高纯硅电磁悬浮式“无坩埚”真空电弧等离子体冶炼炉的特色与创新

据我们了解，国内从事冶金法提纯工业硅生产太阳能级多晶硅的研究机构都是采用真空感应炉加电弧等离子体冶炼工业硅来提纯，所使用的冶炼坩埚材质是石墨，因为石墨是石油产品其本身就含硼磷等杂质不可避免给硅熔体带入杂质，因此样品难于达到更高纯度。采用电磁悬浮式“无坩埚”冶炼的方式有人在冶铝冶钛上采用过，在冶硅上的使用还不曾有报道。高纯石英管的热膨胀系数很小，采用水冷高纯石英管做冶炼容器，如果温度不均匀不会引起破裂；高纯石英管本身是硅质的不会给硅熔体带入杂质；又因为石英是不导电的电磁感应直接加热硅熔体，有更高的热效率。采用水冷高纯石英管做冶炼容器是一个大胆的想法，据我们所知是不曾有人采用过。要实现电磁悬浮式“无坩埚”冶炼，电磁感应加热频率要求略高一些，这样趋肤效应更明显，硅熔体表面受到的磁力更大，容易与容器内壁分离。频率高的话感应线圈放在真空中容易引起辉光放电，形成线圈匝间短路，因此感应线圈不采用传统的真空感应炉将感应线圈放在真空室内的做法，而放在真空室外部，这种做法可能也是没有先例的，结构设计已考虑成熟。