[发明专利]一种激光辅助提纯金刚线切割硅粉废料的设备和方法

权利要求书

1.一种激光辅助提纯金刚线切割硅粉废料的设备，其特征在于，包括粉体料仓；

位于所述粉体料仓下端的粉体料仓出料口与惰性气体保护罩的惰性气体保护罩进料口连通，所述惰性气体保护罩的一端通过惰性气体保护罩进料口与所述粉体料仓连通，另一端与位于一号储藏室上端的一号储藏室进料口连通，所述惰性气体保护罩罩在传送带上，所述传送带的一端位于所述惰性气体保护罩进料口的下方，另一端位于所述一号储藏室进料口的上方，所述一号储藏室出料口设有可旋转振动筛，其下方设有二号粉体分离室进料口，所述可旋转振动筛上设有与所述粉体料仓连通的吸粉装置，所述一号储藏室进料口和所述可旋转振动筛之间设有第一阀门，所述二号粉体分离室出料口通过第二阀门与三号硅块输送室的三号硅块输送室进料口连通，

所述三号硅块输送室的三号硅块输送室出料口通过第三阀门进入感应熔炼室且位于所述感应熔炼室内的石墨坩埚上方，所述感应熔炼室内设有绝热底盘，所述绝热底盘上表面设有所述石墨坩埚，所述绝热底盘下表面设有与所述感应熔炼室内底连接且竖直设置的结晶器铜管，所述感应熔炼室下端设有与所述结晶器铜管下端连通的旋转拉锭装置，所述石墨坩埚下端设有穿过所述绝热底盘且与所述结晶器铜管上端连通的通孔，所述石墨坩埚的侧壁套接有感应线圈，所述结晶器铜管的侧壁套接有冷却水箱；

所述激光辅助提纯金刚线切割硅粉废料的设备还包括连续光纤激光器、惰性气体输送管路和旋转加料装置，所述惰性气体保护罩的中段设有所述连续光纤激光器发射的激光穿过的惰性气体保护罩通孔，所述性气体保护罩通孔上方设有吸尘装置；

所述惰性气体输送管路分别与所述惰性气体保护罩和所述一号储藏室连通；

所述三号硅块输送室和所述感应熔炼室上分别设有真空系统；

所述旋转加料装置的一端位于所述粉体料仓出料口的下方，另一端位于所述惰性气体保护罩进料口的上方。

2.根据权利要求1所述的激光辅助提纯金刚线切割硅粉废料的设备进行激光辅助提纯金刚线切割硅粉废料的方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、将硅粉废料预处理后，加入所述粉体料仓，之后，通过所述旋转加料装置和所述惰性气体保护罩进料口落在所述传送带上，待预处理后的硅粉废料厚度稳定后，开启所述连续光纤激光器进行熔炼，产生的烟尘通过所述吸尘装置进行去除，得到的硅块与未熔化粉体一起进入所述一号储藏室；

S2、待进入所述一号储藏室的硅块与未熔化粉体达到一定数量时，开启所述第一阀门，使硅块与未熔化粉体落入所述可旋转振动筛内，关闭所述第一阀门，开启所述吸粉装置，将未熔化粉体吸入并回收至所述粉体料仓，待所述可旋转振动筛内的未熔化粉体完全吸走，开启所述第二阀门，所述可旋转振动筛翻转将其内的硅块倒入所述三号硅块输送室；

S3、关闭所述第二阀门，对所述三号硅块输送室进行预抽真空，当真空度与所述感应熔炼室的真空度相同时，开启所述第三阀门，使硅块落入所述石墨坩埚；

S4、关闭所述第三阀门，对所述感应熔炼室抽真空，之后升温对所述石墨坩埚内的硅块加热，使其完全融化，之后，开始定向凝固。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述预处理为硅粉废料经过流动氩气450℃处理；

所述硅粉废料落在所述传送带上之前，所述惰性气体保护罩和所述一号储藏室内预先通入氩气，氩气流量为2-5L/min；

所述传送带的速度为5-10mm/s，调节所述旋转加料装置使得落在所述传送带上的预处理后的硅粉废料的厚度为6-10cm；

开启所述连续光纤激光器进行熔炼时，所述连续光纤激光器的功率设定为2000-4000W。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述石墨坩埚内壁具有涂层，以防止长时间熔炼硅与石墨反应造成的石墨坩埚开裂。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，对所述感应熔炼室抽真空，抽真空至2.5×10^-3Pa；

所述升温为以5-10℃/min的升温速率，升温至1500℃，后保温30min；

所述定向凝固的拉锭速度为0.8-1.8mm/min。