[发明专利]硅部件的增材制造

权利要求书

1.一种进行硅部件的三维(3D)打印的方法，所述方法包括：

将粉状硅加至3D打印工具；

对于逐层工艺中所述3D打印的每一层：

在所述3D打印工具中形成所述粉状硅的粉末床；

在10^-5托至10^-7托范围内的高真空条件下于650℃至750℃温度范围内烘烤所述粉状硅以分解并去除所述粉状硅的表面氧化物；

形成成层的所述粉末床至预定厚度；

在所述高真空条件下以预定模式将高功率束引导至所述形成的粉末床中，所述高功率束具有足够能量以熔融所述粉状硅；以及

确定所述3D打印中是否需额外层；以及

基于确定不需要额外层，以预定温度渐降速率将所述硅部件冷却至所述3D打印工具所在环境的环境温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高功率束包括电子束。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法是在惰性气体环境中进行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述惰性气体环境包括选自包括氩(Ar)和氦(He)的气体中的至少一种气体。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅粉末中的硅颗粒具有45μm至55μm范围内的中值尺寸及介于10μm至100μm之间的尺寸分布范围。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅的纯度总体上大于99.99％。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅的纯度总体上大于99.9999％。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅是在10^-6托范围内的高真空条件下于700℃温度范围内进行烘烤以分解并去除所述粉状硅的表面氧化物。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅包含基本上球形的颗粒。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅通过使用硅烷(SiH₄)-气体雾化的流体化床化学气相沉积(FB-CVD)系统形成。

11.根据权利要求10所述的方法，其还包括：

制备熔融硅；

迫使所述熔融硅通过喷嘴；

将高速气流引导至所述熔融硅，所述高速气流包括选自包括氦(He)和氩(Ar)的气体的至少一种气体，以将所述熔融硅分解成硅颗粒以形成所述粉状硅；以及

在所述硅颗粒上沉积硅烷。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉状硅通过等离子体旋转电极处理(PREP)形成。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括：

在硅棒旋转时熔融所述硅棒的一端，所述硅棒的转速足以产生离心力以使熔融硅从所述硅棒喷出；以及

将所喷出的所述熔融硅固化成硅颗粒以形成所述粉状硅。

14.根据权利要求13所述的方法，其还包括通过调整所述硅棒的所述转速来调控所述硅颗粒的形貌。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定温度渐降速率小于每分钟5℃。

16.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

通过操作制备高纯度硅，所述操作包括：

将硅放入坩埚中；

以预定渐升速率提高所述硅的温度；

用高功率束至少部分地熔融所述硅，所述高功率束具有足以熔融所述硅的功率；以及

以第二预定下降速率降低所述硅的温度。