[发明专利]一种还原炉冷喷涂方法

说明书

本发明公开了一种还原炉冷喷涂方法，该喷涂方法的喷涂系统包括有气体工作站、气体预加热器、气体加热器、粉末填充装置、喷枪、中央控制单元、自动机械臂、还原炉钟罩支架和还原炉钟罩清洗工作站，还原炉钟罩支架推动还原炉钟罩做圆周运动，而喷枪做往复直线运动和往复圆弧运动，工作载气携带原材料粉末从喷枪喷在还原炉钟罩的内表面形成涂层。本发明提供的喷涂系统及方法可以实现还原炉内壁在大气气氛中的高速喷涂，所有监控和调控均在中央控制单元进行，可实现还原炉钟罩内壁喷涂的全自动化和智能化；两级加热可以将载气和原料的污染降到最低，保障涂层的原始性能；采用低压仓储存原材料，解决原材料易氧化、易污染的问题。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产设备技术领域，具体涉及一种还原炉冷喷涂方法。

背景技术

改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将含硅气体(常用的含硅气体为三氯氢硅和硅烷)与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出。

在多晶硅生产过程中，需要电能加热将硅棒的温度保持在1000℃-1200℃，还原炉内的热量通过两种方式传递到炉内壁上，一种是高温硅棒通过辐射传热将其热量传递到还原炉内壁上，一种是被加热的反应气体通过对流传热将热量传递到内壁上。多晶硅还原炉主要是由奥氏体不锈钢制作，如果多晶硅还原炉内壁温度过高，一方面会导致奥氏体不锈钢耐压性能下降而产生形变问题，另一方面会导致奥氏体不锈钢中的合金元素逸出，进而会污染产品和破坏不锈钢结构，因此通常利用设置在还原炉夹套内的承压冷却水带走经热辐射和对流传热传递到还原炉内壁表面的热量，使还原炉内壁温度保持在500℃以下，据统计，承压冷却水带走的热量约占还原炉电耗的80％。

当下，多通过还原炉内壁喷涂银涂层，利用银涂层优良的反射红外辐射性能，以提高还原炉内壁对红外辐射的反射率，降低还原炉内的辐射传热，达到减少还原炉内部的能量损失，最终实现多晶硅生产过程中还原工序的节能。目前，还原炉内壁喷涂技术主要有电弧喷涂、等离子体喷涂、高速火焰喷涂以及爆炸喷涂等传统热喷涂技术，热喷涂技术是利用特定得热源将喷涂材料加热到熔融或者半熔融状态，然后借助焰流或者工作气体将熔融或半熔融的粒子加速到一定速度后喷涂到待喷涂基体表面，通过粒子连续堆积效应而形成涂层的一种技术。由于热喷涂的喷射温度高，因此一方面会导致基体内部产生热应力，基体表面产生热变形；另一方面会导致涂层与环境气氛发生反应而氧化或性能退化，降低涂层的性能。此外，热喷涂的涂层与基体的结合主要是机械咬合，涂层的结合强度低，涂层在使用过程中容易脱落而失效。还原炉冷喷涂是新型的还原炉内壁膜层制备技术，其特点是以拉法尔喷嘴加速经加热的压缩气体作为工作气体，高速的载气加速原材料粉末从喷枪喷出，以低温、高速和完全固态下碰撞还原炉内壁，原材料颗粒与还原炉内壁同时发生剧烈的塑性变形后沉积在内壁表面，进而通过颗粒的堆积效应形成涂层。通过还原炉冷喷涂技术制备的内壁膜层具有高致密性、高热稳定性、高强结合和低氧化率等优良性能，而性能优良、结构稳定的涂层可以保障还原炉连续稳定的节能。为了使冷喷涂技术大规模应用于还原炉喷涂领域，有必要开发一种还原炉冷喷涂系统，进而实现还原炉内壁膜层的高效制备，进而大规模实现高纯多晶硅的节能生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可实现还原炉内壁涂层的高效制备，进而大规模实现高纯多晶硅节能生产的还原炉冷喷涂方法。