專利名稱：硅熔液的搬運(yùn)部件和硅熔液的搬運(yùn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在作為半導(dǎo)體元件或太陽能電池等的原料使用的高純度硅的制造中使用的硅熔液的搬運(yùn)部件和搬運(yùn)方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體元件或太陽能電池等中使用的硅原料的精制中，以往廣泛使用利用氣相反應(yīng)的西門子法。近年來，進(jìn)行所謂的冶金法，其組合了將硅原料熔融后通過爐渣精煉或電子束熔煉等的真空高溫處理，除去熔液中的硼和磷等的半導(dǎo)體摻雜物成分，在其前后通過使熔融硅在一個(gè)方向凝固而除去鐵等的金屬成分的工序等。(參照專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn) 1)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特公平7-55813號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2002-332512號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開2001_3對(duì)觀1號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本特開平9-100630號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5日本特開平7-10923號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6日本特開2008-5^512號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 Solar Energy Materials and Solar Cells 92(2008)418-424

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在利用冶金法的硅原料的精制中，有硼的除去、磷的除去、金屬成分的除去的工序。這些為分別獨(dú)立的工序，在各個(gè)獨(dú)立的爐中進(jìn)行處理。在這些各個(gè)工序中，原料硅以熔液的狀態(tài)被處理，其量為超過IOO(Kg)的規(guī)模。因此，在各工序間，通過直接以熔液的狀態(tài)搬運(yùn)原料硅，能夠使工作效率提高。但是硅的熔點(diǎn)為約1412(°C )，在搬運(yùn)這樣的高熔點(diǎn)的熔液時(shí)，存在因熔液凝固而不能搬運(yùn)的問題。一般而言，在硅以外的多個(gè)冶金工藝中，通過專利文獻(xiàn)2 6等所示的方法搬運(yùn)高熔點(diǎn)的原料熔液。此時(shí)，使用如下結(jié)構(gòu)的搬運(yùn)部件在厚的耐火材料制的母材上， 刻槽而構(gòu)成熔液的流通路徑，在其上表面覆蓋厚的耐火性的蓋。其流通路徑部通過氣體燃燒器或通電加熱加熱到接近熔點(diǎn)的溫度。例如，銅和鋁是熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于硅的原材料，可以使用利用這樣的搬運(yùn)部件而加熱保溫的方法。然而，要用這樣的方法在各工序間搬運(yùn)硅的熔液，存在如下所示的幾個(gè)問題。首先，第一個(gè)是硅熔液的向搬運(yùn)部件的浸潤和反應(yīng)的問題。這是由于硅的熔液的粘性顯著降低且化學(xué)的活性高的緣故。因此，搬運(yùn)部件本身由于硅熔液的浸潤和化學(xué)反應(yīng)損傷，進(jìn)而硅熔液貫通搬運(yùn)部件，存在熔液從搬運(yùn)部件漏出的擔(dān)心。另外，與此同時(shí)，搬運(yùn)部件所含的硼、磷、重金屬等的雜質(zhì)向硅熔液側(cè)移動(dòng)，損害精制的硅的純度。第二個(gè)是涉及真空工藝的問題。在從硅熔液蒸發(fā)除去磷等的精制工序中，在高真空狀態(tài)中對(duì)硅進(jìn)行處理。因此，為了在該精制工序中供給硅熔液，還必須在真空爐的內(nèi)部設(shè)置硅熔液的搬運(yùn)部件，通過真空間閥搬出搬入搬運(yùn)部件。另外，這樣的在多個(gè)的冶金工藝中使用的搬運(yùn)部件伴有壁厚的絕熱層、加熱用加熱器或燃燒器等的附屬物。在真空爐內(nèi)設(shè)置這些附屬物并使其能夠搬入搬出，在設(shè)備上是非常困難的。例如，為了將大型的部件搬入搬出爐內(nèi)，為了維持爐內(nèi)的真空，必須設(shè)置經(jīng)過閘閥與爐內(nèi)連接的大型的前室，操作上，其前室與爐內(nèi)的壓力調(diào)整等的工作也變得繁雜。另外，在真空爐內(nèi)，不能使用利用燃燒器的加熱，但在通電加熱搬運(yùn)部件時(shí)，需要電力系統(tǒng)的配線。因此，還必須實(shí)施對(duì)真空放電等的對(duì)策。除了這樣的設(shè)備問題，大多耐熱性部件在高溫的真空中氣化蒸發(fā)，搬運(yùn)部件本身蒸發(fā)從而消耗加劇。另外，還存在來自氣化蒸發(fā)的部件的成分形成爐內(nèi)的真空度維持的大障礙，其蒸發(fā)成分污染精制的硅的問題。第三個(gè)是在硅熔液表面產(chǎn)生的氧化被膜的問題。硅熔液由于容易與活性高的氧反應(yīng)，在與氧接觸的熔液的表面，生成固體的SiO被膜，其流動(dòng)性顯著降低。因此，不優(yōu)選為了補(bǔ)償硅熔液的溫度而通過燃燒器直接加熱。另外，為了防止其氧化，將搬運(yùn)部件本身以腔室覆蓋，以不活潑氣體吹掃，或者放置于真空的狀態(tài)中等的對(duì)策是有效的。此時(shí)，需要大規(guī)模的設(shè)備。從上述這樣的各種問題點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為在太陽能電池硅原料的利用冶金法的精制中，在各工序間直接以熔液狀態(tài)搬運(yùn)原料硅的熔液，是極為困難而不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，采用在冶金法的各工序中精制處理后的硅熔液通過暫時(shí)冷卻得到固體的硅塊在接下來的工序的爐中再加熱熔化的方法。該方法在精制時(shí)需要的時(shí)間變長，發(fā)生與熱能、 機(jī)械能、工作勞動(dòng)力相關(guān)的較大成本。本發(fā)明是用于克服上述課題而作出的，其目的在于提供一種能夠不使硅熔液凝固而將其從一側(cè)向另一側(cè)搬運(yùn)的硅熔液的搬運(yùn)部件和硅熔液的搬運(yùn)方法。特別是，其目的在于提供一種硅熔液的搬運(yùn)部件和硅熔液的搬運(yùn)方法，在利用冶金法的硅原料的精制工藝中，能夠在除去雜質(zhì)而精制的各工序間直接以熔液的狀態(tài)高效地搬運(yùn)原料硅，得到太陽能電池制造用等的高純度硅。用于解決課題的方法發(fā)明人為了解決上述課題，使用滿足冶金法的硅原料精制工藝的條件的設(shè)備，進(jìn)行了許多搬運(yùn)硅熔液的試驗(yàn)。圖3是搬運(yùn)硅溶液的試驗(yàn)機(jī)的立體圖。參照該圖，在澆勺1中容納在之前工序中處理過的硅熔液2。搬運(yùn)部件3相對(duì)于水平面傾斜。搬運(yùn)部件3置于室溫。搬運(yùn)部件3中，搬運(yùn)部件上端4位于澆勺1的熔液排出口，其搬運(yùn)部件下端5位于遠(yuǎn)離托盤6的上部。在上述的結(jié)構(gòu)中，若傾斜移動(dòng)澆勺1，則澆勺1內(nèi)的熔液從搬運(yùn)部件上端4流入搬運(yùn)部件3。流入到搬運(yùn)部件3的熔液沿著搬運(yùn)部件 3流動(dòng)注入托盤6。由框材等支撐的搬運(yùn)部件中所包含的搬運(yùn)路徑部的定義如下所述。在搬運(yùn)部件具有絕熱材料時(shí)，搬運(yùn)部件中除了絕熱材料以外的部分相當(dāng)于搬運(yùn)路徑部，在搬運(yùn)部件不具有絕熱材料時(shí)，搬運(yùn)部件的整體相當(dāng)于搬運(yùn)路徑部。
另外，在本發(fā)明設(shè)想的工藝中，考慮與熔液的輸送相關(guān)的熔融裝置的配置，流通路徑部長至10(m)左右。另外，考慮搬運(yùn)起點(diǎn)和搬運(yùn)目的地的裝置的連接方法、流動(dòng)的穩(wěn)定性，搬運(yùn)路徑部件的硅熔液流動(dòng)的部分的寬度限制為0.2 (m)以下。另外，搬運(yùn)硅熔液的重量為數(shù)IO(Kg)以上。使坩堝或澆勺等慢慢傾斜，邊控制在一定的速度邊穩(wěn)定地注入向搬運(yùn)部件這樣大量的熔液并不容易。因此，在搬運(yùn)重量為IOOO(Kg)時(shí)，實(shí)際輸送中需要的時(shí)間為從1分鐘到30分鐘的范圍。但是，如果輸送時(shí)間為30分鐘左右的時(shí)間，與在溶液搬運(yùn)前后設(shè)置的工藝裝置中精制處理同量的硅熔液需要的時(shí)間相比，足夠短，實(shí)用上沒有大問題。因此，設(shè)定的熔液的搬運(yùn)流量為從約30(Kg/min)到1000 (Kg/min)的范圍。另外，由于硅熔液的動(dòng)粘性為 3xl0"-7 (m2/sec)，比水小數(shù)倍，因此通過使搬運(yùn)部件3僅傾斜數(shù)度，能夠容易地將流速增加到0. 1 (m/sec)以上。因此，流動(dòng)的熔液的寬度和深度分別為0. 2 (m)、0. 2 (m)時(shí)，其剖面積為 4xl0"-2 (m2)，即使此時(shí)的流速僅為0. 1 (m/sec)的低速，其流量也為600 (Kg/min)。因此，流通路徑部上的熔液流動(dòng)的部分的寬度實(shí)用上為0. 2(m)以下是充分的?？紤]這樣的實(shí)際工藝條件，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)熔液搬運(yùn)的許多問題的根源是由凝固造成的堵塞，該凝固堵塞大致在流動(dòng)到20 (Kg)左右的熔液的初期階段發(fā)生，在不使熔液凝固而順利地開始流動(dòng)時(shí)，大體能夠沒有問題地結(jié)束搬運(yùn)。另外，還得知搬運(yùn)熔液的流量速度越快，熔液越?jīng)]有阻滯地流動(dòng)，在流量速度小于 50 (Kg/min)或流速小于0. 1 (m/sec)時(shí)，即使在經(jīng)過了上述初期階段的情況下也容易發(fā)生固化，難以繼續(xù)搬運(yùn)。在該初期階段的凝固現(xiàn)象，如下所說明的，可以認(rèn)為是由注入到搬運(yùn)部件3中的熔液先頭部分的熱傳導(dǎo)的方式引起的。即，可以認(rèn)為，在熔液的先頭部分，其底面與通常接近室溫的低溫的流通路徑部接觸而奪走熱，同時(shí)，熱從后續(xù)流入的熔液傳遞。在該工藝中如所設(shè)想的，長度方向的尺寸比寬度方向的尺寸長的流路中，前者的放熱絕對(duì)性大于后者的吸熱。因此，熔液的先頭部的熱收支應(yīng)該主要為向搬運(yùn)部件3的放熱和與此相伴的由硅熔液的凝固產(chǎn)生的潛熱的平衡。然而由于硅是凝固潛熱極大物質(zhì)，因此可以認(rèn)為前端部凝固的進(jìn)行不受在搬運(yùn)部件3的與熔液的接觸面積和流速這樣的傳熱條件的限制，而是取決于熔液具有的一定的凝固潛熱的量。因此，這里可以認(rèn)為，作為凝固堵塞的條件，實(shí)驗(yàn)中所確定的重量的閾值 20 (Kg)量，對(duì)應(yīng)于該一定的凝固潛熱。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確了熔液能夠搬運(yùn)的條件，因此本發(fā)明的發(fā)明人從熱收支的觀點(diǎn)出發(fā)將硅熔液的搬運(yùn)工序分成2個(gè)階段進(jìn)行考察。第1階段是從澆注開始，到熔液的前端到達(dá)搬運(yùn)路徑部件的下端，以穩(wěn)態(tài)流出，流通路徑部吸收來自熔液的熱而變暖，達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的時(shí)間帶，將此作為“初期非穩(wěn)態(tài)階段”。第2階段為流通路徑部達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)，是熔液以無論在熱量上還是在流動(dòng)上都為穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)穩(wěn)定流動(dòng)的時(shí)間帶，將此作為“穩(wěn)態(tài)階段”。發(fā)明人認(rèn)為熔液的凝固堵塞在前者的初期非穩(wěn)態(tài)階段發(fā)生，而在后者的穩(wěn)態(tài)階段不發(fā)生。即，初期的搬運(yùn)到20 (Kg)的時(shí)間帶為初期非穩(wěn)態(tài)階段，之后的直到熔液的搬運(yùn)結(jié)束的時(shí)間帶為穩(wěn)態(tài)階段。首先，關(guān)于穩(wěn)態(tài)階段中的熱平衡，對(duì)于流動(dòng)的硅的單位量，考慮來自熔液表面的輻射放熱和由向搬運(yùn)部件3的熱傳導(dǎo)引起的放熱這兩者。若設(shè)熔液的流量為F(Kg/sec)、設(shè)流速為V(m/Sec)、設(shè)搬運(yùn)部件的長為L(m)、設(shè)熔液通過搬運(yùn)部件3需要的時(shí)間為t (sec)、 設(shè)熔液的寬度為W(m)、設(shè)熔液相對(duì)室溫空間的有效輻射率為ε、設(shè)斯蒂芬-波爾茲曼 (Stefan-Boltzmann)常數(shù)為σ (W/m2/K4)、設(shè)熔液的溫度為Tm(K)、設(shè)室溫為TO (K)，以硅的每單位重量考慮，搬運(yùn)的熔液表面的輻射放熱量qrad(J/Kg)由下式估算。qrad =〔 ε σ (Tm"4-T0"4) xffxt) / (F/V) (式 1)這里，若考慮流速為V = L/t，則(式1)如下。qrad =〔 ε σ (Tm"4-T0"4) xffxL) /F (式 2)這里，作為變量值，ε使用0. 28，σ使用5. 67xlOE_8 (W/m2/K4)，Tm使用熔液的溫度 1773 (K) = 1500 (°C )，TO 使用室溫 300 (K) = 27 (°C )，P 使用 2. 53x10"3 (Kg/m3)。另外，設(shè)設(shè)定的熔液的流量F為50 (Kg/min) = 0. 83 (Kg/sec)，設(shè)流速V為0. 1 (m/ sec)，設(shè)W為從搬運(yùn)路徑的硅痕跡求出的實(shí)驗(yàn)值的0. l(m)。qrad分別如下。qrad = 1. 5xlO"4xL(J/Kg)(式 3)這里，硅的凝固潛熱為1.6xl(T6(J/Kg)，因此，即使路徑部件的長度為10 (m)，熔液的寬度為0. 2 (m)，qrad為3. 0x10"5 (J/Kg)，也充分小于凝固潛熱。此外，若輻射放熱的影響僅局限于熔液的表面，則也可以考慮僅熔液表面固化的情況，但作為熔融金屬的硅的熱傳導(dǎo)大至67 (W/Km)，并且由于流動(dòng)其實(shí)質(zhì)的熱傳導(dǎo)度大幅增加，因此可以看做流動(dòng)的熔液內(nèi)部的溫度均勻，輻射放熱的影響不局限于表面而波及到熔液整個(gè)范圍，難以考慮局部的凝固。另一方面，若設(shè)絕熱材料的熱傳導(dǎo)度為K (W/Km)、設(shè)絕熱層的實(shí)質(zhì)厚度為D (m)、設(shè)絕熱材料的高溫(熔液)側(cè)的溫度為Th、設(shè)高溫側(cè)的表面積為熔液表面的3倍，則在搬運(yùn)中由向絕熱材料側(cè)的熱傳導(dǎo)引起的放熱qcnd(J/Kg)由下式表示。qcnd = 3x (K/Dx (Th-TO)〕xffxL/F (式 4)這里，若作為變量值，Th為硅的熔點(diǎn)1685K(1412°C )，TO為室溫的300K，K為氧化鋁纖維制絕熱材料的熱傳導(dǎo)度1. 0 (W/Km)，D為60 (mm)，其它為與qrad相同的值，則如以下的(式5)所示，可知qcnd比qrad小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。qcnd = 1. 9xlO"2xL(J/Kg)(式 5)此外，在沒有絕熱材料側(cè)的部件或絕熱材料側(cè)的部件較薄時(shí)，雖然不能忽略來自流通路徑部的外表面的輻射放熱，但由于該外表面比熔液面面積大，比熔液溫度低，因此由此引起的放熱量為來自熔液表面的輻射放熱量以下。因此，硅熔液在穩(wěn)態(tài)階段流動(dòng)時(shí)，無論由輻射導(dǎo)致的熱損失，還是由傳導(dǎo)導(dǎo)致的熱損失，都充分小于硅的凝固潛熱，可以認(rèn)為熔液在搬運(yùn)中凝固的可能性在實(shí)用上足夠小，與發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)事實(shí)一致。接著，考慮初期非穩(wěn)態(tài)階段中的熱平衡。發(fā)明人考慮將該時(shí)間帶作為搬運(yùn)硅熔液 20(Kg)所需的時(shí)間。其在以流量50(1^/1^11)、流速0.1(111/1^11)的條件搬運(yùn)時(shí)為M秒。此時(shí)，硅熔液在搬運(yùn)部件3的上表面前進(jìn)的距離為2. 5(m)。在該初期非穩(wěn)態(tài)階段中的由來自硅熔液的每單位重量的熔液面的輻射所放出的熱量qrad與穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)沒有改變，因此如上所示，其充分小于凝固潛熱。另一方面，由來自硅熔液向流通路徑部的傳導(dǎo)而吸收的熱量，由于為非穩(wěn)態(tài)的，因此不能用(式幻的每單位重量的式子估算。但是，簡單來說，能夠利用部件具有的熱容量和部件由于通過硅熔液而溫度上升的溫度的積來估算?？梢哉J(rèn)為，流通路徑部所使用的致密的物質(zhì)在熱傳導(dǎo)度大且由于絕熱而來自外周的熱輻射和熱傳導(dǎo)充分小時(shí)，最大可以從室溫被加熱到熔液的凝固點(diǎn)附近1685(K)。因此，在該階段流通路徑部可以吸收的總熱量 qab(J)如下所示。qab = Cx〔 Tm-TO〕(式 6)這里，C為流通路徑部的熱容量(J/K)。例如，流通路徑部設(shè)定為如圖2所示的各向同性石墨制的圓筒，具有內(nèi)半徑為 70mm、外半徑為76mm的半圓剖面，比熱為1800 (J/K/Kg)，密度為1800(Kg/m3)。在硅熔液在流通路徑部的上表面開始流動(dòng)并前進(jìn)2. 5m程度的狀態(tài)下，與吸收硅的熱相關(guān)的圓筒部件的熱容量C如下計(jì)算。C= (1800)x(1800)x(0. 076"2-0. 070"2)x 2.5 = 11000 (J/K)(式 7)因此，若以C = 11000 (J/K)、Tm = 1685 (K)、TO = 300 (K)計(jì)算 qab，其值為 1.5ExlO"7 (J/Kg)0這相當(dāng)于硅20(Kg)的凝固潛熱3. 6Exl(T 7 (J/Kg)的一半。因此，可知在初期非穩(wěn)態(tài)階段，從硅熔液奪走的熱的大部分被流通路徑部等熱吸收。根據(jù)上述的考察，發(fā)明人認(rèn)為熔液搬運(yùn)中的凝固堵塞的主要原因是剛澆注的初期非穩(wěn)態(tài)階段中的流通路徑部和其上所附屬的絕熱材料導(dǎo)致的熱吸收，并認(rèn)為該課題的本質(zhì)在于防止其發(fā)生的工作。因此，得到了如下結(jié)論作為防止從熔液向流通路徑部的熱吸收方法，并不像過去那樣加熱搬運(yùn)部件，而是實(shí)現(xiàn)構(gòu)成搬運(yùn)部件的部件的低熱容量化，進(jìn)一步使其熱容量小于相當(dāng)于硅20 (Kg)的凝固潛熱，以此作為該問題的解決手段是有效的。因此，單獨(dú)使用硅熔液搬運(yùn)部件，將該搬運(yùn)部件的熱容量作各種改變，進(jìn)行流動(dòng)硅熔液的實(shí)驗(yàn)，研究了硅熔液不凝固的熱容量條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果該搬運(yùn)部件的熱容量為 13000 (J/K)以下，則硅熔液不凝固。作為其理由，相當(dāng)于硅熔液20(Kg)的凝固潛熱為3.6Χ1(Γ7 )3_3.6Χ1(Γ7 )除以流通路徑部從室溫的溫度上升幅度1400 (K)得到值為^K)00(J/K)，如果硅熔液搬運(yùn)部件的熱容量為26000 (J/K)以上，則判定為確實(shí)凝固。但是，實(shí)際中，硅熔液搬運(yùn)中存在各種外部干擾因素。例如，由熔液的飛濺造成的局部冷卻、由熔液中混入的異物造成的流路電阻增大、由混入的雜質(zhì)成分造成的析出物的產(chǎn)生、由氧化物的混入造成的在熔液表面或搬運(yùn)路徑部件界面上的氧化凝固、伴隨澆注操作的意外的澆注量減速等。因此，硅熔液搬運(yùn)部件的熱容量即使在比其低時(shí)(即，低于^K)00(J/K)時(shí))，也存在凝固的情況。13000 (J/K)為實(shí)驗(yàn)中求出的結(jié)果，為上述理論值的一半的值，可以認(rèn)為是適當(dāng)?shù)闹?。另外，作為搬運(yùn)部件3，在不僅設(shè)置硅熔液流通部件，還在該流通部件的熔液側(cè)的相反側(cè)設(shè)置了絕熱材料時(shí)，進(jìn)行流動(dòng)硅熔液的實(shí)驗(yàn)。研究了硅熔液不凝固的熱容量的條件， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在組合了硅流通部件和絕熱材料時(shí)，如果流通路徑部的熱容量和距離絕熱材料中流通路徑部30(mm)以內(nèi)的部分的熱容量的合計(jì)為13000(J/K)以下，即使不像現(xiàn)有技術(shù)那樣設(shè)置加熱保溫單元，硅熔液也不凝固。從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，重新考慮搬運(yùn)硅熔液的部件的結(jié)構(gòu)，結(jié)果可知，部件的低熱容量化具有如下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。1)通過使熱容量變小，搬運(yùn)部件變得小型化。由此，搬運(yùn)部件所附屬的設(shè)備簡單化，且與關(guān)聯(lián)設(shè)備的連接方法變得容易。2)即使是認(rèn)為不適合作為硅的流通路徑部的原材料的各種原材料，例如石墨這樣的與硅反應(yīng)性低的物質(zhì)但熱傳導(dǎo)度大且比熱高的部件，或碳纖維復(fù)合材這樣的每單位重量的價(jià)格高的部件，隨著薄壁化其利用也變得容易。3)如果流通路徑部的熱容量足夠小，則不需要加熱部件，也不需要其該設(shè)備。從上述的觀點(diǎn)出發(fā)，流通路徑的原材料優(yōu)選碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材(以下記為C/C 材)。這些是將厚度從Imm到3mm左右的薄片狀的C/C的原材料嵌入模具中壓縮加熱而成型得到的，主要作為絕熱材料的強(qiáng)化材或作為高溫部件的點(diǎn)接觸支撐部件使用，由各碳原材料制造商銷售。這些市售品的標(biāo)準(zhǔn)形狀為具有L字型或U字型或圓筒的剖面，長Im左右， 具有適合于加工為熔液的搬運(yùn)部件的形狀。另外，這些不僅為標(biāo)準(zhǔn)品的形狀，隨著成型用的模具，剖面形狀為V字、U字、圓弧、 橢圓弧的這樣的折線或曲線、或者圓、橢圓、多邊形等的閉合的線，其剖面形狀在硅的搬運(yùn)方向上連續(xù)，其整體形狀也可以是能夠作為流通路徑部使用的形狀。另外，由于與石墨或陶瓷制品這樣的燒結(jié)體不同，該原材料是纖維體，因此具有由熱沖擊或機(jī)械沖擊造成的破損可能性低、耐久性高的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)以上的內(nèi)容，發(fā)明人完成創(chuàng)作的太陽能電池用的硅熔液的搬運(yùn)部件具有如下特征。(1) 一種硅熔液的搬運(yùn)部件，其特征在于具有與硅熔液直接接觸的流通路徑部， 使上述硅熔液從一側(cè)向另一側(cè)流通，上述流通路徑部的熱容量為13000CJ/K)以下。這里，若以碳纖維復(fù)合材構(gòu)成熔液的流通路徑部，則可以實(shí)現(xiàn)防止對(duì)品質(zhì)的污染和部件的耐久化，故而優(yōu)選。(2)如(1)所述的硅熔液的搬運(yùn)部件中，其特征在于上述流通路徑部與上述硅熔液接觸的面相反側(cè)的面由絕熱材料覆蓋，位于上述絕熱材料中的距離流通路徑部30mm 以內(nèi)的部分的熱容量和上述流通路徑部的熱容量的合計(jì)為13000 (J/K)以下。作為此時(shí)的絕熱材料的原材料，使用纖維、疊層薄膜或發(fā)泡體制的熱容量的低的材料。另外，上述距離 30 (mm)的理由在于，可以認(rèn)為絕熱材料的遠(yuǎn)離流通路徑部的部分的溫度達(dá)不到高溫，從硅熔液的熱吸收為相當(dāng)于實(shí)質(zhì)距離流通路徑側(cè)30 (mm)以內(nèi)的部分的量。另外，通過以碳纖維復(fù)合材構(gòu)成熔液的流通路徑部，則可以實(shí)現(xiàn)防止對(duì)品質(zhì)的污染和部件的耐久化。(3)如(1)或(2)所述的熔融硅的搬運(yùn)部件，其特征在于上述流通路徑部為碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合體，相對(duì)于硅熔液的搬運(yùn)方向垂直方向的剖面形狀為由折線或者曲線形成的開口的線、或由閉曲線或者多邊形形成的閉合的線，其剖面形狀沿硅的搬運(yùn)方向連續(xù)。(4)如(3)所述的熔融硅的搬運(yùn)部件，其特征在于上述流通路徑部中的上述垂直方向的剖面的形狀為V字、U字、圓弧、橢圓弧、圓、橢圓和多邊形中的任一種。(5)如(1) 中任一項(xiàng)所述的硅熔液的搬運(yùn)部件，其特征在于上述流通路徑部通過將層結(jié)構(gòu)部件在相對(duì)于硅熔液的搬運(yùn)方向垂直的方向疊層而構(gòu)成。本發(fā)明中，作為流通路徑部，如果使用碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材這樣的比較容易浸透硅熔液的原材料，則存在其長期使用中硅熔液由流通路徑從流通路徑部的下面滲出，損傷絕熱材料或架臺(tái)等的擔(dān)憂。 因此，優(yōu)選通過將流通路徑部制成多層結(jié)構(gòu)，形成對(duì)流通路徑部的底部多重保護(hù)的形式使用。如果它們熱容量的合計(jì)在規(guī)定的值13000 (J/K)以下，則能夠沒有問題地搬運(yùn)硅熔液。這里，“多層結(jié)構(gòu)”是指在相對(duì)于硅的搬運(yùn)方向正交的方向疊層多個(gè)獨(dú)立的片狀部件而得到的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然包括實(shí)施例4這樣的疊層C/C制L字角型材料10得到的結(jié)構(gòu)，也包括實(shí)施例 5這樣的雙重圓筒結(jié)構(gòu)。(6) 一種硅熔液的搬運(yùn)方法，其特征在于使用(1) (5)的中任一項(xiàng)所述的硅熔液的搬運(yùn)部件，以50(Kg/min)以上的流量且0. 1 (m/sec)以上的速度搬運(yùn)上述硅熔液。在發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)中，在使用本發(fā)明的硅熔液的搬運(yùn)部件時(shí)，在小于50(Kg/min)的搬運(yùn)速度時(shí)或搬運(yùn)速度為0. 1 (m/sec)時(shí)，也判斷為有硅熔液凝固的情況。因此，在使用本部件大量搬運(yùn)硅熔液時(shí)，優(yōu)選其流量速度設(shè)為50(Kg/min)且流速設(shè)為0. 1 (m/sec)以上。發(fā)明的效果通過使用本發(fā)明的搬運(yùn)部件，能夠不使用用于將搬運(yùn)設(shè)備維持在接近熔點(diǎn)的高溫的加熱裝置，不使硅熔液凝固地從一側(cè)向另一側(cè)搬運(yùn)。例如，能夠直接以熔融狀態(tài)將利用冶金法的太陽能電池用硅原料精制的各工序剛處理后的熔液狀態(tài)的原料硅向隔開距離而設(shè)置的接下來工序的處理設(shè)備搬運(yùn)。


圖1是比較例1的搬運(yùn)部件的模式圖。圖2是比較例1的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖3是熔液利用比較例1的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的搬運(yùn)部件的模式圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖6是熔液利用本發(fā)明的實(shí)施例1的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2的搬運(yùn)部件的模式圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施例2的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖9是熔液利用本發(fā)明的實(shí)施例2的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施例3的搬運(yùn)部件的模式圖。圖11是本發(fā)明的實(shí)施例3的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖12是熔液利用本發(fā)明的實(shí)施例3的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。圖13是本發(fā)明的實(shí)施例4的搬運(yùn)部件的模式圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施例4的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖15是熔液利用本發(fā)明的實(shí)施例4的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施例5的搬運(yùn)部件的模式圖。圖17是本發(fā)明的實(shí)施例5的搬運(yùn)部件的剖面圖。圖18是熔液利用本發(fā)明的實(shí)施例5的搬運(yùn)部件搬運(yùn)的模式圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的熔融硅的搬運(yùn)部件的實(shí)施方式為具有與硅直接接觸而使熔液從一側(cè)向另一側(cè)流通的流通路徑部，該流通路徑部的熱容量為13000 (J/K)以下。另外，在對(duì)外部的部件的關(guān)系，僅由流通路徑部構(gòu)成搬運(yùn)部件而不合適時(shí)，例如，由于與達(dá)到高溫的流通路徑部直接接觸或來自流通路徑部的輻射熱而引起外部的部件膨脹導(dǎo)致的變形、蒸發(fā)、氧化等的化學(xué)反應(yīng)等時(shí)，能夠由絕熱材料覆蓋與上述硅熔液相接的面相反側(cè)的面。此時(shí)位于上述絕熱材料中的距離流通路徑部30 (mm)以內(nèi)的部分的熱容量和上述流通路徑部的熱容量的合計(jì)為13000 (J/K)以下。另外，通過以碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材形成搬運(yùn)路徑部件，其中，相對(duì)于硅熔液的搬運(yùn)方向的垂直剖面的形狀為V字、U字、圓弧、橢圓弧這樣的折線或曲線、或者為圓、橢圓、多邊形等的閉合的線，其剖面形狀沿硅的搬運(yùn)方向連續(xù)，其整體形狀為角型形狀(換而言之為L 字型)或筒形狀，能夠防止原料的污染并提高部件的耐久性。剖面形狀為角型形狀的搬運(yùn)路徑部件為槽狀(gutter)。另外，為了防止硅熔液在流通路徑部浸潤引起破損，能夠?qū)咏Y(jié)構(gòu)部件多層疊層。 層結(jié)構(gòu)部件也可以為角型形狀部件、筒形狀部件。在由流通路徑部單獨(dú)構(gòu)成該搬運(yùn)部件時(shí)， 其熱容量為13000(J/K)以下，該流通路徑部的外側(cè)由絕熱材料覆蓋時(shí)，距離流通路徑部 30mm以內(nèi)的部分的熱容量和上述流通路徑部的熱容量的合計(jì)為13000(J/K)以下。另外，在使用上述記載的熔融硅的搬運(yùn)部件時(shí)，以50(Kg/min)以上的流量且 0. 1 (m/sec)以上的速度搬運(yùn)熔液是有效的。關(guān)于搬運(yùn)流量的控制，使存儲(chǔ)有搬運(yùn)前的熔液的坩堝或澆勺傾斜移動(dòng)而向搬運(yùn)部件注入熔液時(shí)，能夠改變該傾動(dòng)速度，使從坩堝或澆勺每單位時(shí)間向搬運(yùn)部件排出的熔融硅的量直接為熔液的搬運(yùn)速度。另外，關(guān)于流速，能夠通過對(duì)應(yīng)于排出流量改變搬運(yùn)部件的相對(duì)于水平面的傾斜角度和搬運(yùn)部件相對(duì)于上端部的坩堝或澆勺的排出前端部的高度差而調(diào)整。由此，能夠直接以熔融狀態(tài)搬運(yùn)利用冶金法的硅原料的精制的各工序所處理的超過IOO(Kg)的大量的硅熔液。由于本發(fā)明的搬運(yùn)部件熱容量小，因此不需要像鋼鐵行業(yè)和金屬制造業(yè)中所進(jìn)行的那樣在搬運(yùn)路徑設(shè)置如加熱用燃燒器或電熱加熱器的加熱設(shè)備。因此，即使在如真空容器的設(shè)備的限制多的爐的內(nèi)部也能夠容易地出入。另外，本發(fā)明的搬運(yùn)部件，即使搬運(yùn)數(shù)米的長距離，也沒有發(fā)生在途中熔液凝固、 流路被截流從而熔液在上流側(cè)溢出。另外，由于熔液的搬運(yùn)結(jié)束后附著于流路而殘存的硅原料也少，因此由搬運(yùn)造成的原料損失也少。另外，通過以高純度化的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材制成本發(fā)明的搬運(yùn)部件與熔液接觸的流通路徑部，能夠使原料的污染極低，同時(shí)提高部件的耐久性。另外，該結(jié)果，本發(fā)明通過對(duì)市場提供廉價(jià)的半導(dǎo)體元件和太陽能電池制造用的高純度硅，能夠有助于太陽能電池等的制品成本的下降。實(shí)施例以下，列舉實(shí)施例和比較例，具體說明本發(fā)明的硅熔液的搬運(yùn)部件，但本發(fā)明并不受下述實(shí)施例限定。(實(shí)施例1)圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的熔融硅的搬運(yùn)部件的概略圖。其是將3個(gè)邊寬 100 (mm)、壁厚2 (mm)、長1. 2 (m)的L字型剖面的C/C制的角材10接在一起而作為全長 3.4(m)的搬運(yùn)部件11。圖5是該搬運(yùn)部件的剖面圖，在將L字傾斜45度的狀態(tài)下，將其凹進(jìn)去的部分作為硅熔液的搬運(yùn)路徑使用。該部件的熱容量的合計(jì)為3600 (J/K)，滿足本發(fā)明的條件，即，滿足用于解決課題的方法一欄中所記載的(1)的條件13000(J/K)以下。在本實(shí)施例中，搬運(yùn)部件11的整體相當(dāng)于“流通路徑部”。
如圖6所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)使用高度不同的兩個(gè)底座19支撐該搬運(yùn)部件11，以使其相對(duì)于水平面3度傾斜的狀態(tài)，將裝在澆勺1中的保持于溫度1500 (°C )的硅熔液2從該搬運(yùn)部件11的上端4注入200 (Kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件下端5之下的托盤6 中。這里，底座19加工成為其上部由C/C制的角型材料形成脊，使底座19與搬運(yùn)部件11 的熱接觸極小。采用該配置，從澆勺1向搬運(yùn)部件11中注入硅的熔液時(shí)，硅的熔液以流速0. 20 (m/ sec)沒有阻滯地在搬運(yùn)部件11的上表面流動(dòng)，流入托盤6中。此時(shí)全部熔液的搬運(yùn)需要的時(shí)間為120秒，平均的流量速度為100(Kg/min)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件11的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測量其重量為觀0(g)。S卩，將從澆勺1注入的硅熔液的99. 9%搬運(yùn)到托盤6。另外，以與此相同的配置，減慢澆勺1的傾動(dòng)速度，用240秒注入硅熔液200 (Kg) 時(shí)，能夠以與澆注速度相同的平均流量速度50 (Kg/min)沒有阻滯搬運(yùn)熔液，其搬運(yùn)速度為0. 16(m/sec)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件11的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測定其重量為 330(g)。即，將澆勺1注入的硅熔液的99. 8%搬運(yùn)至托盤6。(實(shí)施例2)圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2的熔融硅的搬運(yùn)部件。其是將兩個(gè)外徑125(mm)、壁厚 3.0 (mm)、長1. 2(m)的C/C制圓筒材12接在一起而作為長2. 4(m)的熔液的流通路徑構(gòu)成的搬運(yùn)部件13。此外，該搬運(yùn)部件13的搬運(yùn)方向的兩端的上方側(cè)設(shè)置缺口使其不妨礙熔液的流入和流出。圖8是該部件的剖面圖，將該圓筒的內(nèi)側(cè)部分作為硅熔液的搬運(yùn)路徑使用。 在本實(shí)施例中，搬運(yùn)部件13的整體相當(dāng)于“流通路徑部”。該搬運(yùn)部件13的熱容量的合計(jì)為5800(J/K)，滿足本發(fā)明的條件，S卩，滿足用于解決課題的方法一欄中所記載的(1)的條件13000CJ/K)以下。如圖9所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn) 使用兩個(gè)底座19支撐該搬運(yùn)部件13，以使其相對(duì)于水平面傾斜3度的狀態(tài)，將澆勺1內(nèi)的保持于溫度1500°C的硅熔液2從該搬運(yùn)部件上端部4注入200 (kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件下端部5之下的托盤6。在該配置中，從澆勺1向搬運(yùn)部件13中注入硅的熔液時(shí)，硅的熔液沒有阻滯地在搬運(yùn)部件13的上表面流動(dòng)，流入托盤6中。此時(shí)，熔液的流量為 50 (Kg/min)，速度為0. 22 (m/sec)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件13的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測定其重量時(shí)為300 (g)。即，搬運(yùn)了注入的硅熔液的99. 8%。(實(shí)施例3)圖10是本發(fā)明的實(shí)施例3的熔融硅的搬運(yùn)部件。其是將外徑125(mm)、壁厚 3 (mm)、長2. 0 (m)的C/C制圓筒部件14收納于外徑200 (mm)、內(nèi)徑125 (mm)、長1. 6 (m)的松密度160(Kg/m3)的圓筒型碳纖維成型絕熱材料15中的結(jié)構(gòu)，其剖面如圖11所示。作為該搬運(yùn)部件16的流通路徑部的C/C制圓筒部件14的熱容量為4800(J/K)，絕熱材料15的距離與C/C制圓筒部件14相接側(cè)的30 (mm)的范圍的部分的熱容量為6700 (J/K)，其合計(jì)的熱容量為11500(J/K)。因此，滿足了本發(fā)明的條件，即，滿足用于解決課題的方法一欄中所記載的O)的條件。如圖12所示，C/C制圓筒部件14設(shè)定為搬運(yùn)方向的尺寸長于圓筒型碳纖維成型絕熱材料15搬運(yùn)方向的尺寸。如圖12所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)使用兩個(gè)底座19支撐該搬運(yùn)部件16，以使其相對(duì)于水平面傾斜3度的狀態(tài)，將裝在澆勺1中的保持于溫度1500 (°C )的硅熔液2從該搬運(yùn)部件上端4注入200 (Kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件下端5之下的托盤6中。在該配置中， 從澆勺1向搬運(yùn)部件16中注入硅的熔液時(shí)，硅的熔液沒有阻滯地在搬運(yùn)部件16的上表面流動(dòng)，流入托盤6中。此時(shí)，熔液的流量為50(Kg/min)，速度為0. 22 (m/sec)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件16的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測量其重量為600(g)。 艮P，搬運(yùn)了注入的硅熔液的99. 7%。(實(shí)施例4)圖13是本發(fā)明的實(shí)施例4的熔融硅的搬運(yùn)部件。其是重疊3段將3個(gè)實(shí)施例1 的邊寬100 (mm)、壁厚2 (mm)、長1.2(m)的C/C制L字角型材料10連接而作為全長3. 4 (m) 的流通路徑部的材料而得到的。圖14表示該搬運(yùn)部件的剖面圖，將最上層的角材的L字的內(nèi)側(cè)部分作為硅熔液的搬運(yùn)路徑使用，下部的2層發(fā)揮防止因上層部的搬運(yùn)部件的劣化或破損造成的熔融硅向外部流出的作用。該3段重疊的部件的熱容量的合計(jì)為11000(J/K)， 滿足本發(fā)明的條件，即，滿足用于解決課題的方法一欄中所記載的(3)的條件。如圖15所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)使用兩個(gè)底座19支撐該搬運(yùn)部件17，以使其相對(duì)于水平面傾斜3度的狀態(tài)，將裝在澆勺1中的保持于溫度1500 (°C )的硅熔液2從該搬運(yùn)部件 17的上端4注入200 (Kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件17的下端5之下的托盤6中。在該配置中，從澆勺1向搬運(yùn)部件17中注入硅的熔液時(shí)，硅的熔液沒有阻滯地在搬運(yùn)部件17 的上表面流動(dòng)，流入托盤6中。此時(shí)，熔液的流量為50(Kg/min)。速度為0. 20 (m/sec)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件17的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測量其重量為550(g)。 艮口，搬運(yùn)了注入的硅熔液的99.7%。另外，在重復(fù)10次該實(shí)驗(yàn)后，在從重疊的最上段的L字型角材10的下面開始第2段的L字角型材料10中觀察到硅浸入的部分，但不影響搬運(yùn)熔液的功能，向托盤搬運(yùn)了注入的硅的98%以上。(實(shí)施例5)圖16是本發(fā)明的實(shí)施例5的熔融硅的搬運(yùn)部件。本實(shí)施例的搬運(yùn)部件18是將內(nèi)徑不同的兩個(gè)圓筒在同心圓上配置的二重圓筒結(jié)構(gòu)。內(nèi)側(cè)的圓筒是將2根實(shí)施例2的外徑 125 (mm)、壁厚3.0 (mm)、長1.2 (m)的C/C制圓筒材12接在一起得到的長2. 4 (m)的圓筒結(jié)構(gòu)。外側(cè)的圓筒是將2根外徑119 (mm)、壁厚3. 0 (mm)、長1. 2 (mm)的C/C制圓筒接在一起得到的長2.4(m)的圓筒結(jié)構(gòu)。圖17表示該搬運(yùn)部件的剖面圖，將內(nèi)側(cè)的圓筒的內(nèi)側(cè)部分作為硅熔液的搬運(yùn)路徑使用，外側(cè)的圓筒發(fā)揮防止因內(nèi)側(cè)的搬運(yùn)部件的劣化或破損造成的熔融硅向外部流出的作用。該搬運(yùn)部件18的熱容量是將內(nèi)側(cè)的圓筒的5500 (J/K)和外側(cè)的圓筒的5800(J/K)合計(jì)的11800 (J/K)，滿足本發(fā)明的條件，S卩，滿足用于解決課題的方法一欄中所記載的(3)的條件。此外，在本實(shí)施例中，搬運(yùn)部件18的整體相當(dāng)于“流通路徑部”。如圖18所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)使用兩個(gè)底座19支撐該搬運(yùn)部件18，以使其相對(duì)于水平面傾斜3度的狀態(tài)，將裝在澆勺1中的保持于溫度1500 (°C )的硅熔液2從該搬運(yùn)部件 18的上端4注入200 (Kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件下端5之下的托盤6中。在該配置中，從澆勺1向搬運(yùn)部件18中注入硅的熔液時(shí)，硅的熔液沒有阻滯地在搬運(yùn)部件18的上表面流動(dòng)，流入托盤6中。此時(shí)，熔液的流量為50(Kg/min)，速度為0. 20(m/sec)。試驗(yàn)之后收集在搬運(yùn)部件18的流通路徑內(nèi)殘留凝固的硅，測量其重量為450(g)。 艮口，搬運(yùn)了注入的硅熔液的99.7%。另外，在重復(fù)10次該實(shí)驗(yàn)后，在從內(nèi)側(cè)的圓筒的下側(cè)的面向外側(cè)的圓筒的內(nèi)面觀察到硅浸入的部分，但不影響搬運(yùn)熔液的功能，向托盤搬運(yùn)了注入的硅的98%以上。(參考例1)為了觀察本發(fā)明中搬運(yùn)的熔液的流量的影響，使用與實(shí)施例1相同的由L字型剖面的C/C制角型材料制成的長3.4 (m)的搬運(yùn)部件，將其與實(shí)施例1同樣地相對(duì)于水平面傾斜3度配置，以小于實(shí)施例1中記載的條件的流量40(Kg/min)從澆勺向搬運(yùn)部件注入硅的熔液。其結(jié)果，硅的熔液暫時(shí)以流速0. 15(m/sec)在搬運(yùn)部件的上表面流動(dòng)，流入托盤中， 但凝固緩緩進(jìn)行，凝固開始180秒后，流通路徑呈堵塞狀態(tài)，因此在該時(shí)刻中止?jié)沧?。最終搬運(yùn)到澆勺硅停留在95 (Kg)。(參考例2)另外，為了觀察本發(fā)明中搬運(yùn)的熔液的流速的影響，使用與實(shí)施例1相同的由L字型剖面的C/C制角材制成的長3.4(m)的搬運(yùn)部件進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)。具體而言，為了使硅的熔液流動(dòng)比實(shí)施例1慢，通過使該搬運(yùn)部件相對(duì)于水平面傾斜1度配置，以流量50(Kg/min) 從澆勺向搬運(yùn)部件注入硅的熔液。此時(shí)，硅的熔液暫時(shí)以流速0.08 (m/sec)在搬運(yùn)部件的上表面流動(dòng)，流入托盤中，但凝固緩緩進(jìn)行，在澆注開始150秒后搬運(yùn)了 105 (Kg)時(shí)，流通路徑呈堵塞狀態(tài)，因此在該時(shí)刻中止?jié)沧ⅰＷ罱K搬運(yùn)到澆勺中的硅停留在100 (Kg)。(比較例1)圖1是比較例1的硅熔液的搬運(yùn)部件。流通路徑部8通過將兩個(gè)半圓筒部件在它們的端部互相連接而構(gòu)成。半圓筒部件由其內(nèi)徑為70(mm)、其壁厚為6(mm)、其長度為 1. 25 (m)的各向同性石墨構(gòu)成。連接方法中使用合模加工。流通路徑部8的全長為2. 4(m)。 流通路徑部8收納于充填有氧化鋁-纖維板制絕熱材料7的鐵制框9內(nèi)。氧化鋁-纖維板制絕熱材料7的松密度設(shè)定為250(Kg/m3)。關(guān)于鐵制框9的內(nèi)部尺寸，將其寬度設(shè)定為 300 (mm)，將其高度設(shè)定為150 (mm)，將其長度設(shè)定為2. 4 (mm)。在圖2中表示該搬運(yùn)部件3的剖面形狀。該搬運(yùn)部件3的熱容量為熔液的流通路徑部8的部分為9800 (J/K)，距離該流通路徑部8的外周面30 (mm)以內(nèi)的氧化鋁-纖維板制絕熱材料7的部分為4800 (J/K)，它們的合計(jì)為14600 (J/K)。該熱容量的合計(jì)超過了在用于解決課題的方法一欄中所記載的O)的構(gòu)成所規(guī)定的基準(zhǔn)量13000 (J/K)。如圖3所示，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)利用高度不同的兩個(gè)底座19，以使其相對(duì)于水平面傾斜角度3度的狀態(tài)設(shè)置該搬運(yùn)部件3，將裝在澆勺1中的保持于溫度1500 (°C )的硅熔液2 從該搬運(yùn)部件上端4注入200 (Kg)，使其流入到設(shè)置于該搬運(yùn)部件下端5之下的托盤6中。 從澆勺1向搬運(yùn)部件3中開始注入硅的熔液時(shí)，流出到搬運(yùn)部件3的上表面的硅的熔液以流速0. 18 (m/sec)流動(dòng)10秒，即流過1.8(m)左右后，從其前端部分開始凝固，很快形成固化的部分堵塞熔液流動(dòng)的半圓剖面的結(jié)果。由此，之后流過來的熔液被該凝固部分截流，形成從流通路徑部溢出的狀態(tài)，不得不中止從澆勺1的熔液的注入。結(jié)果是從澆勺1注入的硅的熔液僅為17(Kg)，其全部在搬運(yùn)部件3的途中凝固，完全不能將熔液搬運(yùn)至托盤6。符號(hào)說明1 澆勺2 硅熔液3 搬運(yùn)部件
4搬運(yùn)部件上端5搬運(yùn)部件下端6托盤7氧化鋁-纖維板制絕熱材料8各向同性石墨制部件9鐵制框10C/C制L字角型材料11實(shí)施例1的搬運(yùn)部件12C/C制圓筒部件13實(shí)施例2的搬運(yùn)部件14C/C制圓筒部件15圓筒型碳纖維成型絕熱材料16實(shí)施例3的搬運(yùn)部件17實(shí)施例4的搬運(yùn)部件18實(shí)施例5的搬運(yùn)部件19底座
權(quán)利要求
1.一種硅熔液的搬運(yùn)部件，其特征在于具有與硅熔液直接接觸的流通路徑部，使所述硅熔液從一側(cè)向另一側(cè)流通， 所述流通路徑部的熱容量為13000 (J/K)以下。
2.如權(quán)利要求1所述的硅熔液的搬運(yùn)部件，其特征在于所述流通路徑部與所述硅熔液接觸的面相反側(cè)的面由絕熱材料覆蓋，位于所述絕熱材料中的距離流通路徑部30mm以內(nèi)的部分的熱容量和所述流通路徑部的熱容量的合計(jì)為 13000 (J/K)以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熔融硅的搬運(yùn)部件，其特征在于所述流通路徑部為碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合體，相對(duì)于硅熔液搬運(yùn)方向的垂直方向的剖面形狀為由折線或者曲線形成的開口的線、或由閉合曲線或者多邊形形成的閉合的線，其剖面形狀為沿硅的搬運(yùn)方向連續(xù)。
4.如權(quán)利要求3所述的熔融硅的搬運(yùn)部件，其特征在于所述垂直方向的剖面的形狀為V字、U字、圓弧、橢圓弧、圓、橢圓和多邊形中的任一種。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的硅熔液的搬運(yùn)部件，其特征在于所述流通路徑部通過將層結(jié)構(gòu)部件在相對(duì)于硅熔液的搬運(yùn)方向垂直的方向疊層而構(gòu)成。
6.一種硅熔液的搬運(yùn)方法，其特征在于使用權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的硅熔液的搬運(yùn)部件， 以50(Kg/min)以上的流量且0. 1 (m/sec)以上的速度搬運(yùn)所述硅熔液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在作為半導(dǎo)體元件或太陽能電池的原料使用的高純度硅的制造中，不需要加熱設(shè)備的簡便的硅熔液的搬運(yùn)部件和輸送方法。硅熔液的搬運(yùn)部件由熱容量極小的角型材料或圓筒形狀部件構(gòu)成，由熱容量的極小絕熱材料保護(hù)其周邊，搬運(yùn)部件的熱容量的合計(jì)為13000(J/Kg)以下。使用該搬運(yùn)部件，以流量為50(Kg/min)以上且流速為0.1(m/sec)以上搬運(yùn)硅熔液。
文檔編號(hào)C01B33/02GK102459076SQ20108002516
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者岡島正樹, 岡澤健介, 堂野前等, 岸田豐, 德丸慎司, 日吉正孝 申請(qǐng)人:新日鐵高新材料股份有限公司