本發(fā)明屬于預(yù)熱器制備，特別涉及一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末及還原爐預(yù)熱器。

背景技術(shù)：

1、目前，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)采用改良西門子法制備多晶硅，此過程中汽化后的三氯氫硅和氫氣形成一定的摩爾比，在反應(yīng)器內(nèi)溫度為950-1150℃的硅芯上進(jìn)行反應(yīng)沉積最終得到成品多晶硅棒。其中硅芯一方面作用三氯氫硅和氫氣混合氣體的沉積載體，另一方面由于通入的電流來維持多晶硅生產(chǎn)還原爐內(nèi)熱場溫度。而硅芯為半導(dǎo)體材料，其半導(dǎo)體特性是負(fù)阻特性，硅芯的電阻率隨溫度升高而下降，因此，只有足夠熱量使得硅芯溫度升高到一定溫度以上(使得硅芯電阻率下降到一定值)，在硅芯上施加10kv的高電壓使其產(chǎn)生約1kw的電功率加熱硅芯，隨著硅芯溫度升高、硅芯電阻大幅度降低，加熱功率進(jìn)一步提升，硅芯溫度升高并擊穿，形成電路，再以電流大小控制硅芯溫度至化學(xué)氣相沉積要求溫度即完成還原爐啟動。因此，對于電子級多晶硅還原爐來說，其預(yù)熱器需要為還原爐足夠的熱量氛圍以啟動還原爐，才能夠保證后續(xù)級多晶硅的還原生產(chǎn)?，F(xiàn)有，在級多晶硅生產(chǎn)中，還原爐預(yù)熱器為石墨預(yù)熱器，利用石墨材質(zhì)電阻率低、抗熱震性能好、導(dǎo)熱性能好、導(dǎo)電性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、耐高溫的綜合性能，依靠石墨預(yù)熱器通電后將爐內(nèi)氣氛升溫450℃，再通過1400v電壓對硅芯進(jìn)行擊穿，同時降低硅芯幾千伏高壓擊穿過程中的安全隱患。

2、但是，石墨制預(yù)熱器在使用過程中存在以下問題：首先，石墨本身的熱膨脹系數(shù)(cte)比硅大的多，預(yù)熱器原材料熱膨脹系數(shù)(cte)值過高，熱膨脹系數(shù)(cte)差異值疊加后導(dǎo)致還原爐開爐后結(jié)硅開裂、掉皮、斷裂，可直接影響多晶硅成品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致還原爐無法正常運行；其次，由于石墨制預(yù)熱器處在還原爐的高溫環(huán)境中，其導(dǎo)電率易受影響，不穩(wěn)定，造成石墨制預(yù)熱器使用3-4批次后無法滿足還原爐硅芯余熱要求，造成石墨制預(yù)熱器的頻繁更換；再次，高純石墨原材料價格偏高，導(dǎo)致預(yù)熱器生產(chǎn)、制造成本過高；最后，現(xiàn)有的還原爐運行3-4批次后預(yù)熱器因結(jié)硅而導(dǎo)致無法滿足硅芯預(yù)熱使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末及還原爐預(yù)熱器。

2、本發(fā)明的第一個目的在于提供一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末，包括以下原料：石墨粉體、氮化硼和硅粉。

3、進(jìn)一步地，所述石墨粉體、氮化硼和硅粉的質(zhì)量比為1:0.001％～0.1％:0.001～0.1％的質(zhì)量。

4、進(jìn)一步地，所述合金石墨粉末包括以下步驟制成：

5、將石墨粉體、氮化硼和硅粉混合后，在真空環(huán)境下加熱，加熱完成得合金石墨粉末。

6、進(jìn)一步地，所述加熱條件為：加熱溫度為800～1000℃，加熱時間為10～60min，所述合金石墨粉末中硼的含量范圍為0.001％～0.05％，氮的含量占比為0.001％～0.08％，硅含量占比為0.001％～0.06％。

7、優(yōu)選地，所述加熱溫度為800℃、805℃、810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、835℃、840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、865℃、870℃、875℃、880℃、885℃、890℃、895℃、900℃、905℃、910℃、915℃、920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、945℃、950℃、955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃、990℃、995℃或1000℃。

8、優(yōu)選地，所述加熱時間為10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min、49min、50min、51min、52min、53min、54min、55min、56min、57min、58min、59min或60min。

9、本發(fā)明的第二個目的在于提供所述的應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末的制備方法，包括：

10、將石墨粉體、氮化硼和硅粉混合后，在真空環(huán)境下加熱，加熱完成得合金石墨粉末。

11、本發(fā)明的第三個目的在于提供一種還原爐預(yù)熱器，由上述的合金石墨粉末制成。

12、進(jìn)一步地，所述還原爐預(yù)熱器，包括以下步驟制成：

13、采用熱等靜壓對合金石墨粉末進(jìn)行成型，得還原爐預(yù)熱器。

14、進(jìn)一步地，所述還原爐預(yù)熱器在室溫～1000℃下的膨脹系數(shù)為3.4×10-6/℃～4.2×10-6/℃。

15、進(jìn)一步地，所述還原爐預(yù)熱器的室溫電阻率為18μωm～19μωm，所述還原爐預(yù)熱器的1000℃電阻率為16.5μωm～18.2μωm。

16、本發(fā)明的第四個目的在于提供一種還原爐預(yù)熱器的制備方法，包括：

17、采用熱等靜壓對合金石墨粉末進(jìn)行成型，得還原爐預(yù)熱器。

18、進(jìn)一步地，熱等靜壓的工藝：溫度1000-1200℃，各向等同的100-200mpa的高壓，保持溫度和壓力20～40min。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、本發(fā)明的一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末及還原爐預(yù)熱器，通過向石墨粉末中引入氮化硼和硅粉，經(jīng)過高溫?zé)菩纬珊辖鹗?，使所得的合金石墨粉摻雜微量元素硼、氮、硅微量元素，且本發(fā)明通過氮化硼和硅粉(純硅粉)的加入量，使得合金石墨烯粉中硼、氮、硅微量元素含量分別為硼含量0.001％～0.04％，氮的含量占比為0.001％～0.06％，硅含量占比為0.001％～0.1％；而且本發(fā)明利用上述的合金石墨烯粉制成預(yù)熱器，發(fā)現(xiàn)所得預(yù)熱器比純石墨制成的預(yù)熱器使用壽命更長，在還原爐制備多級硅過程中，可循環(huán)次數(shù)達(dá)4-7次，相比原有純石墨制預(yù)熱器循環(huán)2-3次的壽命，延長了其使用壽命，極大降低了多晶硅的生產(chǎn)成本；究其壽命延長的原因：硼、氮、硅微量元素的摻雜，并未引起石墨制預(yù)熱器機(jī)械性能降低的變化趨勢，反而發(fā)生以下積極的作用：一是硼、氮、硅微量元素在石墨晶格處，高溫下阻礙石墨晶格的移動，降低石墨的熱膨脹系數(shù)，并且提高石墨的導(dǎo)電穩(wěn)定性，抑制電阻率的變化；二是，硅微量元素的引入，保證后續(xù)沉積多晶硅與加熱器的結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)一步降低還原爐開爐開裂問題。這些積極作用的發(fā)揮，進(jìn)而實現(xiàn)向了合金石墨粉末制預(yù)熱器使用壽命的延長。

21、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及實施例中所指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末，其特征在于，包括以下原料：石墨粉體、氮化硼和硅粉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末，其特征在于，所述石墨粉體、氮化硼和硅粉的質(zhì)量比為1:0.001％～0.1％:0.001～0.1％的質(zhì)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末，其特征在于，包括以下步驟制成：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末，其特征在于，所述加熱條件為：加熱溫度為800～1000℃，加熱時間為10～60min，所述合金石墨粉末中硼的含量范圍為0.001％～0.04％，氮的含量占比為0.001％～0.06％，硅含量占比為0.001％～0.1％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末的制備方法，其特征在于，包括：

6.一種還原爐預(yù)熱器，其特征在于，由權(quán)利要求1-4任一所述的合金石墨粉末制成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種還原爐預(yù)熱器，其特征在于，包括以下步驟制成：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種還原爐預(yù)熱器，其特征在于，所述還原爐預(yù)熱器在室溫～1000℃下的膨脹系數(shù)為3.4×10-6/℃～4.2×10-6/℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的一種還原爐預(yù)熱器，其特征在于，所述還原爐預(yù)熱器的室溫電阻率為18μωm～19μωm，所述還原爐預(yù)熱器的1000℃電阻率為16.5μωm～18.2μωm。

10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一所述的一種還原爐預(yù)熱器的制備方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于還原爐預(yù)熱器的合金石墨粉末及還原爐預(yù)熱器，屬于預(yù)熱器制備技術(shù)領(lǐng)域。所述合金石墨粉末包括以下原料：石墨粉體、氮化硼和硅粉，所述石墨粉體、氮化硼和硅粉的質(zhì)量比為1:0.001％～0.1％:0.001～0.1％的質(zhì)量；將石墨粉體、氮化硼和硅粉混合后，在真空環(huán)境下加熱，加熱完成得合金石墨粉末。本發(fā)明通過向石墨粉末中引入氮化硼和硅粉，經(jīng)過高溫?zé)菩纬珊辖鹗?，并將所得的合金石墨粉采用熱等靜壓成型工藝獲得預(yù)熱器，所得預(yù)熱器比純石墨制成的預(yù)熱器使用壽命更長，在還原爐制備多級硅過程中，可循環(huán)次數(shù)達(dá)4?7次，延長了預(yù)熱器的使用壽命，極大降低了多晶硅的生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：秦榕,張永良,俞朝,李宏盼,周國峰,張文毓,成進(jìn)義,李海軍,曹喜高,張才剛,馬海兵,王伯輝,薛生英,許龍龍,蒲友福,范永紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司新能源分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9