[发明专利]一种整体十字型硅芯切割方法

说明书

本发明公开了一种整体十字型硅芯切割方法，用于加工多晶硅原料生产过程中的CVD还原炉使用的整体十字型硅芯，其包括以下步骤：1)将单晶硅或多晶硅硅棒切割成横截面为正方形或长方形的若干根方形硅棒；2)将方形硅棒固定在切割设备上，通过切割设备沿方形硅棒的长度方向进行切割，形成互相分离的一个位于原方形硅棒正中间的横截面为“十”字型的硅芯和位于原方形硅棒四角的四个小方形硅棒。上述整体十字型硅芯切割方法便于成型出用于多晶硅CVD多晶硅还原炉的整体十字型硅芯。不仅加工效率高，节约能耗，成本低；而且硅棒利用率高，除了切割刀缝损失，无材料浪费。

技术领域

本发明属于多晶硅原料加工技术，尤其是涉及一种多晶硅原料生产过程中的CVD还原炉使用的整体十字型硅芯切割方法。

背景技术

由于光伏行业的快速发展，高纯多晶硅原料的需求增长迅猛，目前国内外生产多晶硅原料的工艺大部分都是三氯氢硅氢还原法,即改良西门子法,改良西门子法或其他类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是多晶硅还原炉，首先在多晶硅还原炉内将三根圆形或方形的硅芯搭接成倒U型，在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直至表面温度达到1050-1100摄氏度，通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生氢还原反应，使三氯氢硅中的硅分子堆积在硅芯上，使其的直径不断地增大，通常，硅芯的直径在7-15毫米，可以是圆形也可以是方型，或是其他形状，最终通过氢还原反应使直径不断地增大到120-200毫米，生产出高纯太阳能级6N或电子级11N的多晶硅原料棒，破碎后再利用CZ直拉单晶炉拉制成单晶棒，或使用多晶硅铸锭炉铸成多晶硅硅锭。

现硅芯的制备方法有二种，传统的方法是用CZ法(区熔提拉法)，生产效率低，电力消耗大，设备投资大。另一种是用金刚石工具切割法，采用使用金刚石线锯的数控多晶硅硅芯多线切割机床或类似设备，用于硅芯的制备。通过利用电镀上金刚石微粒的细钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向移动，将直径100-300mm硅棒压在该机床用金刚石线交叉组成的方形线网上，从而将该硅棒切割成细长的方形硅芯，电力消耗小，加工效率高。

通常将这种用于多晶硅CVD多晶硅还原炉的倒U型搭接的硅芯组合体称作为“硅芯组件”。现有技术在搭接硅芯组件时，通常使用直径为8-10mm的圆形硅芯，或者使用7*7～15*15mm的方形硅芯。在CVD还原反应过程中，反应生成的硅材料不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积会越来越大，反应气体对硅芯表面的碰撞机会和数量也会随之增大。当单位面积的沉积速率不变时，硅芯表面积越大，单位时间生产的多晶硅重量也越多。所以，为提高多晶硅单位时间的产量，提高初始硅芯组件的表面积，不但可以提高多晶硅的产量，同时，由于反应时间的缩短，其生产成本也可以大幅降低。但采用通常使用的实心圆形硅芯或者方形硅芯，大直径圆形或者方形硅芯的应用，虽然可以显著降低多晶硅的生产成本，但硅芯的生产成本很高，而且由于硅芯的重量加大，硅芯的重量的加大，造成硅芯重量在多晶硅产品中的重量占比越来越大，严重影响硅材料的纯度。

所以，各个国家的技术人员多在致力于研发表面积大，而且重量轻的多晶硅硅芯，美国GTAT公司在其专利号为200780015406.5，名称为《在化学气相沉积反应器中提高的多晶硅沉积》的专利文献中公开了用一种横截面为圆形的空心硅管来代替传统硅芯，从而来提高产量，缩短反应时间。但由于该空心硅管拉制十分困难，成本也很高，也未得到大规模实施。

中国洛阳金诺机械工程有限公司在其专利号为201610002833.0，名称为《一种空心组件及其硅芯组件》的专利文献中采用多根的片状硅板或硅棒首尾相连，来达成空心硅芯，虽然单根的硅板或硅棒拉制或切割难度低于美国GTAT公司的空心硅管，但其搭接成空心的硅芯组件难度较大，同样也未得到大规模实施。

中国亚洲硅业(青海)有限公司在其专利号为201710977922.1，名称为《一种还原炉用硅芯及还原炉》的专利文献中公开的采用4片片状硅板和中心1根开有三四个有突起或凹槽的圆硅棒相连，来达成组合的十字硅芯，但其搭接的每个硅芯均需要在长达1500-4000mm硅芯从头到尾进行开槽加工，形成组件的难度较大，目前未得到大规模实施。