金属及半导体的旋转偏析定向凝固法提纯工艺研究
发布时间：2022-01-05 16:15
目前,中国铝生产行业一般采用的是三层液化学电解精炼法、区域熔炼物理提纯法、定向凝固物理提纯法,但是三层法存在着耗电量大、机械化水平低等缺点;区域熔炼物理提纯法和定向凝固提纯工艺因产量低、成本高、难以形成规模。而对于半导体硅生产行业而言,其生产方法则为西门子法和定向凝固法等,从环境角度、生产成本、生产规模考虑,两种生产方法也已经不能满足市场需求。因此,一种经济、高效率、无工业污染、能够工业规模化生产的方法迫在需求。本试验利用自制的旋转偏析装置对铝进行大量试验,研究旋转偏析法提纯原理、摸索出单次提纯工艺流程、确定铝晶体生长方式、得出该套装置的提纯效果、给出相对本套装置铝中硅、铁等杂质相应的有效分凝系数,并通过对试验遇到的问题和净化物测试结果分析,对仪器结构进一步完善提出合理意见,同时根据铝的生产要求特性,也大胆猜测对于铝、硅连续生产工艺的可能性,并猜想一种可连续生产的工艺方法。结论表明:自制的旋转偏析仪在一定程度上可以降低共晶杂质的有效分凝系数并且随着转速的提高,提纯效果越明显。净化铝晶体其生长过程是同时的沿半径方向由内向外生长的,沿半径方向整个过程等同于定向凝固过程,共晶杂质由内向外排放...
【文章来源】：大连工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－７典型的真空感应熔炼炉的平面结构示意图??Ｆｉｇ．?１－７?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｖａｃｕｕｍ－ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｆｕｒｎａｃｅ??
?第一章绪论???我国多晶硅企业普遍采用的是西门子工业法，但其关于该方法的尾气回收系统仍??然没有掌握，尾气不能回收则严重破坏环境。物理法中冶金提炼虽然技术有难度、设??备复杂，但其最大特点是投资少、成本低、操作简便更重要的是环境友好，因此，近??年来也受到我国各人企业、高校的广泛关注。相信不久的将来，工业硅的物理法提纯??技术是最有可能实现大规模太阳能级多晶硅生产并同时满足工业化工业技术的需求。??１．３我国近年各高校企业联合偏析技术进展??近年来各高校关于硅、铝的偏析提纯技术的研究广为关注，其中铝的偏析净化技??术以上海交通大学张佼、孙宝德教授最具代表性，而硅的定向凝固技术以大连理工谭??毅、李廷举教授以及昆明理工的马文会等人为代表。??１．３．１高纯铝真空净化装置??上海交通大学张佼、孙宝德教授和中国铝业贵州分公司电解铝厂合作，联合发明??２套高纯铝真空净化装置【５６’５７］，其中２００３年的净化装置，铝的提纯度可以达到５Ｎ级??別。该装置如图丨－９所示。??坩涡＾?＾?－感应线圈??保献：—?卽］：［］〇?ｙ您馆体??绝热制．？：ｅ厂ｒ?－？感細ｂ??冷却器？、、：錢??结晶台??＾?：ｚｚｚｌ〇ｆ＾??；?Ｖ?■哀空炉宽??Ｆ引躲诹?＾??ｉ动电动机、＼??图１－９新型高纯铝提纯装备结构图??Ｆｉｇ．?１－９?Ｔｈｅ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ?ｐｕｒｉｔｙ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??１３??
ｉ???第二章?实验原理及实验仪器、测试方法???第二章实验原理及实验仪器、测试方法??２．１实验原理??２．１．１中频感应加热原理??中频感应加热主要原理包括电流热效应的焦耳愣次定律与法拉第电磁感应定律??［７０】。当交流电由于通过卷曲环状的导体（一般是铜线圈）而产生磁束，金属身入其中??相应的磁朿同时会贯通金属本体，在和磁束自缴的方向而相对应的生成旋转电流（涡??电流），金属本身具有电阻，其电阻效应使一部分电能消耗而产生热能，工业上就是应??用这种热效应而制成中频感应炉并用来冶炼金属［７１］。图２－１为加热模型示意图，中频??感应加热自身的优点包括：较高加热效率、较快的速度以及有利于完成机械化与自动??化等。??，?４?ｎ?ｒ?１－电源２－电容器??＼??２?３、Ｙ?３－密封室４－坩埚??一＾＼?５－金属材料卜悉应??线圈??图２－１加热基本模型１７２１??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｍｅｌｔｉｎｇ??２．?１．２旋转偏析过程中杂质分凝??旋转偏析过程中杂质分凝原理与第一章屮提到的偏析法定向凝固的提纯原理基本??相同。在整个定向凝固提纯过程中，提纯的固相杂质元素浓度推导公式为［７３’７４］：设初??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型结构铝电解槽一步生产含铝量大于3N的纯铝研究[J]. 党建平. 轻金属. 2013(01)
[2]多晶硅制备技术及其研究进展[J]. 张攀,陈光辉,李建隆,姜晖琼. 材料导报. 2012(21)
[3]综述原铝精炼提纯工艺技术[J]. 兰文兰. 轻金属. 2012(06)
[4]我国精铝的生产现状及发展趋势[J]. 宁建文,王皓. 轻金属. 2012(01)
[5]浅析电解铝与高纯铝[J]. 王成军. 新疆有色金属. 2011(S2)
[6]ICP-AES的工作原理与维护保养[J]. 王海燕. 电子产品可靠性与环境试验. 2010(04)
[7]太阳能级多晶硅生产工艺[J]. 侯彦青,谢刚,陶东平,俞小花,田林,杨妮. 材料导报. 2010(13)
[8]铠装热电偶在化工中常见故障及处理[J]. 王旭. 化工设计通讯. 2010(02)
[9]区域熔炼制备高纯金属的综述[J]. 李文良,罗远辉. 矿冶. 2010(02)
[10]感应加热中频电源原理及检修[J]. 武周. 真空. 2010(03)
博士论文
[1]冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究[D]. 张剑.大连理工大学 2009
[2]凝固偏析匀化数模及动力学控制论[D]. 张丁非.重庆大学 1997
硕士论文
[1]冶金法提纯工业硅的研究[D]. 刘德华.大连理工大学 2010
[2]工业硅定向凝固提纯研究[D]. 张慧星.大连理工大学 2009
[3]冶金级硅直接制备太阳能级硅预处理实验研究[D]. 于站良.昆明理工大学 2007
[4]北京京仪集团太阳能电池硅材料制备设备产品发展战略研究[D]. 高斌.对外经济贸易大学 2007
[5]太阳能级多晶硅的冶金制备研究[D]. 吴亚萍.大连理工大学 2006
本文编号：3570667
【文章来源】：大连工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－７典型的真空感应熔炼炉的平面结构示意图??Ｆｉｇ．?１－７?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｖａｃｕｕｍ－ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｆｕｒｎａｃｅ??
?第一章绪论???我国多晶硅企业普遍采用的是西门子工业法，但其关于该方法的尾气回收系统仍??然没有掌握，尾气不能回收则严重破坏环境。物理法中冶金提炼虽然技术有难度、设??备复杂，但其最大特点是投资少、成本低、操作简便更重要的是环境友好，因此，近??年来也受到我国各人企业、高校的广泛关注。相信不久的将来，工业硅的物理法提纯??技术是最有可能实现大规模太阳能级多晶硅生产并同时满足工业化工业技术的需求。??１．３我国近年各高校企业联合偏析技术进展??近年来各高校关于硅、铝的偏析提纯技术的研究广为关注，其中铝的偏析净化技??术以上海交通大学张佼、孙宝德教授最具代表性，而硅的定向凝固技术以大连理工谭??毅、李廷举教授以及昆明理工的马文会等人为代表。??１．３．１高纯铝真空净化装置??上海交通大学张佼、孙宝德教授和中国铝业贵州分公司电解铝厂合作，联合发明??２套高纯铝真空净化装置【５６’５７］，其中２００３年的净化装置，铝的提纯度可以达到５Ｎ级??別。该装置如图丨－９所示。??坩涡＾?＾?－感应线圈??保献：—?卽］：［］〇?ｙ您馆体??绝热制．？：ｅ厂ｒ?－？感細ｂ??冷却器？、、：錢??结晶台??＾?：ｚｚｚｌ〇ｆ＾??；?Ｖ?■哀空炉宽??Ｆ引躲诹?＾??ｉ动电动机、＼??图１－９新型高纯铝提纯装备结构图??Ｆｉｇ．?１－９?Ｔｈｅ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ?ｐｕｒｉｔｙ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??１３??
ｉ???第二章?实验原理及实验仪器、测试方法???第二章实验原理及实验仪器、测试方法??２．１实验原理??２．１．１中频感应加热原理??中频感应加热主要原理包括电流热效应的焦耳愣次定律与法拉第电磁感应定律??［７０】。当交流电由于通过卷曲环状的导体（一般是铜线圈）而产生磁束，金属身入其中??相应的磁朿同时会贯通金属本体，在和磁束自缴的方向而相对应的生成旋转电流（涡??电流），金属本身具有电阻，其电阻效应使一部分电能消耗而产生热能，工业上就是应??用这种热效应而制成中频感应炉并用来冶炼金属［７１］。图２－１为加热模型示意图，中频??感应加热自身的优点包括：较高加热效率、较快的速度以及有利于完成机械化与自动??化等。??，?４?ｎ?ｒ?１－电源２－电容器??＼??２?３、Ｙ?３－密封室４－坩埚??一＾＼?５－金属材料卜悉应??线圈??图２－１加热基本模型１７２１??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｍｅｌｔｉｎｇ??２．?１．２旋转偏析过程中杂质分凝??旋转偏析过程中杂质分凝原理与第一章屮提到的偏析法定向凝固的提纯原理基本??相同。在整个定向凝固提纯过程中，提纯的固相杂质元素浓度推导公式为［７３’７４］：设初??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型结构铝电解槽一步生产含铝量大于3N的纯铝研究[J]. 党建平. 轻金属. 2013(01)
[2]多晶硅制备技术及其研究进展[J]. 张攀,陈光辉,李建隆,姜晖琼. 材料导报. 2012(21)
[3]综述原铝精炼提纯工艺技术[J]. 兰文兰. 轻金属. 2012(06)
[4]我国精铝的生产现状及发展趋势[J]. 宁建文,王皓. 轻金属. 2012(01)
[5]浅析电解铝与高纯铝[J]. 王成军. 新疆有色金属. 2011(S2)
[6]ICP-AES的工作原理与维护保养[J]. 王海燕. 电子产品可靠性与环境试验. 2010(04)
[7]太阳能级多晶硅生产工艺[J]. 侯彦青,谢刚,陶东平,俞小花,田林,杨妮. 材料导报. 2010(13)
[8]铠装热电偶在化工中常见故障及处理[J]. 王旭. 化工设计通讯. 2010(02)
[9]区域熔炼制备高纯金属的综述[J]. 李文良,罗远辉. 矿冶. 2010(02)
[10]感应加热中频电源原理及检修[J]. 武周. 真空. 2010(03)
博士论文
[1]冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究[D]. 张剑.大连理工大学 2009
[2]凝固偏析匀化数模及动力学控制论[D]. 张丁非.重庆大学 1997
硕士论文
[1]冶金法提纯工业硅的研究[D]. 刘德华.大连理工大学 2010
[2]工业硅定向凝固提纯研究[D]. 张慧星.大连理工大学 2009
[3]冶金级硅直接制备太阳能级硅预处理实验研究[D]. 于站良.昆明理工大学 2007
[4]北京京仪集团太阳能电池硅材料制备设备产品发展战略研究[D]. 高斌.对外经济贸易大学 2007
[5]太阳能级多晶硅的冶金制备研究[D]. 吴亚萍.大连理工大学 2006
本文编号：3570667
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