화된 라이너가 2, 3, 4개 또는 4개 초과의 관형 벽을 포함할 수 있으며, 각각의 관형 벽은 복수의 SiC 세그먼트를 포함하는 것을 통상의 기술자는 이해한다. 관형 벽의 수는 적어도 부분적으로, 상기 라이너의 목적하는 높이 및 개별 관형 벽의 높이에 의해 결정된다. 제조 제한은 측방으로 연결되어 개별 관형 벽을 형성하는 개별 SiC 세그먼트의 높이를 결정할 수 있다.
각각의 추가의 관형 벽은 유리하게는 도 11의 관형(320)과 실질적으로 유사한 구성을 가질 것이다. 각각의 추가의 관형 벽은 환형 외부 표면을 갖고, 복수의 측방 연결된 추가의 탄화규소 세그먼트를 포함한다. 도 12에 대표적인 SiC 세그먼트(322)에 대해 도시된 바와 같이, 각각의 추가의 SiC 세그먼트는 (i) 상기 관형 벽(320)의 환형 외부 표면의 일부분을 규정하는 외부 표면(322a), (ii) 상향 개방 함몰부(322c)를 규정하는 상부 에지 표면(322b), (iii) 하향 연장 돌출부(322e)를 규정하는 하부 에지 표면(322d), (ii) 제1 측방 에지 표면(322f)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부(322g)를 규정하는 제1 측방 에지 표면(322f), 및 (iv) 제2 측방 에지 표면(322h)의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부(322i)를 규정하는 제2 측방 에지 표면(322h) (상기 돌출부(322i)는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부(312g)보다 더 작은 치수를 가짐)를 포함한다.
V. 결합 재료
탄화규소 세그먼트를 연결하기 위한 적합한 결합 재료는, (i) 유동층 반응기 내 작동 조건 (예를 들어, 진동 응력)을 견디기에 충분한 기계적 강도를 갖는 조인트를 제공하고, (ii) 경화 시 상기 FBR 내 작동 온도에서 열적으로 안정하고, (iii) 기체에 대해 적어도 적당히 누출 방지성(leak tight)인 조인트를 제공하고, (iv) 목적하지 않은 수준의 생성물 오염을 생성하지 않는다. 리튬 염을 포함하는 경화성 결합 재료는 목적하는 특성을 제공할 수 있다.
일부 구현예에서, 미경화 결합 재료는 2500 내지 5000 ppm의 리튬, 예컨대 3000 내지 4000 ppm의 리튬을 포함한다. 일부 구현예에서, 리튬 염은 리튬 실리케이트이다.
미경화 결합 재료는 리튬 실리케이트를 포함하는 수성 슬러리 또는 페이스트일 수 있다. 상기 결합 재료는 충전제 재료를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 충전제 재료는 FBR 작동 동안 유의한 생성물 오염을 생성하지 않는다. 유리하게는, 상기 충전제 재료는 가열되는 경우 SiC 표면으로부터의 상기 결합 재료의 분리를 감소시키거나 또는 제거하도록 탄화규소와 유사한 열 팽창 계수를 갖는다. 적합한 충전제 재료는 탄화규소 입자를 포함한다.
상기 결합 재료는 목적하는 점도를 제공하도록 증점제를 또한 포함할 수 있다. 상기 결합 재료는 유리하게는 코팅된 표면으로부터의 목적하지 않은 유동 또는 적하를 최소화하기에 충분한 점도의 분산성 조도(spreadable consistency)를 갖는다. 일부 구현예에서, 상기 결합 재료는 20℃에서 3.5 Paㆍs 내지 21 Paㆍs의 점도, 예컨대 20℃에서 5 내지 20 Paㆍs, 5 내지 15 Paㆍs, 또는 10 내지 15 Paㆍs의 점도를 갖는다. 일부 예에서, 상기 결합 재료는 증점제로서 알루미늄 실리케이트 분말을 포함한다. 알루미늄 실리케이트는 FBR 작동 온도에서 안정하며, 수소에 의해 쉽게 환원되지 않는다. 따라서, 알루미늄 실리케이트는 적합한 비-오염성 증점제이다. 특정의 구현예에서, 상기 결합 재료는 알루미늄 실리케이트가 700 내지 2000　ppm의 알루미늄, 예컨대 1000 내지 1500 ppm의 알루미늄을 제공하기에 충분한 농도로 존재하는 경우 적합한 점도를 갖는다.
경화 시 상기 결합 재료는 리튬 알루미늄 실리케이트 및 탄화규소를 포함할 수 있으며, 예컨대 0.4 내지 07 wt%의 리튬 및 93 내지 97 wt%의 탄화규소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 미경화 결합 재료는 적어도 5 kg의 질량 하중을 견딜 수 있는 조인트를 제공하기에 충분한 강도를 갖는다.
일부 예에서, 상기 결합 재료는 리튬 실리케이트로서의 2500 내지 5000 ppm의 리튬, 알루미늄 실리케이트로서의 700 내지 2000 ppm의 알루미늄 및 탄화규소 입자를 포함하는 수성 슬러리이다. 상기 슬러리는 20℃에서 3.5 Paㆍs 내지 21 Paㆍs의 점도를 갖는다. 특정의 구현예에서, 상기 결합 재료는 리튬 실리케이트로서의 3000 내지 4000 ppm의 리튬, 알루미늄 실리케이트로서의 1000 내지 1500 ppm의 알루미늄 및 탄화규소 분말을 포함하는 수성 슬러리이다.
유리하게는, 경화된 상기 결합 재료는 FBR 내 작동 조건에 노출되는 경우 유해한 양의 오염물을 방출하지 않는다. 특히, 상기 결합 재료는 FBR 작동 동안 유의한 양의 붕소, 인 또는 알루미늄을 방출하지 않는다. 유리하게는, 경화된 상기 결합 재료는 FBR 작동 동안 제I족 내지 제VI족 원소 또는 전이 금속의 열적으로 불안정한 화합물을 방출하지 않는다. 일부 구현예에서, 미경화 상기 결합 재료는 < 50 ppm의 P, < 40 ppm의 P 또는 < 30 ppm의 P, 및 <　10　ppm의 B, < 5 ppm의 B 또는 < 1 ppm의 B를 포함한다.
일부 구현예에서, 경화된 상기 결합 재료는 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 (주로 리튬 알루미늄 실리케이트로서) 및 탄화규소를 포함한다. 일부 구현예에서, 경화된 상기 결합 재료는 0.4 내지 0.6 wt%의 리튬 (주로 리튬 알루미늄 실리케이트로서) 및 탄화규소를 포함한다. 일부 예에서, 경화된 상기 결합 재료는 0.4 내지 0.6 wt%의 리튬 (주로 리튬 실리케이트로서) 및 93 내지 97 wt%의 탄화규소를 포함한다. 경화된 상기 결합 재료는 리튬 알루미늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 크리스토발라이트 (SiO2), 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 경화된 상기 결합 재료는 1.8 내지 2.4 wt%의 리튬 알루미늄 실리케이트, 2.0 내지 2.5 wt%의 알루미늄 실리케이트, 및 0.4 내지 0.8 wt%의 크리스토발라이트를 포함한다. 특정의 예에서, 경화된 상기 결합 재료는 표준 참조 세기 비 (RIR) 상 정량화 방법 (문헌 [R. Jenkins and R. L. Snyder, Introduction to X-Ray Powder Diffractometry, John Wiley & Sons, Inc., 1996, p. 374])을 사용하여 경화 상의 x-선 회절 패턴에 의해 결정 시 0.5　wt%의 리튬을 포함하였다. 일 구현예에서, 경화된 상기 결합 재료는 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.5　wt%의 리튬, 95　wt%의 탄화규소, 2.1 wt%의 리튬 알루미늄 실리케이트, 2.3 wt%의 알루미늄 실리케이트, 및 0.6 wt%의 크리스토발라이트를 함유하였다.
VI. 세그먼트화된 탄화규소 라이너의 제조
2개의 탄화규소 세그먼트는 제1 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분에 본원에 개시된 바와 같은 결합 재료를 도포하여 코팅된 에지 표면을 형성함으로써 연결된다. 제1 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분은 제2 탄화규소 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분에 접합되며, 상기 제1 탄화규소 세그먼트 및 상기 제2 탄화규소 세그먼트의 접합 에지 표면 사이에 상기 결합 재료의 적어도 일부분이 위치된다. 이어서, 상기 결합 재료에 열을 가하여, 결합된 제1 및 제2 탄화규소 세그먼트를 형성한다. 가열은 탄화수소가 실질적으로 없는 분위기 하에, 예를 들어 대기 중 또는 질소 하에 실행될 수 있다. 개시된 결합 재료의 구현예는 냉각 단계의 요구 없이 가열 후에 충분한 결합을 형성한다.
일부 예에서, 결합 재료는 제1 SiC 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분 및 제2 SiC 세그먼트의 에지 표면의 적어도 일부분에 도포된다. 상기 결합 재료는 상기 결합 재료를 상기 에지 표면(들) 상에 분산, 스퀴징(squeezing), 와이핑(wiping) 또는 브러슁(brushing)하는 방법을 비롯한 임의의 적합한 방법에 의해 상기 에지 표면(들)에 도포된다. 일부 예에서, 상기 결합 재료는 스파튤라(spatula), 시린지(syringe), 또는 애퍼처(aperture) 또는 부착된 노즐을 갖는 스퀴징가능한 백(squeezable bag)을 사용하여 도포된다. 상기 제1 및 제2 SiC 세그먼트의 에지 표면이 접합되도록 한 후, 과량의 결합 재료를 예컨대 와이핑에 의해 제거한 후, 상기 SiC 세그먼트를 가열하여 상기 결합 재료를 경화시킨다. 유리하게는, 상기 제1 및 제2 SiC 세그먼트의 접합된 에지는, 상기 에지들이 접합되는 경우 수형 및 암형 조인트 부분 사이에 공간을 제공하도록 하는 협력 치수를 갖는 수형 및 암형 조인트 부분 (예를 들어, 돌출부 및 함몰부)을 규정하며, 여기서 상기 공간 내에 상기 결합 재료가 배치된다.
상기 결합 재료에 열을 가하는 단계는 2개 이상의 가열 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 열을 가하는 단계는 상기 결합 재료를 제1 기간 동안 제1 온도 T1에서의 분위기에 노출시키는 단계, 온도를 제2 온도 T2 (여기서, T2 > T1)로 증가시키는 단계, 및 상기 결합 재료를 제2 기간 동안 상기 제2 온도 T2에 노출시켜 상기 결합 재료를 경화시키는 단계를 포함한다. 가열은 탄화수소가 실질적으로 없는 분위기 하에, 예컨대 대기 중 또는 질소 분위기 하에 실행된다. 열은 상기 결합 재료, 또는 상기 결합 재료 및 접합된 제1 및 제2 SiC 세그먼트에 가해질 수 있다. 상기 결합 재료 및 접합된 SiC 세그먼트 둘 모두를 가열하는 것은 유리하게는 가열 및 냉각 동안의 재료 팽창 및 수축에서의 상이함을 최소화하여, 성분들의 크래킹(cracking) 또는 분리의 가능성을 감소시킨다.
제1 온도 T1 및 제1 기간은 상기 결합 재료로부터 물을 증발시키기에 충분하다. 제1 온도 T1은 바람직하게는, 물의 비등 또는 상기 결합 재료의 크래킹 (건조될 때)을 피하기에 충분히 낮다. 일부 예에서, T1은 90 내지 110℃ 범위, 예컨대 90 내지 100℃, 또는 90 내지 95℃ 범위 내에 있다. 제1 기간은 적어도 1시간, 예컨대 적어도 2시간, 또는 2 내지 4시간이다. 온도는 주위 온도로부터 T1로 서서히 증가된 다음, 제1 기간 동안 T1에서 유지된다. 온도는 1 내지 4℃/분의 속도, 예컨대 2 내지 3℃/분의 속도로 증가될 수 있다. 일부 경우에, 온도는 2 내지 3℃/분의 속도로 주위 온도로부터 93 내지 94℃로 증가되고, 질소 유동 하에 2시간 동안 93 내지 94℃에서 유지된다.
제2 온도 T2는 250 내지 350℃ 범위, 예컨대 250 내지 300℃, 250 내지 275℃, 또는 255 내지 265℃ 범위 내에 있다. 제2 기간은 적어도 1시간, 예컨대 적어도 2시간, 또는 2 내지 4시간이다. 온도는 T1로부터 T2로 서서히 증가된 다음, 제2 기간 동안 T2에서 유지된다. 온도는 3 내지 8℃/분의 속도, 예컨대 5 내지 6℃/분의 속도로 증가될 수 있다. 일부 경우에, 온도는 5 내지 6℃/분의 속도로 T1로부터 260℃로 증가되고, 질소 유동 하에 2시간 동안 260℃에서 유지된다.
임의로, 연결된 SiC 세그먼트는 제2 온도 T2로부터 제3 온도 T3으로 추가로 가열되고, 제3 기간 동안 T3에서 유지될 수 있다. 온도 T3은 350 내지 450℃ 범위, 예컨대 350 내지 400℃, 360 내지 380℃, 또는 370 내지 375℃ 범위 내에 있다. 제3 기간은 적어도 1시간, 예컨대 적어도 2시간, 또는 2 내지 4시간이다. 온도는 T1로부터 T2로 서서히 증가된 다음, 제2 기간 동안 T2에서 유지된다. 온도는 7 내지 10℃/분의 속도, 예컨대 8 내지 9℃/분의 속도로 증가될 수 있다.
일부 구현예에서, 접합된 제1 및 제2 SiC 세그먼트는 열을 가하는 단계 전에 초기 기간 동안 주위 온도에서 건조되도록 되어질 수 있다. 일부 예에서, 초기 기간의 건조는 주위 온도에서 대기 중에서 실행된다. 초기 기간의 건조는 태양광 하에 실행될 수 있다. 임의의 특정한 작동 이론에 의해 얽매이기를 원치 않으면서, 주위 온도, 예컨대 태양광 하의 주위 온도에서의 초기 기간의 건조는 조인트 내에 기포(air pocket) 또는 결함을 남기지 않으면서 상기 결합 재료로부터 용매 (예를 들어, 물)의 느린 확산을 가능하게 하며, 상기 결합 재료 및 SiC 표면 사이의 추가의 접촉 시간을 제공한다. 상기 결합 재료 및 SiC 표면 사이의 결합은 SiC 표면 거칠기에 의해 또는 SiC 표면 상의 유리 규소에 대한 리튬 이온의 알칼리 공격 (SiC가 SiC 입자 사이에 유리 규소를 포함하는 반응-결합된 SiC인 경우)에 의해 강화될 수 있다. 상기 유리 규소가 대기 분위기 하에 리튬 이온에 노출되는 경우, Si-O 표면 종이 생성된다. 후속적인 경화 (온도 T2 및 임의로 T3에서) 동안, 상기 Si-O 결합은 결합 재료 내 실리케이트와 반응하여, 접합된 SiC 세그먼트 사이에 3차원 실리카 네트워크를 형성한다.
VII. 실시예
실시예 1
결합 재료의 평가
포타슘 실리케이트 및 리튬 실리케이트-기재 결합 재료는 상업적으로 입수가능하며, 예를 들어 세라마본드(Ceramabond) 890-K 및 890-L (여기서, K 및 L은 각각 포타슘 및 리튬을 지칭함) (아렘코 프로덕츠, 인크.(Aremco Products, Inc.), Valley Cottage, NY)이다. 두 결합 재료 모두는 충전제로서 미세 탄화규소 입자 및 증점제로서 알루미늄 실리케이트를 포함하였다. 상기 결합 재료는 사전-혼합된 슬러리로서 입수가능하였다.
각각의 결합 재료를 5분 동안 진탕하거나 또는 기계적 교반기로 교반하여 사용 전에 철저히 혼합하였다. 탄화규소 조인트 표면을 금속 브러쉬로 깨끗하게 하고, 깨끗한 천으로 깨끗하게 닦았다. 스파튤라를 사용하여 결합 재료를 매칭되는 수형 및 암형 조인트 (즉, 텅-및-홈 조인트)에 도포하였다. 과량의 결합 재료는 닦아내었다. 전형적으로, 반복성을 보장하기 위해 조건 세트당 3쌍의 탄화규소 세그먼트 (5 내지 8 cm의 길이)를 시험하였다. 상기 수형 및 암형 조인트를 압축하고, 함께 클램핑(clamping)하였다. 클램핑된 조인트를 실온에서 2시간 동안 건조하였다. 일부 경우에, 클램핑된 조인트를 2시간 동안 태양광 하에 건조하였다.
상기 조인트를 후속으로 머플로(muffle furnace) 내에 두었다. 온도를 2.8℃/분의 속도로 실온으로부터 93℃로 램핑(ramping)하고, 질소 유동 하에 2시간 동안 93℃에서 유지하였다. 이어서, 온도를 5.6℃/분의 속도로 93℃로부터 260℃로 증가시키고, 질소 유동 하에 2시간 동안 260℃에서 유지하였다. 상기 결합 재료가 포타슘 실리케이트 (세라마본드 890-K)를 포함한 경우, 후속적으로 온도를 8.3℃/분의 속도로 260℃로부터 371℃로 증가시키고, 질소 유동 하에 2시간 동안 371℃에서 유지하였다.
반복가능한 방식으로 경화 결합된 SiC 세그먼트의 조인트 강도를 비교하기 위해 간단한 레버 암 리그(lever arm rig)를 사용하였다. 연결된 쌍 중 하나의 SiC 세그먼트는 클램프에 고정시켰다. 상기 연결된 쌍 중 나머지 SiC 세그먼트로부터 질량을 걸었다. 최대 5 kg까지의 질량을 사용하였다. 각각의 측정에 대해, 레버 암 거리 (조인트에서의 질량에 대한 걸림점(hang point) 사이의 거리)를 모든 측정에 대해 일정하게 유지하였다.
두 결합 재료 모두, 5-kg 질량의 하중을 쉽게 견딘 조인트를 형성하였다. 손으로 각각의 조인트를 파괴하려는 시도는, 리튬 실리케이트-기재 결합 재료를 사용하여 형성된 조인트는 적당한 힘 내지 강한 힘으로 파괴될 수 있었음을 입증하였다. 포타슘 실리케이트-기재 조인트로 형성된 조인트는 손으로 파괴할 수 없었다.
포타슘 실리케이트-기재 결합 재료가 보다 강하지만, 열역학적 평형 계산은, 유동층 반응기 작동 동안 포타슘이 증발되고, 규소 생성물을 오염시킬 것임을 예측하였다. 리튬 실리케이트-기재 결합 재료에 대한 유사한 계산은, 상기 결합제가 유동층 반응기를 사용하는 조건 하에 안정하며, 임의의 유의한 정도로 증발하지 않을 것임을 예측하였다. 유동층 반응기에서 완료한 시험은 상기 예측들을 확인시켜줬다. 포타슘 실리케이트-기재 결합 재료의 경우 포타슘 오염이 발생하였지만, 리튬 실리케이트-기재 결합 재료를 사용한 경우 규소 생성물에서 유의한 리튬 수준이 검출되지 않았다.
경화된 포타슘 실리케이트-기재 결합 재료에 대해 X-선 회절 분석을 실행하였다. XRD 분석은 탄화규소 다형체 4H 및 6H의 혼합물을 나타내었다. 미량의 2종의 알루미노실리케이트 상 및 크리스토발라이트 (SiO2, 정방정계)가 또한 검출되었다.
개시된 본 발명의 원리에 적용될 수 있는 다수의 가능한 구현예를 고려하여, 예시된 구현예는 오직 본 발명의 선호되는 예이며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 취해져서는 안 된다는 것을 알아야 한다. 그 보다는, 본 발명의 범주는 하기 청구범위에 의해 규정된다. 따라서, 하기 청구범위의 범주 및 취지 내에 속하는 모든 것을 본 발명으로서 청구한다.

Claims (21)

  1. 폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기에 사용하기 위한 세그먼트화된 탄화규소 라이너로서,
    원통형 외부 표면을 가지며, 복수의 측방 연결된 탄화규소 세그먼트를 포함하는 적어도 1개의 관형 벽으로서, 각각의 측방 연결된 탄화규소 세그먼트는 측방 에지, 및 상기 관형 벽의 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 갖는, 적어도 1개의 관형 벽; 및
    인접 탄화규소 세그먼트들의 접합 측방 에지 사이에 배치되는, 리튬 염을 포함하는 결합 재료의 체적
    을 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 탄화규소 세그먼트가
    제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면; 및
    제2 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면으로서, 상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 제1 세그먼트의 제1 측방 에지가 인접 세그먼트의 제2 측방 에지에 접합되는 경우,
    상기 제1 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 인접 세그먼트 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 제1 세그먼트 함몰부 및 상기 인접 세그먼트 돌출부 사이에 공간이 위치하도록 하고,
    결합 재료의 체적이 상기 제1 세그먼트 함몰부 및 상기 인접 세그먼트 돌출부 사이의 공간 내에 배치되도록 하는,
    제2 측방 에지 표면
    을 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부가 전체 제1 측방 에지 표면을 따라 연장되고, 상기 제2 측방 에지 표면 돌출부가 전체 제2 측방 에지 표면을 따라 연장되는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  4. 제1항에 있어서, 상기 관형 벽이 측방 연결된 교대의 제1 및 제2 탄화규소 세그먼트를 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너이며,
    상기 각각의 제1 탄화규소 세그먼트가 제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면을 포함하고;
    상기 각각의 제2 탄화규소 세그먼트가 제2 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면을 포함하며, 상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 제1 세그먼트의 제1 측방 에지가 상기 제2 측방 에지에 접합되는 경우,
    상기 제1 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 제2 세그먼트 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 제1 세그먼트 함몰부 및 상기 제2 세그먼트 돌출부 사이에 공간이 위치하도록 하고;
    상기 결합 재료의 체적이 상기 제1 세그먼트 함몰부 및 상기 제2 세그먼트 돌출부 사이의 공간 내에 배치되도록 하는 것인
    세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 재료가 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 및 탄화규소를 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화규소 세그먼트 중 적어도 1개가 반응-결합된 탄화규소로 구성된 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반응-결합된 탄화규소가 상기 탄화규소 세그먼트의 내향 표면 상에서 1% 미만 원자의 인 및 1% 미만 원자의 붕소의 표면 오염 수준을 갖고, 상기 폴리규소 유동층 반응기의 작동 온도 범위에서 각각의 이동성 금속에 대해 0.1　Pa 미만의 금속 부분 압력을 제공하기에 충분히 낮은 이동성 금속 농도를 갖는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 벽의 환형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재를 추가로 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고정 부재가 2×10-6/K 내지 6×10-6/K 범위의 열 팽창 선형 계수를 갖는 재료로 구성된 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  10. 제8항에 있어서, 상기 고정 부재가 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 구성된 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    원통형 외부 표면을 가지며, 복수의 측방 연결된 탄화규소 세그먼트를 포함하는 제1 관형 벽으로서, 각각의 측방 연결된 세그먼트는 측방 에지, 및 상기 제1 관형 벽의 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 갖는, 제1 관형 벽;
    원통형 외부 표면을 가지며, 복수의 측방 인접 탄화규소 세그먼트를 포함하는, 상기 제1 관형 벽 위에 위치하며 이에 접합된 제2 관형 벽으로서, 각각의 측방 연결된 세그먼트는 측방 에지, 및 상기 제2 관형 벽의 외부 표면의 일부분인 외부 표면을 갖는, 제2 관형 벽;
    상기 제1 관형 벽의 인접 측방 연결된 탄화규소 세그먼트들 사이에 배치되는 결합 재료의 체적;
    상기 제2 관형 벽의 인접 측방 연결된 탄화규소 세그먼트들 사이에 배치되는 결합 재료의 체적; 및
    상기 제1 및 제2 관형 벽 사이에 배치되는, 리튬 염을 포함하는 결합 재료의 체적
    을 추가로 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 관형 벽의 각각의 탄화규소 세그먼트가
    상향 개방 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부를 규정하는 제1 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면,
    제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면, 및
    제2 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면으로서, 상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 갖는, 제2 측방 에지 표면
    을 포함하고;
    상기 제2 관형 벽의 각각의 탄화규소 세그먼트가
    제1 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 에지 표면,
    제2 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 에지 표면으로서, 상기 돌출부는 상기 제1 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 갖는, 제2 측방 에지 표면, 및
    하향 연장 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부를 규정하는 제2 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면으로서, 상기 하향 연장 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부는 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부 내에 수용되고, 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 제1 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면이 수직 접합되는 경우, 상기 제1 관형 벽 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부 및 상기 관형 벽 제1 세그먼트 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 하는, 제2 관형 벽 세그먼트 하부 에지 표면
    을 포함하고;
    상기 제1 및 제2 관형 벽 사이에 배치되는 결합 재료의 체적이 상기 제2 관형 벽 세그먼트 돌출부 및 상기 관형 벽 제1 세그먼트 함몰부 사이의 공간 내에 배치되는 것인
    세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  13. 제11항에 있어서, 상기 결합 재료가 리튬 알루미늄 실리케이트로서의 0.4 내지 0.7 wt%의 리튬 및 탄화규소를 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 관형 벽 및 상기 제2 관형 벽 중 적어도 1개가 반응-결합된 탄화규소로 구성된 복수의 탄화규소 세그먼트를 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 관형 벽의 원통형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재; 및
    상기 제2 관형 벽의 원통형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재
    를 추가로 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제2 관형 벽의 각각의 탄화규소 세그먼트가 상향 개방 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부를 규정하는 상부 에지 표면을 갖는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 관형 벽 위에 위치하며 이에 접합된 말단 관형 벽을 추가로 포함하며, 상기 말단 관형 벽은
    복수의 측방 연결된 말단 탄화규소 세그먼트로서, 각각의 말단 탄화규소 세그먼트는
    제1 측방 세그먼트 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 세그먼트 에지 표면,
    제2 세그먼트 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 세그먼트 에지 표면으로서, 상기 돌출부는 상기 제1 세그먼트 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 갖는, 제2 측방 세그먼트 에지 표면,
    하향 연장 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부를 규정하는 세그먼트 하부 에지 표면으로서, 상기 하향 연장 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부는 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부 내에 수용되고, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 가져, 상기 말단 탄화규소 세그먼트 하부 에지 표면 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 상부 에지 표면이 수직 접합되는 경우, 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부의 표면이 상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부의 표면과 이격되며, 상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부 사이에 공간이 위치하도록 하는, 세그먼트 하부 에지 표면
    을 포함하는, 복수의 측방 연결된 말단 탄화규소 세그먼트;
    인접 말단 탄화규소 세그먼트들의 접합 측방 에지 사이에 배치되는, 리튬 염을 포함하는 결합 재료의 체적; 및
    상기 말단 관형 벽 세그먼트 돌출부 및 상기 제2 관형 벽 세그먼트 함몰부 사이의 공간 내에 배치되는, 리튬 염을 포함하는 결합 재료의 체적
    을 포함하는 것인 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  18. 제17항에 있어서, 상기 말단 관형 벽의 원통형 외부 표면 둘레에 연장되는 적어도 1개의 고정 부재를 추가로 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  19. 제16항에 있어서,
    각각의 추가의 관형 벽이 원통형 외부 표면을 가지며 복수의 측방 연결된 추가의 탄화규소 세그먼트를 포함하는 1개 이상의 추가의 관형 벽으로서, 각각의 추가의 탄화규소 세그먼트는
    제1 측방 세그먼트 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 개방 함몰부를 규정하는 제1 측방 세그먼트 에지 표면,
    제2 세그먼트 측방 에지 표면의 길이의 적어도 일부분을 따른 측방 연장 돌출부를 규정하는 제2 측방 세그먼트 에지 표면으로서, 상기 돌출부는 상기 제1 세그먼트 측방 에지 표면 함몰부보다 더 작은 치수를 갖는, 제2 측방 세그먼트 에지 표면,
    상향 개방 세그먼트 함몰부를 규정하는 세그먼트 상부 에지 표면,
    상기 세그먼트 함몰부보다 더 작은 치수를 갖는 하향 연장 세그먼트 돌출부를 규정하는 세그먼트 하부 에지 표면, 및
    상기 추가의 관형 벽의 인접 측방 연결된 추가의 탄화규소 세그먼트들 사이에 배치되는 결합 재료의 체적
    을 포함하는, 1개 이상의 추가의 관형 벽; 및
    상기 추가의 관형 벽 및 접합 인접 관형 벽 사이에 배치되는 결합 재료의 체적
    을 추가로 포함하는 세그먼트화된 탄화규소 라이너.
  20. 폴리규소-코팅된 과립 재료 제조용 유동층 반응기로서,
    외부 벽을 갖는 용기; 및
    제1항에 따른 세그먼트화된 탄화규소 라이너로서, 상기 외부 벽의 내측으로 위치되어 상기 라이너의 내부 표면이 반응 챔버의 일부분을 규정하도록 하는 라이너
    를 포함하는 유동층 반응기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 외부 벽 및 상기 세그먼트화된 탄화규소 라이너 사이에 위치된 적어도 1개의 가열기;
    규소-보유 기체를 포함하는 1차 기체를 상기 반응 챔버 내로 허용하도록 위치된 개구를 갖는 적어도 1개의 주입구;
    각각의 유동화 기체 주입구가 상기 반응 챔버 내로의 배출구 개구를 갖는 복수의 유동화 기체 주입구; 및
    상기 용기로부터 규소-코팅된 생성물 입자를 제거하기 위한 적어도 1개의 배출구
    를 추가로 포함하는 유동층 반응기.
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