[发明专利]一种用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈和方法

说明书

本发明涉及一种用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈和方法，属于电磁悬浮熔炼技术领域。该用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈，电磁悬浮线圈包括上端线圈和下端线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.5～1.0mm；所述上端线圈为1～2匝，内径为16～22mm；所述下端线圈为3～5匝，内径为16～22mm；所述两个上、下端线圈之间的间距为10～15mm；所述绕制线圈的材料采用直径为4～6mm的空心铜导管，绕制线圈的悬浮样品质量为0.6～1.0g，悬浮样品初始位置为两个线圈之间的间距中心位置下5～10mm。本发明通过改变电磁悬浮线圈的结构特性，使半导体材料冶金级硅快速升温，促使冶金级硅的电导率急剧上升，使其达到感应加热及悬浮精炼条件。

技术领域

本发明涉及一种用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈和方法，属于电磁悬浮熔炼技术领域。

背景技术

与传统的平衡凝固相比，悬浮精炼技术是一种具备良好动力学条件的真空精炼技术，在冶金级硅脱磷的过程中，无需另配热源，悬浮与加热同时进行，可直接实现悬浮样品的高温悬浮熔化，焦耳效应、趋肤效应以及液态冶金级硅中电磁力的搅拌作用对磷的去除有重要作用，悬浮条件下可以实施特殊气氛从而实现冶金级硅悬浮无容器快速精炼。但是冶金级硅由于其导电性较差，所以不易被实现电磁感应加热和悬浮精炼。

在已公开的国内外文献中，人们从不同途径尝试设计了多种电磁线圈。 “一种用于悬浮0.1～0.3kg金属材料的电磁线圈,专利号CN 107425755 A，2017”、“用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，专利号CN 107517024 A，2017”、以及“一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，专利号CN 107508499 A，2017”，这些专利涉及用于金属和金属合金材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈；“高频电磁悬浮熔炼研究[J],电炉,1981” 的悬浮电磁线圈是锥形线圈设计，在底部盘状绕制两圈，悬浮线圈用铜管采用直径3mm、4mm绕制，可悬浮铝、铜、铁、钛、铌、钼、锆等金属；“Suspension MeltingPreparation of Zr1-xTixNiSn_0.975Sb_0.025Half-Heusler Alloy and Its ThermoelectricProperties[J], Rare Metal Materials and Engineering， 2009”利用悬浮熔炼法合成Half-Heusler金属合金、Zr1-xTixNiSn_0.975Sb_0.025金属合金。金属和金属合金材料在室温下导电率较高，而冶金级硅的室温电导率远远低于一般的金属材料。因此，室温下冶金级硅是无法与电磁场产生相互作用的。然而，随着温度的升高，冶金级硅的电导率急剧上升。在600°左右，冶金级硅材料电导率可达到电磁悬浮熔炼的基本要求。所以，改善冶金级硅材料电导率大小是能否产生电磁感应现象及电磁悬浮熔炼的关键，即冶金级硅材料在悬浮前快速升温至600°左右是冶金级硅电磁悬浮处理的关键。截止目前，对于半导体材料冶金级硅的电磁悬浮的悬浮实验或者工业应用比较少，采用文献中的电磁线圈悬浮很难实现半导体冶金级硅材料的熔化，不足以满足冶金级硅样品的悬浮精炼实验要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈和方法。本发明通过改变电磁悬浮线圈的结构特性，使半导体材料冶金级硅快速电磁感应加热升温，优化半导体材导电性使其悬浮精炼。本发明通过以下技术方案实现。

一种用于冶金级硅电磁悬浮处理的电磁悬浮线圈，电磁悬浮线圈包括上端线圈1和下端线圈2；下端线圈2与上端线圈1为反向串联绕制，绕匝间距为0.5～1.0mm；所述上端线圈1为1～2匝，内径为16～22mm；所述下端线圈2为3～5匝，内径为16～22mm；所述两个线圈之间的间距为10～15mm；所述绕制线圈的材料采用直径为4～6mm的空心铜导管，所述绕制线圈的悬浮样品质量为0.6～1.0g，悬浮样品初始位置为两个线圈之间的间距中心位置下5～10mm。