[发明专利]流化床反应器设备用的高温级钢

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年12月21日提交的美国临时申请号61/745,377的权益，通过参考将所述申请以其完整形式并入本文中。

发明领域

本发明涉及一种与流化床反应器一起使用的衬管，所述流化床反应器为例如用于含硅气体的热解分解以生产硅包覆的粒子的流化床反应器。

背景技术

含硅气体在流化床中的热解分解对于生产用于光伏和半导体行业的多晶硅是一种富有吸引力的工艺，因为其传质和传热优异、用于沉积的表面增大且可连续生产。与西门子(Siemens)型反应器相比，在很小部分的能量消耗下流化床反应器提供明显更高的生产速率。流化床反应器能够连续且高度自动化而明显降低劳动力成本。

通过涉及在流化床反应器中对含硅物质如硅烷、乙硅烷或卤代硅烷如三氯硅烷或四氯硅烷进行热解的化学气相沉积法来制造微粒多晶硅，对于本领域技术人员是熟知的且可示例地有包括如下专利和公布的许多公布：US8,075,692、US7,029,632、US5,810,934、US5,798,137、US5,139,762、US5,077,028、US4,883,687、US4,868,013、US4,820,587、US4,416,913、US4,314,525、US3,012,862、US3,012,861、US2010/0215562、US2010/0068116、US2010/0047136、US2010/0044342、US2009/0324479、US2008/0299291、US2009/0004090、US2008/0241046、US2008/0056979、US2008/0220166、US2008/0159942、US2002/0102850、US2002/0086530和US2002/0081250。

在反应器中通过分解含硅气体将硅沉积到粒子上，所述含硅气体选自：硅烷(SiH₄)、乙硅烷(Si₂H₆)、高级硅烷(Si_nH_2n+2)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯化硅(SiCl₄)、二溴硅烷(SiH₂Br₂)、三溴硅烷(SiHBr₃)、四溴化硅(SiBr₄)、二碘硅烷(SiH₂I₂)、三碘硅烷(SiHI₃)、四碘化硅(SiI₄)及其混合物。可以将含硅气体与一种或多种含卤素气体混合，所述含卤素气体被定义为氯(Cl₂)、氯化氢(HCl)、溴(Br₂)、溴化氢(HBr)、碘(I₂)、碘化氢(HI)及其混合物中的任意一种。还可以将所述含硅气体与一种或多种其他气体混合，所述其他气体包括氢气(H₂)或选自如下气体中的一种或多种惰性气体：氮气(N₂)、氦气(He)、氩气(Ar)和氖气(Ne)。在具体实施方案中，所述含硅气体为硅烷，并将所述硅烷与氢气混合。将所述含硅气体以及任意伴随的氢气、含卤素的气体和/或惰性气体引入流化床反应器中并在反应器内发生热分解以产生硅，所述硅沉积在反应器内的种子粒子上。

在流化床反应器方面的一个共同问题是在高运行温度下用于构造反应器及其元件的材料对流化床造成污染。例如，已经显示，镍从某些含镍合金中的基础金属扩散到流化粒子上的硅层中。可以使用陶瓷衬管以使得污染最小化。然而，陶瓷衬管随其长度增大而经历巨大的热和机械应力，使其极易发生机械性损伤。

发明概述

用在加热过的硅沉积反应器中的反应室衬管的实施方案具有内表面，其被构造为限定出反应室的一部分。所述衬管包括：上部；中部，所述中部包含不同于不锈钢合金的材料；以及下部，其中所述内表面的至少一部分为马氏体不锈钢合金。所述衬管的上部的组成与所述下部的基本类似。

在一些实施方案中，所述不锈钢合金包含小于20％(w/w)的铬如11～18％(w/w)的铬、和小于3％(w/w)的镍如小于1％(w/w)的镍。在一个实施方案中，所述不锈钢合金不包含铜或硒。