[发明专利]带有隆起边缘的锥形石墨电极

说明书

技术领域

本发明涉及具有锥形或金字塔形尖端的石墨电极，所述尖端在其侧面由隆起边缘围绕。

背景技术

石墨电极用于许多不同工业应用中。这些工业应用的实施例为铝生产和钢铁生产、熔盐电解、化合物的电解分解、热沉积反应、电弧焊、量具以及许多其他应用。

一种重要应用是西门子工艺多晶硅沉积，其中高纯度单质硅(elementary silicon)由气相沉积到硅棒表面上。在这种情况下，单质硅从气相的氢和卤硅烷的混合物或含氢硅化物沉积到在沉积反应器中加热到900℃-1200℃的细硅棒的表面上。

该硅棒通过通常由高纯度人造石墨构成的专用电极保持在反应器内。电极夹上具有不同电压极的两个细棒分别通过另一细棒端部处的桥接件连接到闭合电路。通过电极及其电极夹供给用于加热细棒的电力。于是细棒的直径增大。同时电极从其尖端开始长大成为该硅棒的棒底部。在已经达到硅棒的期望设定直径之后，沉积过程结束。炽热的硅棒被冷却并移走。

这里特别重要的是电极的材料和形状。它们一方面用于保持细棒，使电流进入硅棒，而且用于热传导以及反应器中逐渐增大的棒的固定支撑。因为趋势是越来越长和越重的棒或棒对，至今可能重达几百公斤的棒或棒对仅仅通过电极固定到反应器中，形状和材料成分的选择尤其非常重要。

此外，根据随后的使用，对以这种方式生产的硅棒和其沉积过程以及电极赋予很多非常不同的要求。举例来说，如果该多晶硅随后被用作太阳能应用和电子应用的碎硅，该硅棒在该沉积反应器的沉积过程中或之后不能破裂。长且厚的多晶硅棒增加了沉积过程的经济可行性，但是也增加了反应器中破裂的风险。

根据现有技术的电极包括位于下部的圆柱形主体和位于上部的锥形尖端。用于容纳该细棒的孔形成在该锥形尖端内。电极的下端放置在金属电极夹中，通过该电极夹供给电流。这种电极是众所周知的，并且例如在US-5,284,640中用于硅沉积。

石墨主要被用作电极材料，因为石墨具有非常高的纯度并且在沉积状况下在化学性质上是惰性的。此外石墨具有非常低的电阻率。

US-6,639,192描述了具有常规形状的石墨电极。它包括带有锥形尖端的圆柱形主体。该尖端包括用于容纳细棒的孔。该电极是一体件并因此由具有均匀材料特性的材料(这里指人造石墨)制成。其尤其具有非常高的比导热率。该实施例的缺陷是在达到最终直径之前在沉积之前或沉积过程中出现高几率的破裂。

DE-2328303描述了不带尖端的圆柱形电极。承载杆放置在位于平面上的孔中。由于实心的圆柱形状，即使具有小的棒直径，该电极形状也具有很高的热耗散。因此，具有小直径的棒在沉积过程中不会破裂，该电极必须具有低的热耗散，即具有小直径，并且电极材料必须具有很低的比导热率。当今常用的粗棒不能通过这种电极形状沉积，因为由于小电极直径和电极材料的低比导热率，粗棒直径所需的高能量不能从棒底部耗散。

包括多层的石墨电极已由其它领域可知。然而在这些情况下，不同层的设置意在优化化学转化。例如，US-3,676,324公开了一种包括圆柱形内部部件和圆柱形外部部件的圆柱形石墨电极，该内部部件具有很高的导电性而该外部部件是多孔石墨。多个层的目的是避免高压损失并在多孔表面上获得高的化学转化。具有两个不同层的类似电极可由GB-2135334可知，在这种情况下该多孔外层用于氟电解生产。

由现有技术已知的所有电极的缺陷在于，在电极附近，在电极与硅棒之间的过渡部分处或硅棒中的材料相对于易破裂或剥落，因此硅棒不可靠。

破裂的批次导致很大的经济损失。举例来说，如果硅棒破裂，反应器壁可能损坏。于是，由于接触反应器壁，破裂的硅棒被污染并且必须进行表面清洗。此外，破裂的批次可以从该反应器移出，只是增加了费用。于是硅的表面进一步被污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与常规设计的电极相比破裂几率显著降低的电极。

意外地，已经发现，具有在侧面由隆起边缘围绕的锥形或金字塔形尖端的碳电极在固定到其上的细丝棒生长期间具有改善的热耗散以及改善的与棒厚度有关的电流密度分布。

本发明提供一种具有锥形或金字塔形尖端的碳电极，所述尖端包括用于容纳细丝棒的装置，其中所述锥形或金字塔形尖端在其侧面由至少一个隆起边缘围绕。

根据本发明的电极(图1)包括具有尖端(2)的圆柱形主体(1)，该尖端由隆起边缘(3)围绕。随后用来容纳工件、例如细丝棒(5)的腔室(4)形成在该尖端中。该腔室可以具有圆柱形、锥形或任何其他所需形状。相应地，该工件也具有匹配该腔室的圆柱形、锥形或任何其他所需形状。