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石墨在多晶硅铸锭炉中的应用
多晶硅铸锭炉中,多个组件需要石墨材料。 特别是加热器中使用的加热材料和隔热材料,是目前重要的配套材料,因此高纯石墨材料的发展推动了多晶硅铸锭生产工艺的进一步发展。
1 加热器中使用的加热材料
在多晶硅铸锭炉设计上,为使硅料熔融,必须采用合适的加热方式。从加热的效果而言,感应加热和辐射加热均可以达到所需的温度。一般多采用辐射加热方式,它可以对结晶过程的热量传递进行精确控制,易于在增祸内部形成垂直的温度梯度。
因此加热器的加热能力必须超过1650℃,同时加热器的材料不能与硅料反应,不对硅料造成污染, 能在真空及惰性气氛中长期使用。符合使用条件可供选择的加热器有金属钨、钼和非金属石墨等。由于钨、钼价格昂贵,加工困难,而石墨来源广泛,可加工成各种形状。
另外,石墨具有热惯性小、可以快速加热, 耐高温、耐热冲击性好,辐射面积大、加热效率高、且基本性能稳定等特点,因此高纯石墨材料可以作为很好的加热器材料得到广泛应用。
2 加热器中使用的隔热材料
对于铸锭工艺而言,为了提高生产效率,要求设备的升温速度尽可能快;由于采用真 空工艺,要求炉内材料的放气量应尽可能少, 缩短真空排气的时间;同时硅料中温度梯度 的形成还需要隔热层的精确提升实现,隔热层的质量要尽可能轻,以减少升降时的惯性而影响控制精度。
综上所述对于隔热材料的选择要求是:耐高温、密度低、导热小、蓄热量少、隔热效果好、 放气量少、重量轻、膨胀系数小,在众 多的耐火保温材料中,以高纯石墨最为理想。
石墨材料在多晶硅铸锭生产过程中有着不可替代作用,其优良的特性为铸锭炉内保持较高的温度场及优良的隔热效果提供了保障,因此石墨材料的未来发展可以进一步推动多晶硅铸锭炉的优化改造,还为多晶硅铸锭生产成本的下降做出贡献。
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