[发明专利]一种多晶硅破碎装置及破碎方法

说明书

本发明公开了一种多晶硅破碎装置及破碎方法，包括液态二氧化碳高压腔体，用于储存液态二氧化碳，并将腔体内液态二氧化碳转化为高压气体二氧化碳；多晶硅破碎室，用于储存破碎前的棒状多晶硅和破碎后的多晶硅碎片；气体脉冲破碎器，其一端与液态二氧化碳高压腔体连通，另一端密封并安装于多晶硅破碎室内，将液态二氧化碳高压腔体内产生的高压气体二氧化碳以脉冲方式释放于多晶硅破碎室内，将棒状多晶硅致裂成多晶硅碎片。该破碎装置破碎分选率高，棒状多晶硅破碎时受力均匀，可根据需求产出高分选率大小的硅块；棒状多晶硅破碎时受力平均，无易损部件，能够实现长时间运行；破碎原理为液态二氧化碳相变产生高压致裂过程，二氧化碳为非易燃易爆物质，运输和储存方便。

技术领域

本发明涉及多晶硅制备领域，具体是一种多晶硅破碎装置及破碎方法。

背景技术

国内多晶硅行业经过多年技术积淀，产能已达到世界领先水平，生产线产能动辄2万吨起步，还原炉以36对棒、45对棒为主流设备，(东方希望2020年上马的三期10万吨多晶硅项目研发使用72对棒大型还原炉)。还原炉生产的棒状多晶硅约150Kg/根，规格180～200*3200mm，棒状多晶硅需破碎成10-70mm块状多晶硅，供下游连续拉单晶。

棒状多晶硅是通过化学气相沉积反应(CVD)生成，高纯SiHCl₃在钟罩还原炉内被H₂还原，生成单质硅沉积在发热体硅芯上，微观过程即硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，晶核长成晶面取向不同的晶粒，晶粒结合成多晶硅，棒状多晶硅直径增长至180-200mm时取出。棒状多晶硅硬度高，破碎后硅块棱角锋利，破碎工具、过程装备所涉及的材料及设备选型难度大，导致采用人力密集、劳动强度大的粗放式破碎包装形式，人为因素直接影响产品质量稳定。人工使用氮化钨锤子破碎棒状多晶硅，从棒状多晶硅破碎截面分析晶粒受力情况，多晶硅表面一点受外来剪切力，使硅原子键受力，切断原子键并一路楔入，撑开晶粒两侧晶面，碎裂成块状多晶硅。人工破碎时人为因素直接影响多晶硅产品质量，容易造成硅块产品的二次污染，主要人体或者衣物接触，人员走动加大空间粉尘含量；此外，人工生产力不足并且成本高，很难组织人员进行稳定破碎生产。

目前，在多晶硅生产企业后处理及铸锭、拉晶企业边角料破碎过程中使用的国产自动破碎机均处于实验阶段，没有形成工业化，目前只有特变在使用株洲金信公司提供的破碎机，但硅料仍需要清洗处理，并且氮化钨寿命不到半年。

德国瓦克公司棒状多晶硅机械破碎工艺(US009586210B2，MAR.7，2017)，描述使用棒状多晶硅破碎机械包括至少一个连续敲击部件，一个固定砧板，一个可以调节并使棒状多晶硅平行通过敲击部件和砧板之间的输送履带。日本德山公司多晶硅量产破碎技术(US20170239666A1，Aug.24,2017)，描述使用类似颚式破碎机的工艺破碎棒状多晶硅。日本三菱公司一种多晶硅破碎生产工艺(US008517295B2，Aug.27,2013),描述使用对辊式破碎机的工艺破碎棒状多晶硅。华中科技大学发明的一种用于流水作业的高压电脉冲破碎反应槽，利用高压电脉冲水中放电破碎多晶硅的反应槽，破碎机理主要是硅棒被击穿后形成的等离子体通道的力学效应对硅棒造成破坏以及脉冲放电在水中产生的冲击波对硅棒造成的破坏效应，电极间距对多晶硅棒破碎效果有着决定性的影响，但在新华半导体工业运行中未达到理想效果。机械破碎也容易造成硅块产品的二次污染，为保证质量硅料需要清洗处理，成本增加；此外，与硅料接触的材料无法兼顾强度和韧性，产生碎屑掉落污染硅料易造成质量事故，并且易损件寿命小于1年。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用二氧化碳震裂棒状多晶硅的装置，以提高多晶硅的破碎效率，避免破碎过程中引入杂质。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种多晶硅破碎装置，包括：

液态二氧化碳高压腔体，用于储存液态二氧化碳，并将腔体内液态二氧化碳转化为高压气体二氧化碳；