本发明专利技术的目标是在对金属或半导体熔体的精炼中，在不损害精炼效率的情况下缓解与由流动熔体中的不稳定性导致的坩埚不平相伴的磨损和撕裂，以及在长时期内允许安全操作从而不发生从坩埚的泄漏。提供一种金属或半导体熔体精炼方法，其中通过使用AC电阻加热加热器作为坩埚加热方法，将熔体保温并通过由电阻加热加热器产生的旋转磁场混合。金属或半导体熔体精炼方法和用于精炼方法的最佳真空精炼装置的特征在于：为了当通过旋转磁场使熔体旋转时在熔体与坩埚底面之间的边界中不出现流体不稳定性，设熔体的运动粘度系数为v(m2/秒)、熔体的流体表面的半径为R(m)、且熔体的旋转角速度为Ω(弧度/秒)，进行使被定义为Re＝R×(Ω/v)^(1/2)的雷诺数(Re)的值不超过600的操作。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的目标是在对金属或半导体熔体的精炼中，在不损害精炼效率的情况下缓解与由流动熔体中的不稳定性导致的坩埚不平相伴的磨损和撕裂，以及在长时期内允许安全操作从而不发生从坩埚的泄漏。提供一种金属或半导体熔体精炼方法，其中通过使用AC电阻加热加热器作为坩埚加热方法，将熔体保温并通过由电阻加热加热器产生的旋转磁场混合。金属或半导体熔体精炼方法和用于精炼方法的最佳真空精炼装置的特征在于：为了当通过旋转磁场使熔体旋转时在熔体与坩埚底面之间的边界中不出现流体不稳定性，设熔体的运动粘度系数为v(m2/秒)、熔体的流体表面的半径为R(m)、且熔体的旋转角速度为Ω(弧度/秒)，进行使被定义为Re＝R×(Ω/v)^(1/2)的雷诺数(Re)的值不超过600的操作。【专利说明】金属或半导体熔融液的精制方法和真空精制装置
本专利技术涉及用于加热和熔化具有导电性的金属或半导体原料从而从其中移除杂 质的方法和装置，具体地，其涉及设计为实现用于本方法或装置的更长寿命的坩埚的纯化 方法和真空纯化装置。 现有技术 典型的纯化方法是真空冶金法和熔渣精炼法。在这些中，真空冶金法是这样一种 方法，其中熔融原料在处于真空状态下的坩埚中，并且通过将具有低蒸气压的组分从熔体 表面蒸发来将熔体中的杂质蒸发。另一方面，熔渣精炼法包括将辅助原料加入至坩埚中的 熔融原料中并在熔体的上部或下部形成熔渣层，以及利用熔体与熔渣界面的化学势的差异 将熔融原料中的杂质转移至熔渣侧。 近年来，已经开发了旨在增加纯度的纯化工艺，并且在这些中，就用于太阳能电池 的硅原料的纯化方法而言，已经开发了实现大于6N(99. 9999% )的纯度的处理技术（参考 非专利参考文献3和4,以及专利参考文献2和3)，尤其是，能够处理在界面处反应速度慢 的组分如硼（B)和磷（P)的工艺的进行已经成为可能（参考非专利参考文献4,专利参考文 献 3、4、5)。 然而，在硅的纯化中，就以磷代表的具有高蒸气压的元素而言，已经存在通过在真 空炉中将熔融硅保持在其熔点以上的高温的来将其移除的方法的提案（参考专利参考文 献3、4、5)，但是，作为可以在真空条件下洁净地保持熔体的坩埚，可以廉价提供的那些限于 石英或石墨制造的那些（参考专利参考文献6、7、8)。 此外，在用于纯化金属或半导体的熔融原料的工艺中，通常对熔体进行搅拌（参 考非专利参考文献1)以便增加纯化效率。因为杂质的排出仅在熔体与气相或与熔渣的界 面进行，适宜的是搅拌熔体以将熔体中的杂质有效地输送至界面。 通常使用搅拌部件如桨和叶轮实现熔体的机械搅拌。然而，金属和半导体原料的 熔点是高温，此外它们中的许多是化学反应性的，从而使搅拌构件的寿命变短，或者，使搅 拌部件或搅拌部件中的杂质溶解至熔融原料中，并且在许多情况下这成为对本来的纯化目 的的阻碍。出于这种原因，在金属和半导体的纯化中，因为熔体本身是导电的，在其中在不 与其接触的情况下借助交流电磁场搅拌熔体的方法是广泛使用的。可以实施通过交流电磁 场搅拌熔体的装置分类为借助永磁体的感应炉以及借助移动磁场的电磁搅拌装置。 其中，感应炉在熔体中产生感应电流，并且借助伴随其的洛伦兹力实现搅拌的同 时，其借助感应电流实现焦耳加热，并且采用这种形式的炉多数被称为感应加热炉。这些炉 的典型构造具有在坩埚外周的耐火材料的外侧周围盘绕数次至数十次的水冷螺线管，并且 导致交流电流以数百至数KHz的频率在此线圈中流动。这些炉可以借助频率在某种程度上 调节注入至熔体的热能和搅拌的动能的分配，并且当频率低时，搅拌效率高,并且当频率高 时，加热效率高。 已经存在搅拌熔融硅的装置的提案，其不采用感应炉方式的强力搅拌，此外不采 用外部附设的感应加热装置，而是通过在布置为包围炉内坩埚的电阻加热器中采用三相电 流，在坩埚中的熔体中产生移动磁场，并且旋转坩埚中的熔体（参考专利参考文献6)。 电磁搅拌装置在坩埚或炉的外周侧上设置用于产生移动磁场的线圈。因为这些装 置仅搅拌熔体而不负责加热熔体，移动磁场的设计的尺寸大，并且有助于搅拌能力的调节。 这种类型的典型设备是ASEA-SKF炉，并且除非专利参考文献2中公开的旋转磁场装置外， 也已经存在专利参考文献1中公开的装置的提案。 以这种方式，通常，具有导电性的熔融金属或半导体以熔融状态容纳在坩埚中，并 且在借助熔渣反应或气体反应将此熔体纯化的工艺中，在通过非接触方式搅拌熔体的方法 中采用电磁力，从而使精炼反应高效并且防止被杂质污染。 现有技术参考文献 专利参考文献 专利参考文献1 :日本特开平10-25190号公报 专利参考文献 2 :W0 2008-031229 专利参考文献3 :日本特开平2005-231956号公报 专利参考文献4 :日本特开平2006-315879号公报 专利参考文献5 :日本特开平2007-315879号公报 专利参考文献6 :日本特开平10-25190号公报 专利参考文献7 :日本特开平9-309716号公报 专利参考文献8 :日本特开平2005-281085号公报 非专利参考文献 非专利参考文献 1 :J. Szekely，Fluid Flow Phenomena in Material Processing(材料处理中的流体流动现象），第191页（1979)Academic Press。 非专利参考文献2 :Revolving magnetic field devices (旋转磁场装置），浅井滋 生，An introduction to magnetic materials processing(磁力材料处理入门）（2000) Uchida Rokakuho 非专利参考文献 3 J. R. Davis 等人，IEEE Trans. Elec. Dev. ED27,677 (l98〇) 非专利参考文献 4 :N. Yuge 等人，Solar Energy Materials and Solar Cells (太 阳能材料和太阳能电池）34, 243 (1994) 专利技术概要 本专利技术所要解决的问题 然而，在使用电磁领域的常规搅拌技术的纯化方法中，出现下列问题。 第一个需要解决的问题是坩埚的腐蚀。换句话说，当感应炉将坩埚中的大体积的 具有高熔点的原料纯化时，熔体的搅拌作用过度，并且坩埚的腐蚀高。坩埚的腐蚀的机制并 不清楚，但是理解如下。 当存在过度搅拌时，通常伴随流体通量的不稳定性，并且在频繁的过度搅拌情况 下的坩埚的腐蚀是非均匀地进行的。因此，在坩埚的表面中形成明显的起伏。起伏部导致 热应力的集中，破坏坩埚以及产生熔体的泄漏。尤其是，与高频率的使用有关，对于高容量 的坩埚，作为交流电的趋肤效应的结果，从能量效率的观点来看，这种搅拌变得过度，并且 频繁发生腐蚀。因此，在长时间的精炼中，腐蚀的量变高，并且难以通过将坩埚加厚来解决。 此外，作为第二个问题，在石英和石墨二者的情况中，因为存在其通过熔体的一些 熔融，在目的为高度精炼的工艺中，限制速度的工艺是与杂质移除直接相关的界面反应，而 不是搅拌，并且在此情况本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属或半导体熔融液纯化方法，所述金属或半导体熔融液纯化方法在借助旋转磁场搅拌容纳在坩埚中的所述金属或半导体熔融液的同时进行纯化，所述坩埚由被布置成包围所述坩埚的外壁的加热器加热，其特征在于，当所述熔融液的动态粘度系数为v(m2/秒)，所述熔融液的液面半径为R(m)，并且所述熔融液的旋转角速度为Ω(弧度/秒)时，进行纯化以使由以下等式(2)表示的雷诺数Re值不超过600Re＝R×(Ω/v)^(1/2)…(2)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：岸田丰，堂野前等，近藤次郎，后藤洁，大桥渡，
申请(专利权)人：菲罗索拉硅太阳能公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES
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