冷却速率对Al-30wt%Si合金初晶硅形貌和杂质的影响研究

发布时间：2021-11-13 13:04

　　合金法提纯是制备太阳能级多晶硅的工艺之一,在Al-Si合金提纯多晶硅工艺中,冷却速率对初晶硅的形貌和纯度都有重要的影响。本文对成分为Al-30wt%Si合金采用不同冷却速率进行处理,分析初晶硅的形貌以及杂质含量的变化。结果表明,随冷却速率的降低,初晶硅的长度和宽度逐渐增加,初晶硅收率逐渐增加,并且在较低冷却速率下,初晶硅晶粒的<111>择优生长更加明显。同时,冷却速率对初晶硅中的杂质含量产生了显著影响,在较低冷却速率下,杂质的去除率较高,并且有利于Ti和B杂质的去除。为了获得较高的收率和较好的杂质去除率,Al-30wt%Si合金杂凝固过程中的冷却速率应低于3℃/min。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(06)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同冷却速率下Al-30Si合金铸锭显微形貌图

图3为不同冷却条件下Al-30Si合金铸锭酸洗后初晶硅的收率变化曲线。本文中将尺寸大于150 μm的硅晶粒(对应筛子目数为100目)定义为初晶硅,小于0.15 mm的硅晶粒定义为共晶硅,初晶硅收率的计算公式如图中所示。从图中可以看出,随冷却速率的降低,初晶硅的收率逐渐增加。当采用冷却速率为8 ℃/min时,初晶硅的收率为42%;而将冷却速率降低至2 ℃/min时,初晶硅的收率增高至44.9%。可见,降低冷却速率有利于提高初晶硅的收率,这一结果与图2中分析结果相一致。同时还可以看到,当冷却速度降低至5 ℃/min后,初晶硅收率的增加趋势变缓。另外,由相图计算可知,成分为Al-30Si合金平衡凝固后,初晶硅的理论收率为66.4%,这一结果高于实验中所获得的收率。这可能是因为在Al-30Si合金在凝固过程中,由于合金中Si原子浓度低,Si原子迁移至晶核表面需要的时间较长,因此大量初晶硅晶核没有充分长大从而尺寸较小(<150 μm)。这些细小晶粒一方面在初晶硅酸洗后不易收集,另一方面,也不易与共晶硅晶粒区分开,因此在本试验中未被定义为初晶硅。图3 不同冷却条件下初晶硅的收率变化曲线

图2 不同冷却条件下初晶硅的长度和宽度变化曲线表2 不同冷却速率下初晶硅中杂质含量Table 2 Impurity content in primary Si under different cooling conditions/ppmw B P Fe Ti Cu 2 ℃/min 3.11 16.16 5.88 0.72 0.54 3 ℃/min 4.57 17.95 7.71 0.55 0.66 4 ℃/min 4.57 19.03 9.51 3.93 0.78 5 ℃/min 4.99 21.92 11.55 4.19 1.44 6 ℃/min 5 22.34 12.57 2.73 1.59 7 ℃/min 5.15 23 12.87 2.9 1.7 8 ℃/min 5.35 24.64 17.36 3.21 2.91

【参考文献】：
期刊论文
[1]半固态处理对Al-50wt%Si合金初晶硅形貌的影响研究[J]. 强璐,高昂,赵旭,祁雪燕,梁森,李海波,高忙忙.  人工晶体学报. 2019(07)



本文编号：3493071