一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置及方法，屬于電子束熔煉領(lǐng)域。一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)電子槍，所述電子槍下方設(shè)有坩堝，坩堝上方設(shè)有加料裝置，加料裝置的出料口設(shè)有用于控制加料口開啟的閥門；所述坩堝上設(shè)有傾倒裝置，坩堝下方設(shè)有一個(gè)水冷銅坩堝。利用本發(fā)明所述裝置及方法制備硼母合金，一次成錠量提高至750kg，甚至可提高到噸級(jí)；生產(chǎn)效率大大提高。
【專利說明】一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置及方法，屬于電子束熔煉領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 光伏行業(yè)中所謂"母合金"就是雜質(zhì)元素與硅的合金，主要是指硼硅合金，母合金 的作用就是對(duì)原料進(jìn)行摻雜，目的主要是用來改變硅熔體中施主雜質(zhì)（如磷）或受主雜質(zhì) (如硼）的雜質(zhì)濃度，使其生長出的單晶或多晶電阻率達(dá)到規(guī)定的要求。
[0003] 傳統(tǒng)的母合金生產(chǎn)制造方法都是由單晶爐拉制而成，其缺點(diǎn)是：產(chǎn)量低，傳統(tǒng)的單 晶爐一爐拉出的單晶棒重量在l〇〇kg左右，而且自動(dòng)化程度相對(duì)較低，操作比較復(fù)雜，單晶 爐體積小，拉制的單晶棒受到長度和直徑的影響，產(chǎn)能小，制作成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置及方法，利用該方 法和裝置制備硼母合金，每爐產(chǎn)量可以達(dá)到450kg以上，自動(dòng)化程度高，成品率高。、
[0005] -種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)電子 槍，所述電子槍下方設(shè)有坩堝，坩堝上方設(shè)有加料裝置，加料裝置的出料口設(shè)有用于控制加 料口開啟的閥門；所述坩堝上設(shè)有傾倒裝置，坩堝下方設(shè)有一個(gè)水冷銅坩堝。
[0006] 本發(fā)明所述電子束熔煉裝置所述加料裝置優(yōu)選為加料漏斗；所述設(shè)于加料裝置上 的閥門優(yōu)選為翻板閥；所述坩堝上設(shè)置的傾倒裝置為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中優(yōu)選，所 述傾倒裝置由旋轉(zhuǎn)軸以及旋轉(zhuǎn)軸連接至爐體外部的減速電機(jī)組成。
[0007] 本發(fā)明所述電子束熔煉裝置還包括真空系統(tǒng)，用于控制爐體內(nèi)的真空度，主要包 括擴(kuò)散泵、羅茨泵和機(jī)械泵。
[0008] 本發(fā)明所述電子束熔煉裝置的電子槍與擴(kuò)散泵相連，擴(kuò)散泵與機(jī)械泵相連，用于 控制電子槍的真空度，使電子槍的真空度達(dá)到電子槍工作所需的真空度，優(yōu)選為5Xl(T 3Pa。
[0009] -種利用上述電子束熔煉裝置制備硼母合金的方法，包括下述工藝步驟：
[0010] ①混料裝料：將硅料與硼摻雜劑混合，得混合料；將總量為10?50kg混合料等分 置于坩堝中，剩余混合料等分裝入電子束熔煉裝置加料裝置中；
[0011] ②預(yù)熱：使電子束熔煉裝置爐內(nèi)的真空度小于5Xl(T2Pa，電子槍室真空度小于 5 X 10_3Pa ;電子槍設(shè)置高壓為25?35kW，高壓預(yù)熱5?lOmin后，關(guān)閉高壓，設(shè)置電子槍束 流為70?200mA，束流預(yù)熱5?lOmin，關(guān)閉電子槍束流；
[0012] ③熔化：同時(shí)開啟兩個(gè)電子槍的高壓和束流，逐漸增大電子槍的功率至50? 350kW，功率增大速率為5?15kW/min，直至坩堝內(nèi)的混合料全部熔化；
[0013] ④熔煉：坩堝內(nèi)的混合料全部熔化后，調(diào)整電子槍的功率至35?300kW，維持熔體 表面溫度1450?1600°C，熔煉10?60min ;開啟坩堝上的傾倒裝置，使熔煉后的熔液傾倒 至下方的水冷銅坩堝中，兩個(gè)坩堝交替傾倒，間隔5?20min ;
[0014] ⑤加料：將坩堝中熔液傾倒后，將坩堝翻轉(zhuǎn)至水平后開啟加料裝置，每次加料5? 25kg，重復(fù)步驟③和④，直到加料裝置中的混合料全部處理完畢；
[0015] ⑥冷卻：關(guān)閉電子槍，使硼母合金混合料在水冷銅坩堝中冷卻60?180min。
[0016] 本發(fā)明所述制備硼母合金的方法優(yōu)選所述硅料為P型或N型硅料，電阻率大于 1 Ω · cm ;所述硼摻雜劑為硼粉或者三氧化二硼塊體，所述三氧化二硼塊體的粒徑在1mm以 下。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述硼摻雜劑的摻雜濃度按下述公式計(jì)算：
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于制備硼母合金的電子束熔煉裝置，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)電子槍 (1)，所述電子槍下方設(shè)有坩堝（3)，坩堝（3)上方設(shè)有加料裝置，加料裝置的出料口設(shè)有用 于控制加料口開啟的閥門；所述坩堝（3)上設(shè)有傾倒裝置，坩堝（3)下方設(shè)有一個(gè)水冷銅坩 堝⑵。
2. -種利用權(quán)利要求1所述裝置制備硼母合金的方法，其特征在于：包括下述工藝步 驟： ① 混料裝料：將硅料與硼摻雜劑混合，得混合料；將總量為10?50kg混合料等分置于 坩堝（3)中，剩余混合料等分裝入電子束熔煉裝置加料裝置中； ② 預(yù)熱：使電子束熔煉裝置爐內(nèi)的真空度小于5Xl(T2Pa，電子槍室真空度小于 5 X 10_3Pa ;電子槍設(shè)置高壓為25?35kW，高壓預(yù)熱5?lOmin后，關(guān)閉高壓，設(shè)置電子槍束 流為70?200mA，束流預(yù)熱5?lOmin，關(guān)閉電子槍束流； ③ 熔化：同時(shí)開啟兩個(gè)電子槍（1)的高壓和束流，逐漸增大電子槍（1)的功率至50? 350kW，功率增大速率為5?15kW/min，直至坩堝（3)內(nèi)的混合料全部熔化； ④ 熔煉：坩堝（3)內(nèi)的混合料全部熔化后，調(diào)整電子槍（1)的功率至35?300kW，維持 熔體表面溫度1450?1600°C，熔煉10?60min ;開啟坩堝（3)上的傾倒裝置，使熔煉后的 熔液傾倒至下方的水冷銅坩堝（7)中，兩個(gè)坩堝（3)交替傾倒，間隔5?20min ; ⑤ 加料：將坩堝（3)中熔液傾倒后，將坩堝（3)翻轉(zhuǎn)至水平后開啟加料裝置，每次加料 5?25kg，重復(fù)步驟③和④，直到加料裝置中的混合料全部處理完畢； ⑥ 冷卻：關(guān)閉電子槍（1)，使硼母合金混合料在水冷銅i甘禍（7)中冷卻60?180min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述硅料為P型或N型硅料，電阻率大于 1 Ω · cm ;所述硼摻雜劑為硼粉或者三氧化二硼塊體，所述三氧化二硼塊體的粒徑在1mm以 下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述硼摻雜劑的摻雜濃度按下述公式計(jì) 算：
式中，P為電阻率，Ω 為摻雜劑濃度，cm_3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法包括后處理的步驟：將硼母合金 取出，切成1?2cm的薄片，測(cè)量薄片電阻率，每0.0005Ω ·_-檔分檔，破碎、清洗、烘干、 封裝。
【文檔編號(hào)】C30B28/06GK104195637SQ201410441290
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】譚毅, 姜大川, 王登科, 石爽, 李佳艷 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)