在流化床反应器中使用的分段衬和过渡支撑环的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及联结管状区段以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反 应器中使用的分段衬。
【背景技术】
[0002] 由于出色的质量和热量传递、增加的沉积表面和连续的生产，含娃气体在流化床 中的热解分解是用于生产多晶硅覆层的颗粒材料例如多晶硅或多晶硅覆层的锗的有吸引 力的方法。在许多流化床反应器中的问题是在某些条件下，在主反应区中的床内大气泡的 形成。
[0003] 大气泡的不想要的效应，尤其是在气体-固体系统中，在于它们可以引起床剧烈 地上下弹跳，这是因为它们使床的显著部分抬升，然后使其突然下降。这种压力振荡可以通 过引起气体速度改变而干扰床的正常运行，这对于最适生产率来说可能是有害的。压力振 荡还引起对反应器结构和任何直接相连的支持设备的机械应力。此外，大气泡可以在被称 为"节涌"的现象中引起床材料在反应器中向上翻涌。节涌可以引起至少一部分床从反应 器喷出或损坏反应器内部部件。
[0004] 当气泡达到接近于反应仓室的内横截面尺寸的直径时，节涌成为显著问题。改变 流化床反应器的反应仓室的直径以便将较窄的区段包含在反应区内，倾向于在流化床中减 少节涌的量。变化的内横截面尺寸影响反应仓室内向上气流的速度。气体导入点处的第一 速度产生具有第一平均尺寸的气泡，而在反应仓室内更高位置处不同的第二速度有利于具 有第二平均尺寸的气泡。反应仓室的内横截面尺寸在其长度范围内可以变化，以防止或最 小化具有足以破坏流化的尺寸的气泡的出现，这样的气泡的出现可能引起节涌，将至少一 部分床从反应器喷出和/或损坏反应器内部部件。通过联结具有不同内横截面尺寸的衬区 段可以形成具有变化的内横截面尺寸的衬，并将其插入到FBR反应仓室内以减少节涌。然 而，对适用于联结衬区段以产生所述衬的部件存在着需求。
【发明内容】
[0005] 本公开涉及用于联结管状区段以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化 床反应器（FBR)中使用的分段衬的过渡支撑环的实施方式。所述过渡支撑环包含环形本 体，该环形本体具有表面，该表面限定了尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生产多晶硅 覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬区段的向上开口的环形空洞以及尺寸和形状被构造 成部分地接纳用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬区段的向下开口的环 形空洞，所述向上开口的环形空洞与所述向下开口的环形空洞在径向上隔开，使得所述向 上开口的环形空洞和向下开口的环形空洞能够接纳具有不同内横截面尺寸的衬区段。
[0006] 在某些实施方式中，所述环形本体具有限定了所述向上开口的环形空洞的上表面 和限定了所述向下开口的环形空洞的下表面。在任何或所有上述实施方式中，所述上表面 可以包括大体水平的底表面，其部分地限定了所述向上开口的空洞并被构造以支撑衬区 段；并且所述下表面包括大体水平的顶表面，其部分地限定了所述向下开口的空洞并被构 造以倚靠在衬区段上。在任何或所有上述实施方式中，所述上表面可以包括至少一个侧表 面，其部分地限定了所述向上开口的空洞，并且所述下表面可以包括至少一个侧表面，其部 分地限定了所述向下开口的空洞，其中所有所述侧表面大体竖直延伸。
[0007] 在任何或所有上述实施方式中，所述环形本体可以包含金属、金属合金、陶瓷、或 陶瓷基质复合材料。在某些实施方式中，所述环形本体包含304H或304L不锈钢、钴合金、 铁-铬-镍-钼合金、铁-镍合金、镍-铬合金、基于镍或基于钴的超合金、碳化硅、氮化硅、 反应粘合的碳化硅、或陶瓷基质复合材料。在一种实施方式中，所述陶瓷基质复合材料包含 SiC、Si3N4、反应粘合的SiC、或包含氧化铝的内部纤维和包含SiC、Si3N 4或反应烧结SiC的 外部涂层。
[0008] 在任何或所有上述实施方式中，所述环形本体的至少一部分表面可以包被有外保 护层，所述外保护层包含基于钴的合金、基于镍的合金、基于钴的超合金、基于镍的超合金、 碳化硅、氮化硅、碳化钨或其组合。在一种实施方式中，所述外保护层在650°C下具有至少 700MPa的极限抗张强度。在独立的实施方式中，所述外保护层具有与所述环的线性热膨胀 系数相差< 30%的线性热膨胀系数。在任何或所有上述实施方式中，可以在所述环形本体 的表面与所述外保护层之间配置中间粘合层。
[0009] 管状分段衬的实施方式包括（i)管状第一衬区段，其具有上缘表面，所述上缘表 面具有第一内横截面尺寸；（ii)竖直堆叠在所述第一衬区段上的管状第二衬区段，所述第 二衬区段具有上缘表面和下缘表面，所述下缘表面具有与所述第一内横截面尺寸不同的第 二内横截面尺寸；以及（iii)过渡支撑环，其被放置在所述第一衬区段的上缘表面与所述 第二衬区段的下缘表面之间。在一种实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段由相同材 料构造而成。在另一种实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段由不同材料构造而成。在 任何或所有上述实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段可以独立地具有与所述过渡支 撑环的线性热膨胀系数相差< 30%的线性热膨胀系数。
[0010] 在任何或所有上述实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段中的至少一个包含 多个侧向联结的区段部分。在某些实施方式中，所述区段部分包含碳化硅，并且所述分段 衬还包括被配置在相邻区段部分之间的固化粘合材料，所述固化粘合材料包含〇. 4-0. 7重 量％的锂铝硅酸盐形式的锂和93-97重量％的碳化硅。
[0011] 在任何或所有上述实施方式中，所述分段衬还可以包括竖直堆叠在所述第二衬区 段上的管状第三衬区段，所述第三衬区段具有下缘表面，其具有与所述第二内横截面尺寸 不同的第三内横截面尺寸，以及第二过渡支撑环，其被放置在所述第二衬区段的上缘表面 与所述第三衬区段的下缘表面之间。
[0012] -种用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器包括（i)具有外壁的容器； 以及（ii)管状分段衬，其包含：管状第一衬区段，其具有上缘表面，所述上缘表面具有第一 内横截面尺寸；竖直堆叠在所述第一衬区段上的管状第二衬区段，所述第二衬区段具有下 缘表面，所述下缘表面具有与所述第一内横截面尺寸不同的第二内横截面尺寸；以及过渡 支撑环，其被放置在所述第一衬区段的上缘表面与所述第二衬区段的下缘表面之间，所述 衬被放置在所述外壁的内部，使得所述衬区段的内表面限定了一部分反应仓室。在某些实 施方式中，所述流化床反应器还包括至少一个加热器，其被放置在所述外壁与所述管状分 段衬之间；至少一个入口，其具有被放置成允许包含含硅气体的原初气体进入所述反应仓 室内的开口；多个流化气体入口，其中每个流化气体入口具有开口在所述反应仓室内的出 口；以及用于从所述容器移除硅覆层的产物粒子的至少一个出口。
[0013] 从下面参考附图进行的详细描述，上述和其他特点和优点将变得更加显而易见。
【附图说明】
[0014] 图1是流化床反应器的示意性横截面正视图。
[0015] 图2A是示例性分段衬的示意性正视图，其包括具有不同的水平横截面尺寸的两 个堆叠的区段和所述堆叠的区段之间的过渡支撑环。
[0016] 图2B是示例性分段衬的示意性正视图，其包括其中至少一个区段具有与其他区 段不同的水平横截面尺寸的三个堆叠的区段和每对相邻的堆叠区段之间的过渡支撑环。
[0017] 图3A是沿着图2B的线3A-3A获得的示意性部分径向截面正视图。
[0018] 图3B是沿着图2B的线3B-3B获得的示意性部分径向截面正视图。
[0019] 图4-6是过渡支撑环的其他实施方式的示意性部分径向截面正视图。
[0020] 图7是涂有外保护层的示例性过渡支撑环的示意性径向截面正视图。
[0021] 图8是涂有中间粘合或胶粘促进剂涂层和外保护层的示例性过渡支撑环的示意 性径向截面正视图。
[0022] 图9是包括多个侧向联结的区段部分的衬区段的示意性斜视图。
[0023] 图10是包括多个侧向联结的区段部分的衬区段的一个区段部分的示意性斜视 图。
[0024] 图11是沿着图9的线11-11获得的示意性部分横截面视图，其示出了两个侧向对 接的区段部分之间的边界。
[0025] 图12是包括侧向对接的区段部分和包围的锁紧元件的衬区段的示意性斜视图。
[0026] 详细描述
[0027] 本公开涉及用于联结管状区段以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化 床反应器（FBR)中使用的分段衬的过渡支撑环的实施方式。所述区段可能具有被选择成使 FRB运行期间大气泡的形成降至最低的不同的内横截面尺寸。
[0028] I.定义和缩写
[0029] 提供下面的术语和缩写的解释以更好地描述本公开，并在本公开的实践中指导本 领域普通技术人员。当在本文中使用时，"包含"意味着"包括"，并且没有具体量的指称包 括复数指称物，除非上下文明确指明不是如此。术语"或"指称所陈述的可选替要素中的单 个要素或两个或更多要素的组合，除非上下文明确指明不是如此。
[0030] 除非另有解释，否则在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域 的普通技术人员所通常理解的相同的意义。尽管与本文中描述的相似或等同的方法和材料 可用于本公开的实践或试验，但在下面描述了适合的方法和材料。材料、方法和实例仅仅是 说明性而不打算是限制性的。从下面的详细描述和权利要求书，本公开的其他特点是显而 易见的。
[0031] 当在说明书或权利要求书中使用时，除非另有指明，否则表示组分、百分率、温度、 时间等的量的所有数字应该被理解为被术语"约"修饰。因此，除非另外暗示或明确地指 明，否则所提出的数值参数是近似值，其可能取决于所追寻的所需性质、在标准试验条件/ 方法下的检测极限或两者。当直接并明确地与来自于所讨论的现有技术的实施方式向区分 时，除非叙述了单词"约"，否则实施方式的数字不是近似值。
[0032] 除非另有指明，否则指称组合物或材料的所有百分率被理解为是重量百分数， 即％ (w/w)。例如，包含2%的锂的组合物，每100g组合物包括2g锂。当明确指明时，指称 物质的百分率可能是原子百分率，即每100个原子的原子数目。例如，包含1原子％的磷的 物质，在物质中每100个原子包括1个磷原子。类似地，除非另有指明，否则表述为百万分 率（ppm)或十亿分率（ppb)的浓度被理解为是相对于重量而言例如Ippm= lmg/kg。当明 确指明时，浓度可以表示为ppma(ppm原子）或ppba，例如Ippma = 1，000, 000个原子中1 个原子。
[0033] 为了便于考察本公开的各种实施方式，提供了下列特定术语的解释：
[0034] 受体：能够接受电子，因此在硅原子的价带中产生空穴的原子（P-型掺杂物）；受 体包括III族元素例如B、Al、Ga，还包括Be、Sc。
[0035] 原子百分数：物质中原子的百分数，即每100个物质原子中特定元素的原子的数 目。
[0036] 供体：能够贡献电子以在娃原子的价带中起到载荷子作用的原子（η-型掺杂物）， 包括V族元素例如N、P、As，还包括Ti、Cr、Sb。
[0037] 掺杂物：引入到物质中以调节其性质的杂质；受体和供体元素代替材料例如半导 体的晶体点阵中的元素。
[0038] 电子级硅：电子级硅或半导体级硅具有至少99. 99999重量％的纯度，例如 99. 9999-99. 9999999重量％的硅的纯度。百分纯度可能不包括某些污染物例如碳和氧。 电子级娃通常包括< 〇· 3ppba B、< 0· 3ppba P、< 0· 5ppma C、<50ppba 的基体金属（bulk metal)(例如 Ti、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Na、K、Ca)、< 20ppbw 的表面金属、< 8ppbw Cr、 < 8ppbw NK 8ppba Na。在某些情况下，电子级娃包括< 0· 15ppba B、< 0· 15ppba P、 < 0· 4ppma C、< IOppbw 的基体金属、< 0· 8ppbw 的表面金属、< 0· 2ppbw Cr、< 0· 2ppbw NK 0· 2ppba Na。
[0039] 外来金属：当在本文中使用时，术语"外来金属"是指碳化硅