一种多晶硅还原炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多晶硅还原炉，包括炉体和底盘，所述炉体设于底盘的上方，且与底盘固定连接，所述炉体的周围设有冷却水夹套，所述冷却水夹套的周围设有保温层，所述炉体的炉壁内表面设有喷砂处理层，所述喷砂处理层的内表面设有打底层，所述打底层的内表面设有喷涂层，所述喷涂层的内表面进行机加工或者抛光处理，所述底盘上设有与炉体连通的若干原料气进气管和一个尾气排出口，所述尾气排出口与排气管连接，所述底盘上设有若干电极，该还原炉内壁面喷涂纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末的混合物粉末，使得还原炉内温度更加均匀，降低了炉体向外的热辐射能，降低能耗，同时还具有易于修复和防腐蚀的特点。
【专利说明】
一种多晶娃还原炉
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能级或电子级多晶硅原料生产设备技术领域，尤其涉及一种多晶娃还原炉。
【背景技术】
[0002]高纯度的多晶硅是电子及太阳能光伏产业的基础原料，多晶硅的生产绝大部分采用改良西门子工艺，其中还原炉是多晶硅生产的核心设备之一，多晶硅还原炉主要由双层结构的钟罩式炉体，底盘及其他附属部件组成。由于多晶硅的生产是在1300度高温及强酸的条件下进行的，为了减少设备材质对多晶硅产品的污染及抵御高温化学腐蚀，还原炉的炉体一般为不锈钢316材料制成。
[0003 ]多晶硅的还原炉内部发生的反应主要为:一定比例的氢气H2和高纯度的三氯氢硅SiHCh气体在特定的压力下被输送到多晶娃还原炉内，在导电娃棒上进行气相沉积反应生成多晶硅，还原电极温度控制在1000到1300摄氏度，经过一定时间后，生长为多晶硅硅棒，在反应的同时会产生四氯化硅SiCl4,二氯二氢硅SiH2Cl2,氯化氢HCl等副产物。
[0004]多晶硅的生产需要消耗大量电能，一般来讲，电力成本占多晶硅产品总成本的50到75%左右，因此，研究高效节能的还原炉是降低或生产成本的关键。同时，由于多晶硅生产过程中存在氯化氢副产物，其对不锈钢炉壁材料本身存在腐蚀作用，每次生产完毕均要使用稀释的碱液将内壁进行清洗，这样一方面可以去除内壁上的硅质沉积，同时也可以保持内壁表面的光洁，以保持反射红外线的能力，但长期的氯化氢环境下的高温生产，固然会对炉壁产生腐蚀，使炉壁表面产生腐蚀性斑块，会降低炉壁在生产过程中对红外线的反射能力，增加能耗。另外，多晶硅生产过程中不可避免会发生倒棒的情况，坚硬的多晶硅在炉体内倒塌或断裂会在炉壁内表面砸出许多坑点，因此使用一种能够抵御氯化氢腐蚀的材料制造炉壁或使用这种材料对炉壁内层进行处理也是减少炉壁腐蚀的有效方法，降低炉壁的腐蚀，便于及时高效地清除炉壁内壁上的硅质沉积，同时也可以保持内壁的表面易于进行机加工或者抛光处理，以保持壁面光洁并具有充分反射红外线能力，此外这种材料还需要具备易于修复，能够及时将因多晶硅倒棒所造成的对炉壁内表面的损伤完美修复。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种多晶硅还原炉，该还原炉内壁面喷涂纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末的混合物粉末，使得还原炉内温度更加均匀，降低了炉体向外的热辐射能，降低能耗，该喷涂层厚度大，适合多次抛光，同时还具有易于修复的特点，能够对多晶硅生产过程中由于硅棒倒塌或碎裂而产生的对炉壁的损伤进行及时复原。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种多晶硅还原炉，包括炉体和底盘，所述炉体设于底盘的上方，且与底盘固定连接；
[0007]所述炉体的周围设有冷却水夹套，所述冷却水夹套的周围设有保温层，所述炉体的底部一侧设有夹套冷却水进口，顶部设有夹套冷却水出口，所述夹套冷却水进口和夹套冷却水出口与冷却水夹套连通；
[0008]所述炉体的炉壁内表面设有喷砂处理层，所述喷砂处理层的内表面设有打底层，所述打底层的内表面设有银涂层，所述银涂层的内表面进行机加工或者抛光处理；
[0009]所述底盘上设有与炉体连通的若干原料气进气管和一个尾气排出口，所述尾气排出口与排气管连接，所述底盘上设有若干电极，所述电极连接硅棒，所述底盘上还设有底盘冷却水进口和底盘冷却水出口。
[0010]进一步的，所述原料气进气管连接喷气头，所述喷气头的边缘处设有若干喷气嘴，且每个喷气嘴的出口正对电极。
[0011]进一步的，所述炉体的炉壁采用不锈钢316材质。
[00?2] 进一步的，所述喷砂处理层为不规则的凹凸层，所述凹凸层的凹陷深度为0.0lmm-
0.03mm，所述喷砂处理层的喷砂原材料包括但不限于:氧化铝、碳化硅和二氧化硅，所述喷砂原材料的粒度分布范围为20-1000目。
[0013]进一步的，所述打底层为纯镍粉末打底层，镍合金粉末打底层或者镍锡锌混合粉末打底层。
[0014]进一步的，所述纯镍粉末和镍合金粉末的粒度分布范围为150-1500目。
[0015]进一步的，所述镍锡锌混合粉末打底层的打底原材料中，纯镍粉末的质量百分数为5-95%，纯锌粉末的质量百分数为5-95%，纯锡粉末的质量百分数为5-95%，所述粉末的粒度分布范围为200-1500目。
[0016]进一步的，所述打底层厚度为10?100um0
[0017]进一步的，所述银涂层为由纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末为原材料制成的银涂层，所述纯银粉末的粒度分布范围为200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范围为100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅和二氧化钛粉末。
[0018]进一步的，所述银涂层的厚度为0.01-5mm。
[0019]本实用新型加工过程中，首先对炉壁的内表面进行喷砂处理并清洁基材表面，处理之后，可以在炉壁内表面表面形成凹凸不平的凹陷结构，增强打底层与炉壁内表面的附着力，打底层的制作过程是使用预热到200至800°C的压缩气体(通常为空气、氮气、氦气或者氩气中的一种或多种混合气体)，在0.5到3.5MPa的压力下，通过喷枪高速喷出，带动纯镍粉末或镍合金粉末或者镍锡锌混合粉末高速冲击炉壁内表面的316不锈钢基材表面，形成致密、结合强度高的打底层。打底层优点在于既可以在316不锈钢基材与银涂层之间形成过渡层，增加了银涂层的附着力，又阻止了基体材料在高温下向涂层表面的快速扩散。银涂层的制作过程是使用预热到100至600°C的压缩气体(通常为空气、氮气、氦气或者氩气中的一种或多种混合气体)，在0.5到5MPa的压力下，通过喷枪高速喷出，纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末冲击打底层表面，形成高硬度、致密、结合强度高的银涂层。银涂层优点在于可对涂层表面进行机加工或者抛光处理，提高银涂层的光洁度，即提高了涂层的反射率，节省了能源，降低了企业的生产成本，又易于清理在生产过程中残留在炉壁涂层表面的废料，提高了生产效率。
[0020]与现有技术相比，本实用新型产生的有益效果是:采用纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末在加温的高压气体携裹下冲击炉壁表面而形成一层致密的，耐高温，耐腐蚀，具有很高表面硬度且易于抛光形成镜面效果的金属反射层，此金属反射层同时具有易于修复的特点，能够对多晶硅生产过程中由于硅棒倒塌或碎裂而产生的对炉壁的损伤及时复原。同时，由于金属银的加工层可以达到I毫米以上的厚度，更适合多次抛光。银涂层抛光后其在1300高温下红外线的反射率能够达到95%以上，较目前还原炉所使用的不锈钢316材质炉壁抛光后的最高68%的反射率来比，能够将更多的热量反射回硅棒，从而降低了炉体向外的热辐射能，降低了电能的消耗。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图对本实用新型进一步说明:
[0022]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0023]图2为本实用新型炉壁内表面的结构示意图。
[0024]其中:
[0025]1.炉体，11.炉壁，2.底盘，21.原料气进气管，211.喷气头，22.尾气排出口，23.排气管，3.冷却水夹套，31.夹套冷却水进口，32.夹套冷却水出口，4.保温层，51.喷砂处理层，52.打底层，53.银涂层，6.电极，7.硅棒。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本实用新型做进一步说明:
[0027]如图1-2所示，本实用新型提供的一种多晶硅还原炉，包括炉体I和底盘2，所述炉体I设于底盘2的上方，且与底盘2固定连接；
[0028]所述炉体I的周围设有冷却水夹套3，所述冷却水夹套3的周围设有保温层4，所述炉体I的底部一侧设有夹套冷却水进口 31，顶部设有夹套冷却水出口 32，所述夹套冷却水进口 31和夹套冷却水出口 32与冷却水夹套3连通；
[0029]所述炉体I的炉壁11内表面设有喷砂处理层51，所述喷砂处理层51的内表面设有打底层52，所述打底层52的内表面设有银涂层53，所述银涂层53的内表面进行机加工或者抛光处理；
[0030]所述底盘2上设有与炉体I连通的若干原料气进气管21和一个尾气排出口22，所述尾气排出口 22与排气管23连接，所述底盘2上设有若干电极6，所述电极6连接硅棒7，所述底盘2上还设有底盘冷却水进口和底盘冷却水出口。
[0031]所述原料气进气管21连接喷气头211，所述喷气头211的边缘处设有若干喷气嘴，且每个喷气嘴的出口正对电极6，所述炉体I的炉壁11采用不锈钢316材质。
[0032]所述喷砂处理层51为不规则的凹凸层，所述凹凸层的凹陷深度为0.0lmm-0.03mm,所述喷砂处理层51的喷砂原材料包括但不限于:氧化铝、碳化硅和二氧化硅，所述喷砂原材料的粒度分布范围为20-1000目。
[0033]所述打底层52为纯镍粉末打底层，镍合金粉末打底层或者镍锡锌混合粉末打底层，所述纯镍粉末和镍合金粉末的粒度分布范围为150-1500目，所述镍锡锌混合粉末打底层的打底原材料中，纯镍粉末的质量百分数为5-95%，纯锌粉末的质量百分数为5-95%，纯锡粉末的质量百分数为5-95%，所述粉末的粒度分布范围为200-1500目，打底层厚度为10?100umο
[0034]所述银涂层53为由纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末为原材料制成的银涂层，所述纯银粉末的粒度分布范围为200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范围为100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅和二氧化钛粉末，所述银涂层53的厚度为0.01-5mm。
[0035]本实用新型加工过程中，首先对炉壁11的内表面进行喷砂处理并清洁基材表面，处理之后，可以在炉壁内表面表面形成凹凸不平的凹陷结构，增强打底层52与炉壁11内表面的附着力，打底层52的制作过程是使用预热到200至800°C的压缩气体(通常为空气、氮气、氦气或者氩气中的一种或多种混合气体)，在0.5到3.5MPa的压力下，通过喷枪高速喷出，带动纯镍粉末或镍合金粉末或者镍锡锌混合粉末高速冲击炉壁内表面的316不锈钢基材表面，形成致密、结合强度高的打底层52。打底层52的优点在于既可以在316不锈钢基材与银涂层之间形成过渡层，增加了银涂层53的附着力，又阻止了基体材料在高温下向涂层表面的快速扩散。银涂层53的制作过程是使用预热到100至600°C的压缩气体(通常为空气、氮气、氦气或者氩气中的一种或多种混合气体)，在0.5到5MPa的压力下，通过喷枪高速喷出，纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末冲击打底层52表面，形成高硬度、致密、结合强度高的银涂层53。银涂层53优点在于可对涂层表面进行机加工或者抛光处理，提高银涂层53的光洁度，即提高了涂层的反射率，节省了能源，降低了企业的生产成本，又易于清理在生产过程中残留在炉壁涂层表面的废料，提高了生产效率。
[0036]本实用新型的多晶硅还原炉，采用纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末在加温的高压气体携裹下冲击炉壁表面而形成一层致密的，耐高温，耐腐蚀，具有很高表面硬度且易于抛光形成镜面效果的金属反射层，此金属反射层同时具有易于修复的特点，能够对多晶硅生产过程中由于硅棒倒塌或碎裂而产生的对炉壁的损伤及时复原。同时，由于金属银的加工层可以达到I毫米以上的厚度，更适合多次抛光。银涂层抛光后其在1300高温下红外线的反射率能够达到95%以上，较目前还原炉所使用的不锈钢316材质炉壁抛光后的最高68%的反射率来比，能够将更多的热量反射回硅棒，从而降低了炉体向外的热辐射能，降低了电能的消耗。
[0037]以上通过实施例对本实用新型的进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种多晶硅还原炉，其特征在于:包括炉体(I)和底盘(2)，所述炉体(I)设于底盘(2)的上方，且与底盘(2)固定连接； 所述炉体(I)的周围设有冷却水夹套(3)，所述冷却水夹套(3)的周围设有保温层(4)，所述炉体(I)的底部一侧设有夹套冷却水进口(31)，顶部设有夹套冷却水出口(32)，所述夹套冷却水进口(31)和夹套冷却水出口(32)与冷却水夹套(3)连通； 所述炉体(I)的炉壁(11)内表面设有喷砂处理层(51)，所述喷砂处理层(51)的内表面设有打底层(52)，所述打底层(52)的内表面设有银涂层(53)，所述银涂层(53)的内表面进行机加工或者抛光处理； 所述底盘(2)上设有与炉体(I)连通的若干原料气进气管(21)和一个尾气排出口(22)，所述尾气排出口(22)与排气管(23)连接，所述底盘(2)上设有若干电极(6)，所述电极(6)连接硅棒(7)，所述底盘(2)上还设有底盘冷却水进口和底盘冷却水出口。2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述原料气进气管(21)连接喷气头(211)，所述喷气头(211)的边缘处设有若干喷气嘴，且每个喷气嘴的出口正对电极(6)。3.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述炉体(I)的炉壁(11)采用不锈钢316材质。4.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述喷砂处理层(51)为不规则的凹凸层，所述凹凸层的凹陷深度为0.0 lmm-0.03mm，所述喷砂处理层(51)的喷砂原材料包括但不限于:氧化铝、碳化硅和二氧化硅，所述喷砂原材料的粒度分布范围为20-1000目。5.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述打底层(52)为纯镍粉末打底层，镍合金粉末打底层或者镍锡锌混合粉末打底层。6.根据权利要求5所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述纯镍粉末和镍合金粉末的粒度分布范围为150-1500目。7.根据权利要求5所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述镍锡锌混合粉末打底层的打底原材料中，纯镍粉末的质量百分数为5-95%，纯锌粉末的质量百分数为5-95%，纯锡粉末的质量百分数为5-95%，所述粉末的粒度分布范围为200-1500目。8.根据权利要求5所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述打底层(52)厚度为10?100um09.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述银涂层(53)为由纯银粉末或者纯银粉末与陶瓷粉末组合的混合粉末为原材料制成的银涂层，所述纯银粉末的粒度分布范围为200-2000目，所述陶瓷粉末的粒度分布范围为100-1500目，所述陶瓷粉末包含但不限于:氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅和二氧化钛粉末。10.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于:所述银涂层(53)的厚度为0.01-5mm ο
【文档编号】C01B33/035GK205575662SQ201620223816
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】冯铁
【申请人】天津德瑞云科技有限公司