[发明专利]一种新型定向凝固提纯炉

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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发明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。

本发明通过以下技术方案实现：

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。