[发明专利]生产高纯硅的新材料及工艺

说明书

技术领域  本发明是一种用高纯二氧化硅粉和高纯碳粉两种新材料混合冶炼高纯硅的方法及工艺。高纯硅主要应用于硅电子行业的领域。

技术背景  高纯硅主要是西门子法(三氯氢硅还原法)，西门子法的优点是纯度高、质量好，缺点是成本高、设备造价高、工艺复杂。特点是杂质先进入产品，再提纯，技术难度大。

本发明的任务是针对市场需要，特发明了一种用纳米高纯二氧化硅粉(专利：200710055572.X)和纳米高纯碳粉(专利：200710055571.5)两种新材料混合冶炼高纯硅的方法及工艺，具有工艺简单、成本低廉、设备投资少、绿色环保的特点。

发明内容  本发明是一种用纳米高纯二氧化硅和纳米高纯碳混合冶，辅助炉外精炼，生产炼高纯硅的新方法及工艺。特点是用高纯二氧化硅粉和高纯碳粉两种新材料混合冶炼高纯硅，一开始就不允许杂质的进入，降低了提纯的难度。

工艺步骤为：

1、混料：将高纯二氧化硅和高纯碳混合焦化；

2、冶炼：将焦化物投入电弧炉直接冶炼；

SiO₂+2C＝Si+2CO↑    ………………………………………………………………………(1)

3、精炼：将产生的液态硅放入精炼容器，加自制的精炼剂，吹入氧气精炼10～30min，静置保温20min杂质造渣；

2M+O₂＝MO    ……………………………………………………………………………(2)

4、定向凝固：将第3步产生的液体硅浇铸到单向保温的容器内，定向缓慢凝固，使产品进一步提纯。

5、化学提纯：将产品粉碎至100～200目，经过化学提纯、烘干后，可以得到高纯硅粉。

6、真空熔炼：将高纯硅粉装在真空炉内，高温重熔，再次定向凝固或拉单晶，可以得到不同的产品。

以下为本发明的工艺条件：

(1)、焦化温度150～200℃。

(2)、冶炼温度1600～1700℃。

(3)、吹入氧气精炼时空气混入量不低于10％。

(4)、定向凝固速度不超过0.5m/h。

附图说明  本发明的工艺流程图见附图1

本发明的优点是：与现有工艺采用的原料相比，原料易得，碳原料属于可再生资源，不需要以破坏森林资源为代价来获取冶炼原料——木炭，也不需要使用越来越紧缺的石油焦，只需要采用本发明人发明的“生产高纯碳的新方法”(专利：200710055571.5)的产品即可；二氧化硅原料也不需要使用越来越紧缺的优质硅石或电熔石英甚至天然水晶，只需要采用本发明人发明的“生产高纯二氧化硅的新方法”(专利：200710055572.X)的产品即可。

采用该原料后，原料以纳米和亚纳米形式混合，加快了反应速度，降低了反应温度，降低杂质含量。原料具有准确的分子式，可以精确配料，改善了炉况。弥补了现有冶炼工艺的不足，与现有工艺和设备结合能力强，具有明显的技术优势和生存能力。

具体实施方式

实施实例1

取高纯二氧化硅6000g，高纯碳2400g，混合冶炼后，得到2507g高纯硅产品。

实施实例2

取高纯二氧化硅6000g，高纯碳2400g，混合冶炼后，得到2594g高纯硅产品。

实施实例3

取高纯二氧化硅6000g，高纯碳2400g，混合冶炼后，得到2633g高纯硅产品。

各实施实例高纯硅检测分析结果见附表1

表1 各实施实例高纯硅检测分析结果