在流化床反应器中使用的分段衬和过渡支撑环制造技术

本发明专利技术公开了在流化床反应器中使用的分段衬和过渡支撑环。具体地，公开了用于联结具有不同内横截面尺寸的管状区段，以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器(FBR)中使用的分段衬的过渡支撑环。还公开了包含所述过渡支撑环的分段衬和包括所述分段衬的流化床反应器。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及联结管状区段以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器中使用的分段衬。
技术介绍
由于出色的质量和热量传递、增加的沉积表面和连续的生产，含硅气体在流化床中的热解分解是用于生产多晶硅覆层的颗粒材料例如多晶硅或多晶硅覆层的锗的有吸引力的方法。在许多流化床反应器中的问题是在某些条件下，在主反应区中的床内大气泡的形成。大气泡的不想要的效应，尤其是在气体-固体系统中，在于它们可以引起床剧烈地上下弹跳，这是因为它们使床的显著部分抬升，然后使其突然下降。这种压力振荡可以通过引起气体速度改变而干扰床的正常运行，这对于最适生产率来说可能是有害的。压力振荡还引起对反应器结构和任何直接相连的支持设备的机械应力。此外，大气泡可以在被称为“节涌”的现象中引起床材料在反应器中向上翻涌。节涌可以引起至少一部分床从反应器喷出或损坏反应器内部部件。当气泡达到接近于反应仓室的内横截面尺寸的直径时，节涌成为显著问题。改变流化床反应器的反应仓室的直径以便将较窄的区段包含在反应区内，倾向于在流化床中减少节涌的量。变化的内横截面尺寸影响反应仓室内向上气流的速度。气体导入点处的第一速度产生具有第一平均尺寸的气泡，而在反应仓室内更高位置处不同的第二速度有利于具有第二平均尺寸的气泡。反应仓室的内横截面尺寸在其长度范围内可以变化，以防止或最小化具有足以破坏流化的尺寸的气泡的出现，这样的气泡的出现可能引起节涌，将至少一部分床从反应器喷出和/或损坏反应器内部部件。通过联结具有不同内横截面尺寸的衬区段可以形成具有变化的内横截面尺寸的衬，并将其插入到FBR反应仓室内以减少节涌。然而，对适用于联结衬区段以产生所述衬的部件存在着需求。
技术实现思路
本公开涉及用于联结管状区段以制造在用于制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器(FBR)中使用的分段衬的过渡支撑环的实施方式。所述过渡支撑环包含环形本体，该环形本体具有表面，该表面限定了尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬区段的向上开口的环形空洞以及尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬区段的向下开口的环形空洞，所述向上开口的环形空洞与所述向下开口的环形空洞在径向上隔开，使得所述向上开口的环形空洞和向下开口的环形空洞能够接纳具有不同内横截面尺寸的衬区段。在某些实施方式中，所述环形本体具有限定了所述向上开口的环形空洞的上表面和限定了所述向下开口的环形空洞的下表面。在任何或所有上述实施方式中，所述上表面可以包括大体水平的底表面，其部分地限定了所述向上开口的空洞并被构造以支撑衬区段；并且所述下表面包括大体水平的顶表面，其部分地限定了所述向下开口的空洞并被构造以倚靠在衬区段上。在任何或所有上述实施方式中，所述上表面可以包括至少一个侧表面，其部分地限定了所述向上开口的空洞，并且所述下表面可以包括至少一个侧表面，其部分地限定了所述向下开口的空洞，其中所有所述侧表面大体竖直延伸。在任何或所有上述实施方式中，所述环形本体可以包含金属、金属合金、陶瓷、或陶瓷基质复合材料。在某些实施方式中，所述环形本体包含304H或304L不锈钢、钴合金、铁-铬-镍-钼合金、铁-镍合金、镍-铬合金、基于镍或基于钴的超合金、碳化硅、氮化硅、反应粘合的碳化硅、或陶瓷基质复合材料。在一种实施方式中，所述陶瓷基质复合材料包含SiC、Si3N4、反应粘合的SiC、或包含氧化铝的内部纤维和包含SiC、Si3N4或反应烧结SiC的外部涂层。在任何或所有上述实施方式中，所述环形本体的至少一部分表面可以包被有外保护层，所述外保护层包含基于钴的合金、基于镍的合金、基于钴的超合金、基于镍的超合金、碳化硅、氮化硅、碳化钨或其组合。在一种实施方式中，所述外保护层在650℃下具有至少700MPa的极限抗张强度。在独立的实施方式中，所述外保护层具有与所述环的线性热膨胀系数相差≤30％的线性热膨胀系数。在任何或所有上述实施方式中，可以在所述环形本体的表面与所述外保护层之间配置中间粘合层。管状分段衬的实施方式包括(i)管状第一衬区段，其具有上缘表面，所述上缘表面具有第一内横截面尺寸；(ii)竖直堆叠在所述第一衬区段上的管状第二衬区段，所述第二衬区段具有上缘表面和下缘表面，所述下缘表面具有与所述第一内横截面尺寸不同的第二内横截面尺寸；以及(iii)过渡支撑环，其被放置在所述第一衬区段的上缘表面与所述第二衬区段的下缘表面之间。在一种实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段由相同材料构造而成。在另一种实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段由不同材料构造而成。在任何或所有上述实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段可以独立地具有与所述过渡支撑环的线性热膨胀系数相差≤30％的线性热膨胀系数。在任何或所有上述实施方式中，所述第一衬区段和第二衬区段中的至少一个包含多个侧向联结的区段部分。在某些实施方式中，所述区段部分包含碳化硅，并且所述分段衬还包括被配置在相邻区段部分之间的固化粘合材料，所述固化粘合材料包含0.4-0.7重量％的锂铝硅酸盐形式的锂和93-97重量％的碳化硅。在任何或所有上述实施方式中，所述分段衬还可以包括竖直堆叠在所述第二衬区段上的管状第三衬区段，所述第三衬区段具有下缘表面，其具有与所述第二内横截面尺寸不同的第三内横截面尺寸，以及第二过渡支撑环，其被放置在所述第二衬区段的上缘表面与所述第三衬区段的下缘表面之间。一种用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器包括(i)具有外壁的容器；以及(ii)管状分段衬，其包含：管状第一衬区段，其具有上缘表面，所述上缘表面具有第一内横截面尺寸；竖直堆叠在所述第一衬区段上的管状第二衬区段，所述第二衬区段具有下缘表面，所述下缘表面具有与所述第一内横截面尺寸不同的第二内横截面尺寸；以及过渡支撑环，其被放置在所述第一衬区段的上缘表面与所述第二衬区段的下缘表面之间，所述衬被放置在所述外壁的内部，使得所述衬区段的内表面限定了一部分反应仓室。在某些实施方式中，所述流化床反应器还包括至少一个加热器，其被放置在所述外壁与所述管状分段衬之间；至少一个入口，其具有被放置成允许包含含硅气体的原初气体进入所述反应仓室内的开口；多个流化气体入口，其中每个流化气体入口具有开口在所述反应仓室内的出口；以及用于从所述容器移除硅覆层的产物粒子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器中使用的分段衬的过渡支撑环，所述过渡支撑环包含环形本体，该环形本体具有表面，该表面限定了：向上开口的环形空洞，其尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬的区段；以及向下开口的环形空洞，其尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬的区段，所述向上开口的环形空洞与所述向下开口的环形空洞在径向上隔开，使得所述向上开口的环形空洞和所述向下开口的环形空洞能够接纳具有不同内横截面尺寸的衬区段。

【技术特征摘要】
2014.10.10 US 14/512,3081.一种用于在生产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器中使
用的分段衬的过渡支撑环，所述过渡支撑环包含环形本体，该环形本
体具有表面，该表面限定了：
向上开口的环形空洞，其尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生
产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬的区段；以及
向下开口的环形空洞，其尺寸和形状被构造成部分地接纳用于生
产多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器的衬的区段，所述向上开口
的环形空洞与所述向下开口的环形空洞在径向上隔开，使得所述向上
开口的环形空洞和所述向下开口的环形空洞能够接纳具有不同内横截
面尺寸的衬区段。
2.权利要求1的过渡支撑环，其中所述表面包含：
限定了所述向上开口的环形空洞的上表面；以及
限定了所述向下开口的环形空洞的下表面。
3.权利要求2的过渡支撑环，其中：
所述上表面包括大体水平的底表面，其部分地限定了所述向上开
口的空洞并被构造以支撑衬区段；并且
所述下表面包括大体水平的顶表面，其部分地限定了所述向下开
口的空洞并被构造以倚靠在衬区段上。
4.权利要求2的过渡支撑环，其中：
所述上表面包括至少一个侧表面，其部分地限定了所述向上开口
的空洞；并且
所述下表面限定了至少一个侧表面，其部分地限定了所述向下开
口的空洞，所有所述侧表面大体竖直延伸，其中所述上表面的所述至
少一个侧表面与所述下表面的所述至少一个侧表面在径向上隔开。
5.权利要求1的过渡支撑环，其中所述环形本体包含金属、金属
合金、陶瓷、或陶瓷基质复合材料。
6.权利要求5的过渡支撑环，其中所述环形本体包含304H或304L
不锈钢、钴合金、铁-铬-镍-钼合金、铁-镍合金、镍-铬合金、基于镍或
基于钴的超合金、碳化硅、氮化硅、反应粘合的碳化硅、或陶瓷基质
复合材料。
7.权利要求5的过渡支撑环，其中所述环形本体的至少一部分表
面包被有外保护层，所述外保护层包含基于钴的合金、基于镍的合金、
基于钴的超合金、基于镍的超合金、碳化硅、氮化硅、碳化钨或其组
合。
8.权利要求7的过渡支撑环，其中所述外保护层在650℃下具有
至少700MPa的极限抗张强度。
9.权利要求7的过渡支撑环，其中所述外保护层具有与所述环的
线性热膨胀系数相差≤30％的线性热膨胀系数。
10.权利要求7的过渡支撑环，其还包含被配置在所述环形本体
的表面与所述外保护层之间的中间粘合层。
11.权利要求5的过渡支撑环，其中所述陶瓷基质复合材料包含
SiC、Si3N4、反应粘合的SiC、或包含氧化铝的内部纤维和包含SiC...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·V·斯潘格勒，
申请(专利权)人：瑞科硅公司，
类型：发明
国别省市：美国;US