[实用新型]采用多炉串联分级熔融炉的碳化硅生产系统

说明书

本实用新型公开了一种采用多炉串联分级熔融炉的碳化硅生产系统，包括依次连接的提纯装置、干燥破碎装置、多炉串联分级熔融炉和产品处理装置，该多炉串联分级熔融炉包括至少两级流态化的熔融炉，上一级的熔融炉的物料出口与下一级的熔融炉的物料入口通过管道相互连接；该多炉串联分级熔融炉的氩气出口通过输入管道与该干燥破碎装置的循环的高温惰性气体入口连接，该干燥破碎装置的循环的冷却惰性气体出口通过氩气输入管道与该多级串联分级熔融炉的氩气入口连接。采用本实用新型系统能够实现碳化硅生产过程连续化和保证产品稳定性；反应时间可由过去大约15～25个小时缩短为现在的1～2小时，极大地提高了生产效率，降低了能耗和生产成本。

技术领域

本实用新型涉及一种碳化硅生产系统，尤其涉及一种采用多炉串联分级熔融炉的碳化硅生产系统，属于碳化硅的生产设备领域。

背景技术

碳化硅材料用途广泛，主要应用于太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业中。目前，常规碳化硅的制备主要来源于人工合成，其制备方法主要包括升华法和熔解法。其中，升华法是在真空为10-30毫米汞柱的碳管炉内靠装填碳管炉内碳化硅炉料升华在内壁生长合成生产碳化硅；熔解法是在严格控制温度在2600℃的电炉内埋入密闭石墨干坩埚，将粘合成型碳化硅配料提前置于密闭石墨干坩埚内熔融生产碳化硅。然而，上述方法在生产过程中存在如下劣势：(1)熔解法和升华法均属于间歇生产，产品出炉人工分级分选；(2)熔解法物料反应不完全，在制备完成后炉内物料仅在中心部位形成碳化硅产品，其他物料反应不完全，如作为保温层、氧碳化硅层、粘合物层和无定形物层存在等；升华法存在碳化硅晶体生长速率低，并且反应空间中的温度管理困难；(3)熔解法和升华法制备碳化硅的过程中原料由于粘合在一起存在，传质和传热效率较低。然而，应用流态化方法可有效提高制备碳化硅原料的混合均匀程度，提高传质和传热效率，避免了升华法碳化硅晶体生成速率慢和操作温度难以控制缺陷，同时也克服了常规熔融法电阻炉由内到外形成不同的炉料层而造成未反应完全原料二次熔炉回用。

熔融法的特点：熔融法制备碳化硅主要设备是电阻炉。其中，电阻炉两端是端墙，近中心处设有石墨电极，炉芯体则连于两电极之间；而炉芯周围则装填的是参加反应的炉料(主要是石英和碳质原料)，外部则是保温料。在对炉料进行熔融生产碳化硅时，通常通过供电保证炉芯体温度上升达到2600～2700℃。此时被电加热的炉芯会把热量传给炉料，使之逐渐加热达到1450℃以上时即可生成碳化硅并逸出一氧化碳。伴随着加热时间延长，炉料高温范围会不断扩大，同时生成的碳化硅也越来越多，最终促使碳化硅在炉内蒸发移动结晶形成圆筒形的结晶筒。当结晶筒内温度超过 2600℃时，部分碳化硅产品又会开始分解，所分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。

常用熔融法碳化硅生产设备主要包括原料混合装置、熔融生产装置(电阻炉)和产品处理装置，如图1所示。破碎成一定粒度的硅原料、碳质原料和辅料在混合装置中混合均匀成型后送入熔融生产装置；混合料和上一操作所产生的回用乏料一起在熔融生产单元中经过2600℃左右的高温生产出高纯度碳化硅产品。但是在熔融生产单元中，并非所有的原料和回用乏料都在电阻炉内转化为碳化硅产品。因此，在后续的产品处理单元中，未生成合格产品的回用乏料经处理后再次进入熔融生产单元中继续成产碳化硅。同时，在此工艺过程中熔融生产过程产生的高温碳化硅热量也未得到回收利用。

升华法的特点：升华法是目前商业生产碳化硅晶体最常用的方法，它是把预处理制备碳化硅粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气氛环境(通常氩气)，温度为2500℃的条件下所生成碳化硅进行升华生长制备，但是此法在生产过程中碳化硅生成速率较慢，不易控制所生长碳化硅晶体晶型尺寸；同时，生产中操作温度也不易控制。

现有技术存在的缺点：

(1)熔解法和升华法均属于间歇生产，产品出炉人工分级分选；

(2)熔解法物料反应不完全，在制备完成后炉内物料仅在中心部位形成碳化硅产品，其他物料反应不完全，如作为保温层、氧碳化硅层、粘合物层和无定形物层存在等；升华法存在碳化硅晶体生长速率低，并且反应空间中的温度管理困难；