WO2014154430A1 - Herstellung von silicium enthaltenden nano- und mikrometerskaligen partikeln - Google Patents

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WO2014154430A1
WO2014154430A1 PCT/EP2014/053738 EP2014053738W WO2014154430A1 WO 2014154430 A1 WO2014154430 A1 WO 2014154430A1 EP 2014053738 W EP2014053738 W EP 2014053738W WO 2014154430 A1 WO2014154430 A1 WO 2014154430A1
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silicon
arc
gas
melt
generated
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PCT/EP2014/053738
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Maximilian Peter
Josef Auer
Klaus Eller
Harald Voit
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Wacker Chemie Ag
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon

Definitions

  • the invention relates to the production of silicon
  • Electrode materials are additionally required to meet the increasing demands on energy and power density of the batteries. This is especially true for batteries that are in the field of electric mobility, ie in
  • Electric and hybrid drives are to be used.
  • silicon-containing anodes can achieve up to ten times the gravimetric and one to three times the volumetric storage capacity.
  • nanoscale silicon particles may also be used
  • Silicon suboxides can be used as the anode material for lithium-ion batteries. These are typically in the Range up to several micrometers used (US2007 / 099436 A).
  • US20070099436 Al shows a method in which silicon is vaporized by electron beam, passed through an oxygen atmosphere and so SiOx (0.2 ⁇ x ⁇ 0.9) is deposited on a substrate in the size range 0.5 - 20 ⁇ .
  • SiO Silicon and silicon monoxide
  • Sources vaporized and deposited on a substrate.
  • SiO is made of SiO 2 and a reducing agent, for example silicon or
  • Carbon evaporated at 1100 - 1600 ° C, metered oxygen and the product on a cooled surface at about 200 - 400 ° C deposited.
  • SiH4 gaseous monosilane
  • US2007 / 0172406 Al discloses a process for the production of a silicon powder in which a vapor or steam continuously
  • gaseous silane, a vapor or gaseous dopant and an inert gas are transferred into a reactor and mixed there, the proportion of the silane being between 0.1 and 90% by weight, based on the sum of silane, dopant and inert gas, wherein a plasma is generated by energy input by means of electromagnetic radiation in the microwave range at a pressure of 10 to 1100 mbar, the reaction mixture is cooled and the reaction product is separated in the form of a powder from the gaseous substances.
  • This produces an aggregated, crystalline silicon powder which has a BET surface area of more than 50 m 2 / g.
  • Such a reaction could also be carried out in a hot wall reactor at temperatures in the range of 1000 ° C.
  • nanoscale particles Another possibility for producing nanoscale particles is to evaporate solid starting materials, such as powders, in a plasma and then to deposit them in a defined manner. By means of rapid cooling, very fine particles form. For the evaporation of solid silicon, an approximately three times higher temperature than in the previously described monosilane process is needed.
  • US2007 / 0029291 A1 describes the preparation of a nanopowder in which a reaction material is supplied to a plasma burner in which a plasma flow is generated which has a sufficiently high temperature to produce a superheated steam of that material, said steam being produced by means of of the plasma flow is transported to a quench zone where a cold quench gas is directed into the plasma flow to produce a renewable gaseous cold front such that nanopowder is formed at the interface between cold front and plasma flow.
  • US 2012/00201266 A1 discloses a plasma reactor containing a torch body comprising a plasma torch to
  • the gas discharge forms a plasma in which the particles (atoms or molecules) at least partially
  • DE 10 2006 044 906 A1 discloses a plasma torch
  • Arcs between the cathode and the collecting anode and with a central material feed characterized in that a first, the material supply at least partially flowing around the secondary gas flow for focusing the
  • Material injection is provided in the center of the generated plasma.
  • Ignition voltage between the cathodes and the first collecting anode is applied, after ignition of the respective arc, the supply of the plasma gas (primary gas) is increased and a transfer of the arc to the second collecting anode by increasing the applied second anode voltage
  • a process chamber having electrodes for generating an arc A, B and at least one gas supply and at least one
  • Material supply for generating a gas and material flow C in the process chamber is connected, wherein at least one first electrode upstream and at least one second electrode are arranged downstream spaced from each other, which are different for generating a first arc A.
  • differently polarized electrodes generates a first arc A to form a first heating zone and the first
  • Heating zone is extended by a second heating zone, which is formed by generating a second arc B, wherein the first and second arc A, B burn simultaneously, the first and second heating zone, a gas supplied to generate a plasma and material is vaporized in the plasma.
  • the starting material is introduced in powder form into a carrier gas and thus provided in the reactor.
  • these ways of providing the starting material are disadvantageous.
  • the supply of the plants is usually done by means of direct current or high frequency sources, which keeps their efficiency relatively low. It is also conceivable, the energy through a
  • Arc is described in DE 42 23 592 C2, namely an arc evaporation device for evaporating a voltage applied to a cathode targets by means of at least one generated by an arc current of a power source arc spot, which is used for straightening and moving the
  • Arc spots on the target surface by means of an external magnetic field has a magnetic coil and in which the target projects into a connected to the anode vacuum chamber,
  • Magnetic field (Bs) to the respective value of the intrinsic magnetic field of the arc current (Bi) and in that the field strength of the external magnetic field does not exceed a value of 10 "3 T.
  • the object of the invention was to provide a large-scale and economical process for producing fine silicon-containing particles.
  • This object is achieved by a method for producing silicon-containing nano- and / or micrometer-scale particles, wherein in a gas-tight chamber between two electrodes of silicon by means of high voltage an arc is generated, whereby silicon of the electrode evaporates, wherein a gas stream containing cold inert Gas, is passed to the arc, in order to achieve a rapid cooling of the vapor and transported by nucleation generated silicon containing particles in a gas stream to a cooling area outside the gas-tight chamber, where a further cooling of the gas stream, wherein the silicon-containing particles finally from Gas to be separated.
  • the silicon-containing particles may be any suitable silicon-containing particles.
  • the electrodes are made of silicon and provide the precursor material for the
  • This may be a silicon rod, in particular a rod made of polycrystalline
  • Silicon as it results by deposition on carrier bodies in the so-called Siemens process.
  • the silicon of the electrodes is vaporized by means of an arc generated between the electrodes. So that during the process sufficient precursor material in the vicinity of the
  • Arc is present, it is preferable to off the electrode Mechanically guide silicon.
  • the tracking of the electrode can be automated. In due time either a second silicon rod is welded to the partially spent electrode or a new electrode is installed and the
  • precursor material can also be provided in another form. These may be silicon fragments, silicon powder, silicon dioxide fragments, silica powder or a mixture of silicon and
  • Silicon dioxide for example, while they are in a crucible, are brought into the vicinity of the arc.
  • the crucible can be electrically conductive. From the fragments and / or the powder, a melt can be generated, preferably, in which the arc is magnetically directed in the direction of the crucible.
  • crucible and melt are electrically conductive, they act like an additional electrode.
  • the essential advantage of the invention consists in the simple introduction of the precursor material (silicon and
  • the introduction takes place predominantly directly, by evaporation of the electrodes.
  • the special arrangement of the electrodes also allows a use of proven and conventional
  • Fig. 1 shows the basic structure of the power supply.
  • the supply of the system C is made by one or more controllable DC / frequency variable AC power sources A.
  • the regulation of the sources is achieved by measuring various process parameters.
  • the ignition of the arc in the system C is connected in parallel by one or more of the power supply A.
  • High voltage sources B reached. These sources serve to ignite the arc. They do not take over any more
  • Fig. 2 shows the schematic structure of a preferred
  • Fig. 3 shows the schematic structure, if, in deviation from Fig. 2, additional Si fragments or powder are used as the starting material.
  • the arrangement for evaporation and condensation is surrounded by a gas-tight chamber 4 in which an inert gas is located.
  • the inert gas is chosen so that no oxidation of the
  • the chamber 4 is temperature-controlled heated and / or cooled.
  • the heating is done electrically, for example by means of
  • Infrared heaters or resistance heaters are Infrared heaters or resistance heaters.
  • the temperature in the chamber 4 is monitored and so on
  • Starting material is the desired temperature range of the electrodes between 200-400 ° C, preferably at 310 ° C.
  • FeSi or doped silicon can be dispensed with at sufficiently high intrinsic conductivity at room temperature on an additional heating.
  • throttled and the waste heat of the arc 8 in the chamber 4 are used to keep the chamber 4 and the starting material at a certain temperature.
  • the starting material is a semiconductor material
  • the starting material can be supplied to the process in various forms. Solid in rod form and or in
  • Fracture / powder / granules are mentioned here. If material is introduced into fracture form / powder / granulate, this may also consist of a non-conductor, eg SiO 2.
  • the introduction of the starting material is achieved by controlled supply (replenishment) of at least one electrode 1 and / or the mechanical supply of crucible 12 with break or powder.
  • the electrodes 1 are aligned with each other so that there is an optimum range for evaporation and condensation.
  • a cold inert gas is passed directly through nozzles 2 to the arc 8.
  • the flow velocities around the arc range are between 0.1-20 m / s, preferably at 2 m / s.
  • the incident gas at the arc has a temperature in the range of 20-400 ° C, preferably below 200 ° C.
  • the gas causes rapid cooling and transports the resulting particles / vapors into a further cooling region 9.
  • the magnetic blowing effect of the arc 8 also produces a certain transport effect which acts in the direction of the gas flow.
  • inert gases may be added to the inert gas, e.g. Oxygen, are added in sub-and superstoichiometric amount.
  • the remote cooling region 9 is used for further condensation and cooling of the vaporized material and gas stream.
  • the inert gas can be supplied from a final cooling area 5 by means of a pump 6 of the gas-tight chamber 4 and the cooling nozzles of the system again.
  • the separation of the particles from the gas stream is carried out in or after the final cooling zone 13.
  • the particles are treated with special separators
  • a reflecting screen 3 is placed, which transmits the thermal radiation to the
  • Arc region 8 reflected.
  • In the screen 3 can also be inlets for inert gas, which prevents coating of the screen 3.
  • the device can be extended / modified to vaporize also granules, powder or breakage.
  • silica can also be used as solid material, whereby SiOx (O ⁇ x ⁇ 2) can be synthesized.
  • melt 11 which is thermally insulated by the starting material.
  • a flow of current through the melt to the crucible 12 is possible, so that can
  • Starting material can be used as a third electrode.
  • the deflection of the arc 8 in the melt can be done by a generated magnetic field and or by tilting the electrodes. If necessary, a coil 10 is placed in such a way that the arc 8 is deflected according to the generated field.
  • the power supply can be designed for the area of a conductive arc.
  • the power supply is thus in the field of conventional and conventional power supply technology.
  • the arc 8 does not go out completely in the current zero crossing as in the two-phase alternating current. There is always a conductive and hot area of the arc 8 present. Necessary reignitions are thus avoided. Also results in a symmetrical load on the supply network. It can
  • AC voltage can be balanced or used to run the process optimally.
  • the arrangement of several, at least two electrodes 1, which are horizontally / vertically offset in a chamber, allows the use of multi-phase sources and a variable placement of the electrodes 1 in order to obtain an optimum arc 8.
  • the arrangement of a plurality, at least two electrodes 1 in a chamber 4, which are inclined to each other at different angles in the horizontal and vertical directions, allows the use of multi-phase sources.
  • the electrodes 1 can be placed so that an optimum arc 8 is obtained.
  • Repulsion specifically "blown” away from the electrodes 1. This effect is used to create the hot zone in front of the electrodes 1 and he promotes the vaporized starting material faster in the cooling region.
  • the product transport In combination with the gas flow, the product transport can be controlled in the desired direction.
  • the introduction of a starting material by means of one or more tracked rod-shaped electrodes 1 allows easy feeding of the starting material as a full or
  • the electrode may consist of non-doped Si, doped Si and FeSi. Dopants may be suitable for later use, e.g. in lithium-ion batteries, as advantageous.
  • the gas supply can be displaced by a hollow electrode 1 directly on / in the arc 8 to a fast
  • the electrodes 1 are cooled by the gas flowing through.
  • the excess heat from the arc 8 can be used to vaporize additional solid.
  • the introduced particles can in this case also from the electrodes 1
  • Reaction and / or a coating of the additionally introduced Material can be achieved with the evaporated electrode material.
  • the electrodes 1 have a finite length, therefore, after a certain time, the electrode 1 is evaporated. The connection to the following electrode 1 is complicated, so a remnant is pushed as a loss in the reactor. A new electrode 1 is inserted and re-ignited. To automate this process, the electrodes 1 are preferably provided in a magazine or container for tracking.
  • the joining of the following electrodes 1 is preferable for a continuous process. This is added at
  • a tracking electrode 1 is automatically welded to the previous one.
  • the tracking of the electrodes 1 is essential for the
  • the length of the arc 8 The length of the arc 8, the necessary arc voltage, the arc current and the resulting power are given. It is measured by measuring quantities such as
  • an optical measurement of the dimensions and the intensity and the emitted wavelength of the arc 8 can be used for the control.
  • the electrodes 1 can be optically measured and the tracking can likewise be regulated in accordance with the removal.
  • Silicon powder can be used as a thermal insulator and at the same time as an electrical conductor in forming melts in powders or granules.
  • the crucible 12 can be used as a third electrode.
  • the thermal insulation property of the powder is used to keep the melt in the powder. At the same time the powder is used as an electrical conductor.
  • the magnetic deflection of the arc 8 in or over a melt by means of an electrically generated, separate magnetic field is also preferred.
  • the arc 8 can be magnetically deflected so that a melt in the crucible 12
  • the silicon is heated to the extent that it is in the region of its intrinsic conduction.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Silicium enthaltenden nano- und/oder mikrometerskaligen Partikeln, wobei in einer gasdichten Kammer zwischen zwei oder mehreren Elektroden aus Silicium mittels Hochspannung ein Lichtbogen erzeugt wird, wodurch Silicium der Elektrode verdampft, wobei ein Gasstrom, enthaltend kaltes inertes Gas, zum Lichtbogen geleitet wird, um eine schnelle Abkühlung des Dampfes zu erreichen und durch Nukleation erzeugte Silicium enthaltende Partikel in einem Gasstrom zu einem Kühlbereich außerhalb der gasdichten Kammer zu transportieren, wo eine weitere Abkühlung des Gasstroms erfolgt, wobei die Silicium enthaltenden Partikel schließlich vom Gas separiert werden.

Description

Herstellung von Silicium enthaltenden nano- und
mikrometerskaligen Partikeln
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Silicium
enthaltenden Partikeln, die als Anodenmaterial in Lithium- Ionen-Batterien verwendet werden können.
Derzeit wird als Anodenmaterial in Lithium- Ionen-Batterien üblicherweise Graphit eingesetzt. Der Einsatz anderer
Elektrodenmaterialien ist zusätzlich erforderlich, um den steigenden Anforderungen an Energie- und Leistungsdichte der Batterien genügen zu können. Dies gilt insbesondere auch für Batterien, die im Bereich der Elektromobilität, also in
Elektro- und Hybridantrieben, zum Einsatz kommen sollen.
Als alternatives Anodenmaterial kommt Silicium in Frage. Im Vergleich zur Interkalation von Lithium in Graphit kann durch Silicium-haltige Anoden eine bis zu zehnfache gravimetrische und ein bis zu dreifache volumetrische Speicherkapazität erreicht werden.
Die Einlagerung von Lithium-Ionen in Silicium-Partikeln führt hierbei allerdings zu einer starken Volumenausdehnung. Dies kann die mechanische Stabilität der Zelle überlasten und zu einer erhöhten Abnahme der Zyklen-Stabilität sowie der
Ratenfähigkeit führen.
Durch maßgeschneiderte Silicium-Partikel mit einer nano- skaligen Silicium-Primärstruktur kann dies unterbunden werden, siehe z.B. Zhou et al , „Controlled Li doping of Si nanowires by electrochemical Insertion method", Applied Physics Letters, Vol. 75, No. 16, p. 2447-2449 (18 Oktober 1999). Alternativ zu nanoskaligen Silicium-Partikeln können auch
Siliciumsuboxide (SiOx, x < 2) als Anodenmaterial für Lithium- Ionenbatterien verwendet werden. Diese werden typischerweise im Bereich bis zu mehreren Mikrometern eingesetzt (US2007/099436 A) .
Zur Herstellung Silicium-haltiger Partikel kommt eine Reihe von Möglichkeiten in Betracht.
US20070099436 AI zeigt ein Verfahren, in dem Silicium mittels Elektronenstrahl verdampft, durch Sauerstoff-Atmosphäre geleitet und so SiOx (0,2 < x < 0,9) auf einem Substrat im Größenbereich 0,5 - 20 μπ abgeschieden wird.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von SiOx-Partikeln mit x < 1 wird in US20070254102 AI beschrieben. Hierbei wird
Silicium und Siliciummonoxid (SiO) aus zwei verschiedenen
Quellen verdampft und an einem Substrat abgeschieden.
Eine Möglichkeit zur Herstellung von SiOx-Partikeln mit x > 1 ist in US20020159941 AI beschrieben. Hierbei wird SiO aus Si02 und einem Reduktionsmittel, beispielsweise Silicium oder
Kohlenstoff, bei 1100 - 1600°C verdampft, Sauerstoff zu dosiert und das Produkt auf einer gekühlten Oberfläche bei ca. 200 - 400 °C abgeschieden.
Darüber hinaus können Silicium-haltige Nanopartikel
beispielsweise aus gasförmigem Monosilan (SiH4) hergestellt werden.
US2007/0172406 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumpulvers , bei dem kontinuierlich ein dampf- oder
gasförmiges Silan, ein dampf- oder gasförmiger Dotierstoff und ein Inertgas in einen Reaktor überführt und dort gemischt werden, wobei der Anteil des Silans zwischen 0,1 und 90 Gew. -%, bezogen auf die Summe aus Silan, Dotierstoff und Inertgas, beträgt, wobei durch Energieeintrag mittels elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich bei einem Druck von 10 bis 1100 mbar ein Plasma erzeugt wird, das Reaktionsgemisch abkühlt und das Reaktionsprodukt in Form eines Pulvers von den gasförmigen Stoffen abgetrennt wird. Dabei entsteht ein aggregiertes, kristallines Silicium-Pulver, das eine BET-Oberflache von mehr als 50 m2/g aufweist.
Eine solche Reaktion könnte auch in einem Heißwandreaktor durchgeführt werden, bei Temperaturen im Bereich von 1000°C.
Wegen der Gefahr der autokatalytischen Zersetzung ist ein solches Verfahren jedoch schwer zu handhaben und zudem
aufwändig .
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung nanoskaliger Partikel sieht vor, feste Ausgangsstoffe - wie Pulver - in einem Plasma zu verdampfen und anschließend definiert abzuscheiden. Mittels schneller Abkühlung bilden sich sehr feine Partikel aus. Für die Verdampfung von festem Silicium wird eine in etwa dreifach höhere Temperatur als im zuvor beschriebenen Monosilan-Prozess benötigt .
In US2007/0029291 AI wird die Herstellung eines Nanopulvers beschrieben, bei dem ein Reaktionsmaterial einem Plasmabrenner, in dem ein Plasmafluss erzeugt wird, der eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, zugeführt wird, um einen überhitzten Dampf von jenem Material zu erzeugen, wobei dieser Dampf mittels des Plasmaflusses in eine Quenchzone transportiert wird, wo ein kaltes Quenchgas in den Plasmafluss gerichtet wird, um eine erneuerbare gasförmige Kaltfront zu erzeugen, so dass an der Grenzfläche zwischen Kaltfront und Plasmafluss ein Nanopulver gebildet wird. US 2012/00201266 AI offenbart einen Plasmareaktor enthaltend einen Brennerkörper umfassend einen Plasmabrenner, um ein
Plasma zu erzeugen, einen Reaktorabschnitt, der einen
Plasmafluss aus dem Brennerkörper aufnehmen kann und mit einem Quenchabschnitt verbunden ist, und wenigstens einen Heizer, der thermisch mit dem Reaktorabschnitt zusammenwirkt, wobei der Heizer vorgesehen ist, um die Temperatur im Reaktorabschnitt selektiv zu modulieren. Es ist vorgesehen, ein Precursormaterial dem Plasmabrenner zuzuführen und das Material zu verdampfen, das verdampfte Material einem Temperaturprofil auszusetzen, so dass es zur Nukleation von Partikeln aus dem verdampften Material kommt, das Temperaturprofil selektiv zu modulieren, und das nukleierte Material zu quenchen.
Alternativ können zur Bereitstellung der benötigten
Temperaturen und Energiedichten Lichtbogen-Plasmen verwendet werden.
Ein Lichtbogen ist eine sich selbst erhaltende Gasentladung zwischen zwei Elektroden, die eine ausreichend hohe elektrische Potentialdifferenz (= Spannung) aufweisen muss, um durch
Stoßionisation die benötigte hohe Stromdichte
aufrechtzuerhalten. Die Gasentladung bildet ein Plasma, in dem die Teilchen (Atome oder Moleküle) zumindest teilweise
ionisiert sind. DE 10 2006 044 906 AI offenbart einen Plasmabrenner,
insbesondere zur Herstellung von Beschichtungen auf Oberflächen und/oder zur Herstellung von Nano-Pulvern, mit einer Mehrzahl von symmetrisch um eine Längsmittelachse des Brenners
angeordneten Kathoden mit diese umgebenden PlasmagasZuführungen und einer zentrisch zur Mittelachse stromabwärts angeordneten Sammelanode zur Erzeugung einer entsprechenden Anzahl von
Lichtbögen zwischen den Kathoden und der Sammelanode sowie mit einer zentrischen WerkstoffZuführung, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, die WerkstoffZuführung wenigstens teilweise umströmende Sekundärgasströmung zur Fokussierung der
Werkstoffeindüsung in das Zentrum des erzeugten Plasmas vorgesehen ist.
Ebenso offenbart ist ein Verfahren zur Erzeugung von Partikeln zur Beschichtung von Oberflächen und/oder zur Herstellung von Nano-Pulverpartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zuvor beschriebenen Plasmabrenner zunächst eine geringe
Zündspannung zwischen den Kathoden und der ersten Sammelanode angelegt wird, nach Zündung des jeweiligen Lichtbogens die Zuführung des Plasmagases (Primärgases) gesteigert wird und eine Überführung des Lichtbogens an die zweite Sammelanode durch Erhöhung der anliegenden zweiten Anodenspannung
vorgenommen wird.
DE 10 2011 002 183 AI beansprucht eine Vorrichtung zur
plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer, die Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens A, B aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung und wenigstens einer
Materialzuführung zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms C in der Prozesskammer verbunden ist, wobei wenigstens eine erste Elektrode stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode stromabwärts voneinander beabstandet angeordnet sind, die zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens A unterschiedliche
Polaritäten aufweisen und eine erste Heizzone bilden, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens eine dritte Elektrode mit derselben Polarität wie die erste Elektrode stromabwärts von der zweiten Elektrode angeordnet ist derart, dass zwischen der zweiten und dritten Elektrode ein zweiter Lichtbogen B
erzeugbar ist und die zweite und dritte Elektrode eine zweite Heizzone bilden. Ebenso ist offenbart ein Verfahren zur plasmagestützten
Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen, bei denen in einer Prozesskammer zwischen
unterschiedlich polarisierten Elektroden ein erster Lichtbogen A zur Bildung einer ersten Heizzone erzeugt und die erste
Heizzone durch eine zweite Heizzone verlängert wird, die durch Erzeugung eines zweiten Lichtbogens B gebildet wird, wobei der erste und zweite Lichtbogen A, B gleichzeitig brennen, der ersten und zweiten Heizzone ein Gas zur Erzeugung eines Plasmas zugeführt und Material im Plasma verdampft wird.
In die Heizzonen wird mit Hilfe eines Träger-Gasstromes Pulver eingebracht, welches verdampft und nach Durchlaufen der
Heizzonen in kälteren Bereichen, ggf. unter Zuhilfenahme einer Kaltgasquenche , als ultrafeine Partikel ausfällt. Der Umsatz des pulverförmigen Precursors ist hierbei unter anderem durch die hohe Viskosität der Lichtbögen limitiert. Durch diese kann nicht beliebig viel Feststoff in die Lichtbögen eingebracht werden.
Eine weitere Vorrichtung zur Herstellung ultrafeiner Partikel ist in US 4732369 A beschrieben. Hierbei wird mit Hilfe von Lichtbögen Material aus der Feststoffphase direkt verdampft und durch einen auf den Lichtbogen gerichteten Gasstrom abgekühlt. Weiter ist eine Nachheizzone mit induktiver Heizung aufgeführt.
Im Stand der Technik wird das Ausgangsmaterial in Pulverform in ein Trägergas eingebracht und so im Reaktor bereitgestellt. Für großtechnische Anwendungen sind diese Arten der Bereitstellung des Ausgangsmaterials von Nachteil.
Die Versorgung der Anlagen erfolgt meist mittels Gleichstromoder hochfrequenten Quellen, was deren Wirkungsgrad relativ niedrig hält. Denkbar ist es auch, die Energie durch eine
Entladung eines Kondensators bereitzustellen. Diese Methode der Versorgung ist ebenfalls großtechnisch schwer realisierbar und hat einen geringen Wirkungsgrad zur Folge. Eine weitere Vorrichtung zum Verdampfen mittels eines
Lichtbogens wird in DE 42 23 592 C2 beschrieben, nämlich eine Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung zum Verdampfen eines an einer Kathode anliegenden Targets mittels zumindest eines durch einen von einem Lichtbogenstrom einer Stromquelle erzeugten Lichtbogenspots, welche zum Richten und Bewegen des
Lichtbogenspots auf der Targetoberfläche mittels eines äußeren Magnetfeldes eine Magnetspule hat und bei der das Target in eine an die Anode angeschlossene Vakuumkammer ragt,
gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen des äußeren
Magnetfeldes (Bs) auf den jeweiligen Wert des Eigenmagnetfeldes des Lichtbogenstroms (Bi) und dadurch, dass die Feldstärke des äußeren Magnetfeldes einen Wert von 10"3 T nicht übersteigt. Hierin wird die Richtwirkung eines Magnetfeldes auf den
Lichtbogen angewandt um einen örtlich gewünschten Kathodenfleck zu erhalten. Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein großtechnisches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung feiner Silicium enthaltender Partikel bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Silicium enthaltenden nano- und/oder mikrometerskaligen Partikeln, wobei in einer gasdichten Kammer zwischen zwei Elektroden aus Silicium mittels Hochspannung ein Lichtbogen erzeugt wird, wodurch Silicium der Elektrode verdampft, wobei ein Gasstrom, enthaltend kaltes inertes Gas, zum Lichtbogen geleitet wird, um eine schnelle Abkühlung des Dampfes zu erreichen und durch Nukleation erzeugte Silicium enthaltende Partikel in einem Gasstrom zu einem Kühlbereich außerhalb des gasdichten Kammer zu transportieren, wo eine weitere Abkühlung des Gasstroms erfolgt, wobei die Silicium enthaltenden Partikel schließlich vom Gas separiert werden.
Bei den Silicium enthaltenden Partikeln kann es sich um
Siliciumoxid- oder um Silicium-Partikel im Größenbereich 10 nm - 100 μτη, insbesondere 20 nm - 50 μτη, handeln. Silicium kann dotiert und undotiert sein. Die Partikel können auch
beschichtet sein.
Abweichend vom Stand der Technik bestehen die Elektroden aus Silicium und stellen das Precursor-Material für die
Partikelerzeugung dar. Dabei kann es sich um einen Siliciumstab handeln, insbesondere um einen Stab aus polykristallinem
Silicium, wie er durch Abscheidung auf Trägerkörpern im sog. Siemens -Prozess resultiert. Das Silicium der Elektroden wird mittels einem, zwischen den Elektroden erzeugten Lichtbogens verdampft . Damit während des Prozess ausreichend Precursormaterial in der Nähe des
Lichtbogens vorhanden ist, ist es bevorzugt, die Elektrode aus Silicium mechanisch nachzuführen. Die Nachführung der Elektrode lässt sich automatisieren. Zu gegebener Zeit wird entweder ein zweiter Siliciumstab an die teilweise verbrauchte Elektrode angeschweißt oder eine neue Elektrode installiert und der
Lichtbogen neu gezündet.
Neben den Elektroden aus Silicium kann Precursormaterial auch in anderer Form bereitgestellt werden. Dabei kann es sich um Siliciumbruchstücke, Siliciumpulver, Siliciumdioxidbruchstücke , Siliciumdioxidpulver oder einem Gemisch aus Silicium und
Siliciumdioxid handeln, die beispielsweise - während sie sich in einem Tiegel befinden - in die Nähe des Lichtbogens gebracht werden. Der Tiegel kann elektrisch leitfähig sein. Aus den Bruchstücke und/oder dem Pulver kann eine Schmelze erzeugt, vorzugsweise, in dem der Lichtbogen magnetisch in Richtung Tiegel gelenkt wird.
Sind Tiegel und Schmelze elektrisch leitfähig, wirken sie wie eine zusätzliche Elektrode. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen Einbringung des Precursormaterials (Silicium und
Siliciumdioxid) .
Die Einbringung erfolgt überwiegend direkt, durch Verdampfen der Elektroden.
Dies ermöglicht es, das Ausgangsmaterial ohne
Fremdkontamination zu verdampfen. Eine separate Hochspannungszündquelle vermindert den Aufwand für die elektrische Versorgung.
Die spezielle Anordnung der Elektroden ermöglicht darüber hinaus eine Verwendung bewährter und konventioneller
Stromversorgungstechnik, die im Vergleich zur HF- Plasmaerzeugung wesentlich weniger aufwändig ist und vor allem höhere elektrische Wirkungsgrade erreichen kann. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 1-3 erläutert. Liste der Bezugszeichen
1 Elektrode
2 Düsen
3 Reflektierender Schirm
4 Kammer
5 Finaler Abkühlbereich
6 Pumpe
7 Düsen
8 Lichtbogen
9 Kühlbereich
10 Spule
11 Schmelze
12 Tiegel
13 Finaler Abkühlbereich
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Stromversorgung.
Die Versorgung des Systems C wird durch eine oder mehrere regelbare Gleich- / frequenzvariable Wechselstromquellen A vorgenommen. Die Regelung der Quellen wird durch Messung verschiedener Prozessparameter erreicht.
Die Zündung des Lichtbogens im System C wird durch eine oder mehrere der Stromversorgung A parallel geschaltete
Hochspannungsquellen B erreicht. Diese Quellen dienen dazu, den Lichtbogen zu zünden. Sie übernehmen weiter keine
Versorgungsaufgaben. Sollte der Lichtbogen im Prozess
erlöschen, wird eine erneute Zündung vorgenommen.
Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer bevorzugten
Vorrichtung, bei der Siliciumstäbe als Elektroden zum Einsatz kommen . Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau, wenn abweichend von Fig. 2 zusätzlich Si-Bruchstücke oder -pulver als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die Anordnung zur Verdampfung und Kondensation wird durch eine gasdichte Kammer 4 umgeben, in der sich ein Inert-Gas befindet. Das Inert-Gas ist so gewählt, dass keine Oxidation des
Ausgangsmaterials erfolgt. Die Kammer 4 wird temperaturgeregelt beheizt und/oder gekühlt. Die Heizung erfolgt elektrisch, beispielsweise mittels
Infrarotstrahler oder Widerstandsheizern.
Die Temperatur in der Kammer 4 wird überwacht und so
eingestellt, dass sich beim Ausgangsmaterial Eigenleitung, also erhöhte Leitfähigkeit einstellt. Alternativ kann das
Ausgangsmaterial auch direkt auf eine hinreichende
Eigenleitfähigkeit beheizt werden. Bei Verwendung von polykristallinem Silizium als
Ausgangsmaterial ist der angestrebte Temperaturbereich der Elektroden zwischen 200 - 400 °C, vorzugsweise bei 310 °C.
Bei Verwendung von FeSi oder dotiertem Silicium kann bei genügend hoher Eigenleitfähigkeit bei Raumtemperatur auf eine zusätzliche Beheizung verzichtet werden.
Im Prozessverlauf kann die Zuführung der Wärmeenergie
gedrosselt und die Abwärme des Lichtbogens 8 in der Kammer 4 verwendet werden, um die Kammer 4 bzw. das Ausgangsmaterial auf einer bestimmen Temperatur zu halten.
Das Ausgangsmaterial liegt als Halbleitermaterial,
beispielsweise Silicium vor. Das Ausgangsmaterial kann in verschiedenen Formen dem Prozess zugeführt werden. Festkörper in Stabform und oder in
Bruchform/Pulver/Granulat seien hier genannt. Wird Material in Bruchform/Pulver/Granulat eingebracht kann dieses auch aus einem Nichtleiter, z.B. Si02 bestehen.
Die Einbringung des Ausgangsmateriales wird durch geregelte Zuführung (Nachschub) von mindestens einer Elektrode 1 und/oder der mechanischen Zuführung von Tiegel 12 mit Bruch oder Pulver erreicht .
Die Elektroden 1 sind gegeneinander so ausgerichtet, dass sich ein optimaler Bereich für die Verdampfung und Kondensation ergibt .
Weiter wird durch Düsen 2 ein kaltes Inert-Gas direkt auf den Lichtbogen 8 geleitet. Die Strömungsgeschwindigkeiten um den Lichtbogenbereich liegen dabei zwischen 0,1-20 m/s vorzugsweise bei 2 m/s. Das am Lichtbogen auftreffende , gerichtete Gas hat eine Temperatur im Bereich von 20-400 °C, vorzugweise unter 200 °C.
Das Gas bewirkt eine schnelle Abkühlung und transportiert die entstandenen Partikel/Dämpfe in einen weiteren Kühlbereich 9.
Durch die magnetische Blaswirkung des Lichtbogens 8 entsteht ebenfalls ein gewisser Transporteffekt welcher in Richtung der Gasströmung wirkt .
Alternativ können dem Inert-Gas reaktive Gase, z.B. Sauerstoff, in unter- und überstoichiometrischer Menge zudosiert werden.
Somit ist es möglich auch sauerstoffhaltige Si-Partikel, SiOx, 0 ^ x ^ 2 zu erzeugen.
Der abgesetzte Kühlbereich 9 wird zur weiteren Kondensation und Abkühlung des verdampften Materials und Gasstromes verwendet.
In dieser Zone wird schräg und nahe der Wandung über Düsen 7 kaltes Inert Gas eingeströmt. Die der Wandung nahe Gasschicht sowie die zur Mitte gerichtete Strömung, verhindern weitgehendste Abscheidungen an der
Wandung . Das Inertgas kann aus einem finalen Abkühlbereich 5 mittels einer Pumpe 6 der gasdichten Kammer 4 sowie den Kühldüsen des Systems wieder zugeführt werden.
Die Trennung der Partikel vom Gasstrom wird im oder nach dem finalen Abkühlbereich 13 durchgeführt.
Dabei werden die Partikel mit speziellen Separatoren
(mechanisch, elektrostatisch) oder mit Hilfe einer
Nassabscheidung vom Gasstrom separiert.
Um den Bereich des Lichtbogens 8 wird ein reflektierender Schirm 3 platziert, welcher die thermische Strahlung zum
Lichtbogenbereich 8 reflektiert. Im Schirm 3 können sich ferner Einlasse für Inert-Gas befinden, welches ein Beschichten des Schirmes 3 verhindert.
Die Vorrichtung kann erweitert werden/abgewandelt werden, um auch Granulat, Pulver oder Bruch zu verdampfen. Hierbei kann auch Siliciumdioxid als Feststoffmaterial eingesetzt werden, wodurch SiOx (0 ^ x ^ 2) synthetisiert werden können.
Dabei wird in einem Tiegel 12 das Ausgangsmaterial in Form von Granulat, Bruch oder Pulver durch den Lichtbogen 8 zum
Schmelzen und Verdampfen gebracht. Im Ausgangsmaterial bildet sich ein Bereich mit einer Schmelze 11 aus, welcher durch das Ausgangsmaterial thermisch isoliert ist. Ein Stromfluss über die Schmelze zum Tiegel 12 ist möglich, somit kann das
Ausgangsmaterial als dritte Elektrode verwendet werden. Die Ablenkung des Lichtbogens 8 in die Schmelze kann durch ein erzeugtes Magnetfeld und oder durch Neigen der Elektroden erfolgen. Es wird gegebenenfalls eine Spule 10 so platziert, dass der Lichtbogen 8 entsprechend dem erzeugten Feld abgelenkt wird .
Durch eine Versorgung mittels einer oder mehrerer
Wechselstromquellen / Gleichstromquellen mit einer oder mehrerer parallelgeschalteten Zündquellen ergeben sich
erhebliche Vereinfachungen in der Leistungsversorgung. Das Zünden des Lichtbogens 8 erfordert eine sehr hohe Spannung. Nach der Zündung vermindert sich die benötigte
Lichtbogenspannung drastisch. Werden die Zündquelle und die Versorgung entkoppelt, kann die Leistungsversorgung auf den Bereich eines leitfähigen Lichtbogens ausgelegt werden. Die Leistungsversorgung ist somit im Bereich konventioneller und gebräuchlicher Stromversorgungstechnik .
Durch die Anwendung einer mehrphasigen Quelle erlischt der Lichtbogen 8 nicht mehr vollständig im Stromnulldurchgang wie beim zweiphasigen Wechselstrom. Es bleibt immer ein leitfähiger und heißer Bereich des Lichtbogens 8 vorhanden. Notwendige Neuzündungen werden somit vermieden. Ebenfalls ergibt sich eine symmetrische Belastung des Versorgungsnetzes. Es können
Standard-Drehstromkomponenten verwendet werden.
Durch die Verwendung einer frequenzvariablen Quelle können die Leistungsoszillationen aufgrund der Verwendung von
WechselSpannung ausgeglichen oder verwendet werden, um den Prozess optimal ablaufen zu lassen.
Die Anordnung von mehreren, mindestens zwei Elektroden 1, welche in einer Kammer zueinander horizontal/vertikal versetzt sind, ermöglicht die Verwendung von mehrphasigen Quellen und eine variablen Platzierung der Elektroden 1, um einen optimalen Lichtbogen 8 zu erhalten. Die Anordnung von mehreren, mindestens zwei Elektroden 1 in einer Kammer 4, welche zueinander um unterschiedliche Winkel in horizontaler und vertikaler Richtung geneigt sind, ermöglicht die Verwendung von mehrphasigen Quellen. Zudem können die Elektroden 1 derart platziert werden, dass ein optimaler Lichtbogen 8 erhalten wird. Ebenfalls wird das verdampfte Material, bzw. ein induzierter Gasstrom, durch die Neigung des Lichtbogens 8 und resultierende magnetische
Abstoßung, gezielt von den Elektroden 1 weg „geblasen". Dieser Effekt wird genutzt, um die heiße Zone vor den Elektroden 1 zu erzeugen und er befördert das verdampfte Ausgangsmaterial schneller in den Kühlbereich 9.
Durch variable Einstellung des Neigungswinkels kann ein
magnetischer Transporteffekt eingestellt werden. In Kombination mit dem Gasdurchfluss kann hiermit der Produkttransport in die gewünschte Richtung gesteuert werden.
Das Einbringen eines Ausgangsmaterials mittels einer oder mehrerer nachgeführter stabförmiger Elektroden 1 ermöglicht die einfache Zuführung des Ausgangsmaterials als Voll- oder
Hohlelektrode .
Hierbei kann die Elektrode aus nicht-dotiertem Si, dotiertem Si sowie aus FeSi bestehen. Dotierungen können sich für die spätere Anwendung, z.B. in Lithium-Ionen-Batterien, als vorteilhaft darstellen.
Die Gaszuführung kann durch eine hohle Elektrode 1 direkt an/in den Lichtbogen 8 verlagert werden, um eine schnelle
Abschreckung der abgelösten Stoffe zu erhalten. Weiter werden die Elektroden 1 durch das durchströmende Gas gekühlt.
Zusätzlich ist eine Erwärmung der Elektroden 1 am Prozessbeginn durch die Zuführung eines heißen Gases möglich.
Durch die Zugabe von Pulvern in das eingebrachte (Quench-)Gas kann die überschüssige Wärme des Lichtbogens 8 zur Verdampfung von zusätzlichem Feststoff genutzt werden. Die eingebrachten Partikel können hierbei auch aus zu den Elektroden 1
verschiedenem Material bestehen. Hierbei kann auch eine
Reaktion und/oder ein Coating des zusätzlich eingebrachten Materials mit dem verdampften Elektrodenmaterial erreicht werden .
Die Elektroden 1 haben eine endliche Länge, daher ist nach einer gewissen Zeit die Elektrode 1 verdampft. Das Verbinden mit der nachfolgenden Elektrode 1 ist aufwendig, deshalb wird ein Reststück als Verlust in den Reaktor geschoben. Es wird eine neue Elektrode 1 eingeführt und neu gezündet. Um diesen Vorgang zu automatisieren, werden die Elektroden 1 vorzugsweise in einem Magazin oder Behälter zur Nachführung bereitgestellt.
Das Verbinden der nachfolgenden Elektroden 1 ist für einen kontinuierlichen Prozess zu bevorzugen. Dazu wird bei
geeigneter Temperatur, z.B. mit Hilfe von hohem Strom oder einer Entladung, eine nachgeführte Elektrode 1 an die vorherige automatisch angeschweißt.
Die Nachführung der Elektroden 1 ist essentiell für die
Einstellung der Länge des Lichtbogens 8. Durch die Länge des Lichtbogens 8 werden die notwendige Lichtbogenspannung, der Lichtbogenstrom sowie die daraus resultierende Leistung vorgegeben. Es wird durch Messung von Größen wie Strom,
Spannung und Leistung eine Quasi-Regelung der Nachführung der Elektroden 1 entsprechend des Abtrages erreicht.
Zusätzlich zu den konventionellen Messgrößen des Prozesses kann eine optische Messung der Abmessungen sowie der Intensität und der emittierten Wellenlänge des Lichtbogens 8 für die Regelung herangezogen werden. Weiter können die Elektroden 1 optisch vermessen und die Nachführung ebenfalls entsprechend dem Abtrag geregelt werden.
Zusätzlich kann festes Ausgangsmaterials in Form von Bruch, Granulat oder Pulver in einem Tiegel 12 unterhalb der
Lichtbogenzone eingebracht werden. Siliciumpulver kann als thermischer Isolator und gleichzeitig als elektrischer Leiter beim Ausbilden von Schmelzen in Pulvern oder Granulaten verwendet werden.
Der Tiegel 12 kann als dritte Elektrode genutzt werden. Dabei wird die thermische Isolationseigenschaft des Pulvers genutzt, um die Schmelze im Pulver zu halten. Zugleich wird das Pulver als elektrischer Leiter verwendet.
Bevorzugt ist auch die magnetische Ablenkung des Lichtbogens 8 in oder über eine Schmelze mittels eines elektrisch erzeugten, separaten Magnetfeldes.
Wird das im Tiegel 12 befindliche Material nicht als dritte Elektrode verwendet, kann der Lichtbogen 8 magnetisch so abgelenkt werden, dass sich im Tiegel 12 eine Schmelze
ausbildet .
Ebenso bevorzugt ist eine thermische oder optische Anregung des Ausgangsmaterials bis in den Bereich hoher Leitfähigkeit.
Um den Spannungsabfall an den Elektroden 1 zu minimieren und die größte mögliche Leistung am Lichtbogen 8 zu erhalten, wird das Silicium soweit erwärmt, dass es sich im Bereich seiner Eigenleitung befindet.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von Silicium enthaltenden nano- und/oder mikrometerskaligen Partikeln, wobei in einer
gasdichten Kammer zwischen zwei oder mehreren Elektroden aus
Silicium mittels Hochspannung ein Lichtbogen erzeugt wird, wodurch Silicium der Elektrode verdampft, wobei ein Gasstrom, enthaltendes kaltes inertes Gas, zum Lichtbogen geleitet wird, um eine schnelle Abkühlung des Dampfes zu erreichen und durch Nukleation erzeugte Silicium enthaltende Partikel in einem Gasstrom zu einem Kühlbereich außerhalb der gasdichten Kammer zu transportieren, wo eine weitere Abkühlung des
Gasstroms erfolgt, wobei die Silicium enthaltenden Partikel schließlich vom Gas separiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kammer vor Prozessbeginn mittels einer separaten Stromversorgung elektrisch beheizt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, wobei die
Elektroden aus polykristallinem Silicium, dotiertem oder undotiertem Silicium oder aus FeSi bestehen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich ein Tiegel mit Siliciumbruchstücken, Siliciumpellets und/oder
Siliciumpulver in die Kammer eingebracht, aus den
Siliciumbruchstücken, Siliciumpellets und/oder Siliciumpulver eine Schmelze erzeugt wird und neben Elektrodenmaterial auch die Siliciumschmelze verdampft wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich ein Tiegel mit Siliciumdioxidbruchstücken,
Siliciumdioxidpellets und/oder Siliciumdioxidpulver in die Kammer eingebracht, aus den Siliciumdioxidbruchstücken,
Siliciumdioxidpellets und/oder Siliciumdioxidpulver eine
Schmelze erzeugt wird und neben Elektrodenmaterial auch die Schmelze mittels einer Wärmequelle verdampft wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich ein Tiegel mit Siliciumcarbidbruchstücken,
Siliciumcarbidpellets und/oder Siliciumcarbidpulver in die Kammer eingebracht, aus den Siliciumcarbidbruchstücken,
Siliciumcarbidpellets und/oder Siliciumcarbidpulver eine
Schmelze erzeugt wird und neben Elektrodenmaterial auch die Schmelze mittels einer Wärmequelle verdampft wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich ein Tiegel mit Pulver-, Pellets- oder Bruchmischungen aus
Si/Si02/SiC oder Si/Si02, Si/SiC, bzw. SiC/Si02 in die Kammer eingebracht, aus den Mischungen eine Schmelze erzeugt wird und neben Elektrodenmaterial auch die Schmelze mittels einer Wärmequelle verdampft wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei um den
Lichtbogen ein reflektierender Schirm angebracht ist, der thermische Strahlung in Richtung des Lichtbogens reflektiert.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Elektroden zueinander horizontal oder vertikal versetzt oder um unterschiedliche Winkel in horizontaler / vertikaler
Richtung geneigt sind, und eine elektrische Versorgung des Lichtbogens mittels einer mehrphasigen Spannungsquelle erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der
Lichtbogen magnetisch derart abgelenkt wird, dass der
Gasstrom in Richtung Kühlbereich unterstützt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Lichtbogen magnetisch derart abgelenkt wird, dass dadurch aus den festen
Tiegelbestandteilen eine Schmelze erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 11, wobei die
hergestellten Silicium enthaltenden nano- bis
mikrometerskaligen Partikeln als Anodenmaterial bei der
Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.
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