一种新型定向凝固提纯炉制造技术

本发明专利技术涉及一种材料提纯装置，特别涉及高纯度材料提纯的一种新型定向凝固提纯炉，本装置属于半导体冶金提纯范畴，提供一种区凝提纯技术方案和便于生产、产量大、速度快、造价低廉的提纯炉，定向凝固提纯炉为双层钢板组成外炉壳体内衬保温材料及耐火材料组成整体密闭直桶立式炉体，炉体内，若干只电阻加热器垂直均布吊挂在炉内壁上部，感应加热器设置在电阻加热器的下部，位于炉体中轴线上的液压升降式底架上依次设有水冷总成、石墨加热块、石墨坩埚，石墨坩埚与电阻加热器等高，将感应加热与电阻类加热方式有机结合在一起，不需真空技术，提高生产效率、节约能源，原材料来源广泛，对我国发展光伏产业、立足于自主研发有着非常深远和现实意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料提纯装置，特别涉及高纯度材料提纯的一种新 型定向凝固提纯炉，本装置属于半导体冶金提纯范畴。
技术介绍
目前，在航空和航天等高精尖领域中，高纯度的材料被广泛使用，尤其 是硅等半导体原材料的需求是越来越大，而材料提纯的方法通常采用区域熔炼的方法，即本领域的技术人员通常所称的区熔，即通过感应加热对 一个棒状料锭的熔融区进行局部加热，并移动加热器,使此熔融区按一定 方向沿料锭缓慢移动，利用杂质在固相和液相间平衡浓度分凝系数的差 异，在反复熔化和凝固过程中杂质便偏析到固相或液相中而得以重新分 布，从而达到除去杂质的目的。但这种传统的方法由于生产速度缓慢， 产量小，价格高，限制了高纯度材料的使用和发展。目前硅材料铸锭炉只有德国和美国GT铸锭炉，它们的价格非常昂贵，每台大约在1500万 人民币以上，而且铸锭所用的硅原料要使用拉单晶硅所剩下的头尾料， 价格不菲，约合人民币170万每吨，因此原料来源极为紧缺，即使这样， 国外公司也对我国施行技术封锁，所以硅等半导体原材料的提纯方法陈 旧，远远不能够满足发展的需要。还有，由于能源短缺、地球环境恶化， 迫切需要绿色能源，太阳能电池的发展是主要发展方向，而太阳能电池 的生产由于原材料问题成本很高，迫切需要低成本的太阳能电池原材料， 硅等半导体原材料生产的低成本使得光伏产业前景看好。如何使硅等半 导体原材料生产低成本化是国内硅等半导体原材料制造业急需解决的问 题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型定向凝固提纯炉，解决高纯度材料提 纯过程中产量小、提纯速度慢的缺点，利用提纯原理，将前面所述区熔的方法创新专利技术为一种不同构思的区凝提纯技术方案，主要是将电磁感 应加热与电阻加热综合为一体，应用于新式同一定向凝固炉上，即是在 提纯炉内，对熔化状态的材料通过冷却定向凝固，使此冷却区凝区域按 一定方向缓慢移动，利用杂质在固相和液相间平衡浓度分凝系数的差异， 在反复凝固和熔化过程中杂质便偏析到固相或液相中而得以重新分布， 从而达到除去杂质的目的，由于此方法可一次处理较多的原料，从而可 大大提高产量，依此原理和方法设计出了一种方便生产、产量大、速度 快、造价低廉的提纯炉。本专利技术通过以下技术方案实现本技术的一种新型定向凝固提纯炉，其中定向凝固提纯炉为 双层钢板组成外炉壳体内衬保温材料及耐火材料组成整体密闭直桶立式 炉体，在炉体内，若干只电阻加热器垂直均布吊挂在炉内壁上部，感应 加热器设置在电阻加热器的下部，位于炉体中轴线上的液压升降式底架 上依次设有水冷总成、石墨加热块、石墨坩埚，石墨坩埚与电阻加热器 等高。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述感应加热 器为设置在电阻加热器下部炉壁四周的不锈钢水冷感应圈和防氧化耐火 保温圈层组成，与石墨加热块的高度位置相对应，通过通电产生一定频 率交变磁场的不锈钢水冷感应圈和产生感应涡流的石墨加热块，构成使 石墨加热块快速升温对石墨坩埚底部加热的感应加热装置。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述若干只垂 直吊挂在炉内壁上的电阻加热器是硅钼棒组成的电阻加热器。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述若干只垂 直吊挂在炉内壁上的电阻加热器是硅碳棒组成的电阻加热器。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述若干只垂 直吊挂在炉内壁上的电阻加热器是石墨加热器组成的电阻加热器。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述水冷总成 包括水冷盘盒及保温透热材料层，水冷盘盒及保温透热材料层的尺寸大 小一致并大于炉底部炉腔尺寸，通过水冷盘盒上设置的密封圈与炉底部 炉腔构成上下滑动配合型密封，所述水冷盘盒内有适当流量的冷却水，所述保温透热材料层是若干层的耐高温保温透热材料层层叠置成块或整块构成。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述石墨加热块的厚度不小于80mm。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述炉体顶部 设有可开启且中间嵌有浇口的炉盖，待提纯的半导体熔化料液通过浇口 浇入石墨坩埚后用密封装置将浇口密封。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述插封于浇 口处的浇口密封装置为具有一定弧度端头的密封棒。本技术所述的一种新型定向凝固提纯炉，其中所述炉顶浇口 处设有可伸入炉内吹氩气、赶尽空气使炉内处于氩气保护状态的活动式 氩气管。本专利技术的主要特点是依靠下部较大的石墨材料通过感应加热储备较 多的热能，从而保证炉腔内形成均匀的热场，同时，上炉腔有硅钼棒或 其它电阻加热器加热，保证了坩埚侧壁热量不向外侧散失，而只能通过 底部石墨块并通过相应的电源互调功率，同时通过冷却水及水冷盘盒保 证将热量从底部单向散出，形成单向定向凝固机制过程，从而达到对半 导体硅、其它半导体材料及特殊合金材料的定向凝固作用及提纯效果。 本专利技术具有如下显著优点1、 本专利技术是将感应加热与电阻类(硅钼棒，硅炭棒，石墨加热器， 电阻丝等)加热方式有机的结合在一起。2、 本专利产品完全立足于自主研发，可以使用常规工业硅原料，成 本低廉，来源广泛。3、 本专利产品的每台设备价格不足百万元人民币，完全替代进口设 备和材料。4、 本专利产品打破已有设备采用真空提纯的限制，不需要真空技术， 成本低廉，简单易行，现有国产材料均能生产。5、本专利产品同时熔化熔炼熔量有着很大的伸縮空间，可以根据市 场需求的批量大小调整生产量的大小。6、 国外硅铸锭炉的熔炼铸锭周期长达48小时以上，而本专利产品 铸锭提纯周期不超过18小时，大大提高了生产效率、节约能源。7、 本专利产品对我国发展光伏产业立足于自主研发，有着非常深远 和现实的意义。附图说明图1:表示本专利技术的一种真空区凝提纯炉实施例结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步介绍，但不作为对本 专利技术的限定。如图1所示， 一种新型定向凝固提纯炉，该定向凝固提纯炉为双层 钢板组成外炉壳体15内衬保温材料及耐火材料组成整体密闭直桶立式炉 体，在炉体内，若千只电阻加热器4垂直均布吊挂在炉内壁上部，感应 加热器设置在电阻加热器4的下部，位于炉体中轴线上的液压升降式底 架12上依次设有水冷总成、石墨加热块6、石墨坩埚5，石墨坩埚5与 电阻加热器4等高。所述感应加热器为设置在电阻加热器4下部炉壁四 周的不锈钢水冷感应圈8和防氧化耐火保温圈层7组成，与石墨加热块6 的高度位置相对应，所述石墨加热块6的厚度不小于80mm。所述防氧化 耐火保温圈层7具有一定厚度，不锈钢水冷感应圈8通电产生一定频率 的交变磁场，使石墨加热块6产生感应涡流，从而构成使石墨加热块6 快速升温对石墨坩埚5底部加热的感应加热。所述水冷总成包括水冷盘 盒11及保温透热材料层10，水冷盘盒11及保温透热材料层10的尺寸大 小一致并大于炉底部炉腔尺寸，通过水冷盘盒11上设置的密封圈13与 炉底部炉腔构成上下滑动配合型密封。所述水冷盘盒ll内有适当流量的 冷却水，所述保温透热材料层IO是若干层的耐高温保温透热材料层层叠 置成块构成，也可以是一整块耐高温保温绝热材料构成。所述炉体顶部 设有可开启且中间嵌有浇口 1的炉盖2，所述炉盖2是耐火保温水冷炉盖， 待提纯的半导体熔化料液通过浇口 1浇入石墨坩埚5后用密封装置18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型定向凝固提纯炉，其特征在于：定向凝固提纯炉为双层钢板组成外炉壳体（１５）内衬保温材料及耐火材料组成整体密闭直桶立式炉体，在炉体内，若干只电阻加热器（４）垂直均布吊挂在炉内壁上部，感应加热器设置在电阻加热器（４）的下部，位于炉体中轴线上的液压升降式底架（１２）上依次设有水冷总成、石墨加热块（６）、石墨坩埚（５），石墨坩埚（５）与电阻加热器（４）等高。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高文林，
申请(专利权)人：高文林，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]