在流化床反應(yīng)器中使用的分段襯和過渡支撐環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及聯(lián)結(jié)管狀區(qū)段以制造在用于制造多晶硅覆層的顆粒材料的流化床反 應(yīng)器中使用的分段襯。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于出色的質(zhì)量和熱量傳遞、增加的沉積表面和連續(xù)的生產(chǎn)，含娃氣體在流化床 中的熱解分解是用于生產(chǎn)多晶硅覆層的顆粒材料例如多晶硅或多晶硅覆層的鍺的有吸引 力的方法。在許多流化床反應(yīng)器中的問題是在某些條件下，在主反應(yīng)區(qū)中的床內(nèi)大氣泡的 形成。
[0003] 大氣泡的不想要的效應(yīng)，尤其是在氣體-固體系統(tǒng)中，在于它們可以引起床劇烈 地上下彈跳，這是因?yàn)樗鼈兪勾驳娘@著部分抬升，然后使其突然下降。這種壓力振蕩可以通 過引起氣體速度改變而干擾床的正常運(yùn)行，這對(duì)于最適生產(chǎn)率來說可能是有害的。壓力振 蕩還引起對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和任何直接相連的支持設(shè)備的機(jī)械應(yīng)力。此外，大氣泡可以在被稱 為"節(jié)涌"的現(xiàn)象中引起床材料在反應(yīng)器中向上翻涌。節(jié)涌可以引起至少一部分床從反應(yīng) 器噴出或損壞反應(yīng)器內(nèi)部部件。
[0004] 當(dāng)氣泡達(dá)到接近于反應(yīng)倉室的內(nèi)橫截面尺寸的直徑時(shí)，節(jié)涌成為顯著問題。改變 流化床反應(yīng)器的反應(yīng)倉室的直徑以便將較窄的區(qū)段包含在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，傾向于在流化床中減 少節(jié)涌的量。變化的內(nèi)橫截面尺寸影響反應(yīng)倉室內(nèi)向上氣流的速度。氣體導(dǎo)入點(diǎn)處的第一 速度產(chǎn)生具有第一平均尺寸的氣泡，而在反應(yīng)倉室內(nèi)更高位置處不同的第二速度有利于具 有第二平均尺寸的氣泡。反應(yīng)倉室的內(nèi)橫截面尺寸在其長(zhǎng)度范圍內(nèi)可以變化，以防止或最 小化具有足以破壞流化的尺寸的氣泡的出現(xiàn)，這樣的氣泡的出現(xiàn)可能引起節(jié)涌，將至少一 部分床從反應(yīng)器噴出和/或損壞反應(yīng)器內(nèi)部部件。通過聯(lián)結(jié)具有不同內(nèi)橫截面尺寸的襯區(qū) 段可以形成具有變化的內(nèi)橫截面尺寸的襯，并將其插入到FBR反應(yīng)倉室內(nèi)以減少節(jié)涌。然 而，對(duì)適用于聯(lián)結(jié)襯區(qū)段以產(chǎn)生所述襯的部件存在著需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本公開涉及用于聯(lián)結(jié)管狀區(qū)段以制造在用于制造多晶硅覆層的顆粒材料的流化 床反應(yīng)器（FBR)中使用的分段襯的過渡支撐環(huán)的實(shí)施方式。所述過渡支撐環(huán)包含環(huán)形本 體，該環(huán)形本體具有表面，該表面限定了尺寸和形狀被構(gòu)造成部分地接納用于生產(chǎn)多晶硅 覆層的顆粒材料的流化床反應(yīng)器的襯區(qū)段的向上開口的環(huán)形空洞以及尺寸和形狀被構(gòu)造 成部分地接納用于生產(chǎn)多晶硅覆層的顆粒材料的流化床反應(yīng)器的襯區(qū)段的向下開口的環(huán) 形空洞，所述向上開口的環(huán)形空洞與所述向下開口的環(huán)形空洞在徑向上隔開，使得所述向 上開口的環(huán)形空洞和向下開口的環(huán)形空洞能夠接納具有不同內(nèi)橫截面尺寸的襯區(qū)段。
[0006] 在某些實(shí)施方式中，所述環(huán)形本體具有限定了所述向上開口的環(huán)形空洞的上表面 和限定了所述向下開口的環(huán)形空洞的下表面。在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述上表面 可以包括大體水平的底表面，其部分地限定了所述向上開口的空洞并被構(gòu)造以支撐襯區(qū) 段；并且所述下表面包括大體水平的頂表面，其部分地限定了所述向下開口的空洞并被構(gòu) 造以倚靠在襯區(qū)段上。在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述上表面可以包括至少一個(gè)側(cè)表 面，其部分地限定了所述向上開口的空洞，并且所述下表面可以包括至少一個(gè)側(cè)表面，其部 分地限定了所述向下開口的空洞，其中所有所述側(cè)表面大體豎直延伸。
[0007] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述環(huán)形本體可以包含金屬、金屬合金、陶瓷、或 陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料。在某些實(shí)施方式中，所述環(huán)形本體包含304H或304L不銹鋼、鈷合金、 鐵-鉻-鎳-鉬合金、鐵-鎳合金、鎳-鉻合金、基于鎳或基于鈷的超合金、碳化硅、氮化硅、 反應(yīng)粘合的碳化硅、或陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料。在一種實(shí)施方式中，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料包含 SiC、Si3N4、反應(yīng)粘合的SiC、或包含氧化鋁的內(nèi)部纖維和包含SiC、Si3N 4或反應(yīng)燒結(jié)SiC的 外部涂層。
[0008] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述環(huán)形本體的至少一部分表面可以包被有外保 護(hù)層，所述外保護(hù)層包含基于鈷的合金、基于鎳的合金、基于鈷的超合金、基于鎳的超合金、 碳化硅、氮化硅、碳化鎢或其組合。在一種實(shí)施方式中，所述外保護(hù)層在650°C下具有至少 700MPa的極限抗張強(qiáng)度。在獨(dú)立的實(shí)施方式中，所述外保護(hù)層具有與所述環(huán)的線性熱膨脹 系數(shù)相差< 30%的線性熱膨脹系數(shù)。在任何或所有上述實(shí)施方式中，可以在所述環(huán)形本體 的表面與所述外保護(hù)層之間配置中間粘合層。
[0009] 管狀分段襯的實(shí)施方式包括（i)管狀第一襯區(qū)段，其具有上緣表面，所述上緣表 面具有第一內(nèi)橫截面尺寸；（ii)豎直堆疊在所述第一襯區(qū)段上的管狀第二襯區(qū)段，所述第 二襯區(qū)段具有上緣表面和下緣表面，所述下緣表面具有與所述第一內(nèi)橫截面尺寸不同的第 二內(nèi)橫截面尺寸；以及（iii)過渡支撐環(huán)，其被放置在所述第一襯區(qū)段的上緣表面與所述 第二襯區(qū)段的下緣表面之間。在一種實(shí)施方式中，所述第一襯區(qū)段和第二襯區(qū)段由相同材 料構(gòu)造而成。在另一種實(shí)施方式中，所述第一襯區(qū)段和第二襯區(qū)段由不同材料構(gòu)造而成。在 任何或所有上述實(shí)施方式中，所述第一襯區(qū)段和第二襯區(qū)段可以獨(dú)立地具有與所述過渡支 撐環(huán)的線性熱膨脹系數(shù)相差< 30%的線性熱膨脹系數(shù)。
[0010] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述第一襯區(qū)段和第二襯區(qū)段中的至少一個(gè)包含 多個(gè)側(cè)向聯(lián)結(jié)的區(qū)段部分。在某些實(shí)施方式中，所述區(qū)段部分包含碳化硅，并且所述分段 襯還包括被配置在相鄰區(qū)段部分之間的固化粘合材料，所述固化粘合材料包含〇. 4-0. 7重 量％的鋰鋁硅酸鹽形式的鋰和93-97重量％的碳化硅。
[0011] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述分段襯還可以包括豎直堆疊在所述第二襯區(qū) 段上的管狀第三襯區(qū)段，所述第三襯區(qū)段具有下緣表面，其具有與所述第二內(nèi)橫截面尺寸 不同的第三內(nèi)橫截面尺寸，以及第二過渡支撐環(huán)，其被放置在所述第二襯區(qū)段的上緣表面 與所述第三襯區(qū)段的下緣表面之間。
[0012] -種用于生產(chǎn)多晶硅覆層的顆粒材料的流化床反應(yīng)器包括（i)具有外壁的容器； 以及（ii)管狀分段襯，其包含：管狀第一襯區(qū)段，其具有上緣表面，所述上緣表面具有第一 內(nèi)橫截面尺寸；豎直堆疊在所述第一襯區(qū)段上的管狀第二襯區(qū)段，所述第二襯區(qū)段具有下 緣表面，所述下緣表面具有與所述第一內(nèi)橫截面尺寸不同的第二內(nèi)橫截面尺寸；以及過渡 支撐環(huán)，其被放置在所述第一襯區(qū)段的上緣表面與所述第二襯區(qū)段的下緣表面之間，所述 襯被放置在所述外壁的內(nèi)部，使得所述襯區(qū)段的內(nèi)表面限定了一部分反應(yīng)倉室。在某些實(shí) 施方式中，所述流化床反應(yīng)器還包括至少一個(gè)加熱器，其被放置在所述外壁與所述管狀分 段襯之間；至少一個(gè)入口，其具有被放置成允許包含含硅氣體的原初氣體進(jìn)入所述反應(yīng)倉 室內(nèi)的開口；多個(gè)流化氣體入口，其中每個(gè)流化氣體入口具有開口在所述反應(yīng)倉室內(nèi)的出 口；以及用于從所述容器移除硅覆層的產(chǎn)物粒子的至少一個(gè)出口。
[0013] 從下面參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0014] 圖1是流化床反應(yīng)器的示意性橫截面正視圖。
[0015] 圖2A是示例性分段襯的示意性正視圖，其包括具有不同的水平橫截面尺寸的兩 個(gè)堆疊的區(qū)段和所述堆疊的區(qū)段之間的過渡支撐環(huán)。
[0016] 圖2B是示例性分段襯的示意性正視圖，其包括其中至少一個(gè)區(qū)段具有與其他區(qū) 段不同的水平橫截面尺寸的三個(gè)堆疊的區(qū)段和每對(duì)相鄰的堆疊區(qū)段之間的過渡支撐環(huán)。
[0017] 圖3A是沿著圖2B的線3A-3A獲得的示意性部分徑向截面正視圖。
[0018] 圖3B是沿著圖2B的線3B-3B獲得的示意性部分徑向截面正視圖。
[0019] 圖4-6是過渡支撐環(huán)的其他實(shí)施方式的示意性部分徑向截面正視圖。
[0020] 圖7是涂有外保護(hù)層的示例性過渡支撐環(huán)的示意性徑向截面正視圖。
[0021] 圖8是涂有中間粘合或膠粘促進(jìn)劑涂層和外保護(hù)層的示例性過渡支撐環(huán)的示意 性徑向截面正視圖。
[0022] 圖9是包括多個(gè)側(cè)向聯(lián)結(jié)的區(qū)段部分的襯區(qū)段的示意性斜視圖。
[0023] 圖10是包括多個(gè)側(cè)向聯(lián)結(jié)的區(qū)段部分的襯區(qū)段的一個(gè)區(qū)段部分的示意性斜視 圖。
[0024] 圖11是沿著圖9的線11-11獲得的示意性部分橫截面視圖，其示出了兩個(gè)側(cè)向?qū)?接的區(qū)段部分之間的邊界。
[0025] 圖12是包括側(cè)向?qū)拥膮^(qū)段部分和包圍的鎖緊元件的襯區(qū)段的示意性斜視圖。
[0026] 詳細(xì)描述
[0027] 本公開涉及用于聯(lián)結(jié)管狀區(qū)段以制造在用于制造多晶硅覆層的顆粒材料的流化 床反應(yīng)器（FBR)中使用的分段襯的過渡支撐環(huán)的實(shí)施方式。所述區(qū)段可能具有被選擇成使 FRB運(yùn)行期間大氣泡的形成降至最低的不同的內(nèi)橫截面尺寸。
[0028] I.定義和縮寫
[0029] 提供下面的術(shù)語和縮寫的解釋以更好地描述本公開，并在本公開的實(shí)踐中指導(dǎo)本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員。當(dāng)在本文中使用時(shí)，"包含"意味著"包括"，并且沒有具體量的指稱包 括復(fù)數(shù)指稱物，除非上下文明確指明不是如此。術(shù)語"或"指稱所陳述的可選替要素中的單 個(gè)要素或兩個(gè)或更多要素的組合，除非上下文明確指明不是如此。
[0030] 除非另有解釋，否則在本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本公開所屬領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員所通常理解的相同的意義。盡管與本文中描述的相似或等同的方法和材料 可用于本公開的實(shí)踐或試驗(yàn)，但在下面描述了適合的方法和材料。材料、方法和實(shí)例僅僅是 說明性而不打算是限制性的。從下面的詳細(xì)描述和權(quán)利要求書，本公開的其他特點(diǎn)是顯而 易見的。
[0031] 當(dāng)在說明書或權(quán)利要求書中使用時(shí)，除非另有指明，否則表示組分、百分率、溫度、 時(shí)間等的量的所有數(shù)字應(yīng)該被理解為被術(shù)語"約"修飾。因此，除非另外暗示或明確地指 明，否則所提出的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可能取決于所追尋的所需性質(zhì)、在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件/ 方法下的檢測(cè)極限或兩者。當(dāng)直接并明確地與來自于所討論的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式向區(qū)分 時(shí)，除非敘述了單詞"約"，否則實(shí)施方式的數(shù)字不是近似值。
[0032] 除非另有指明，否則指稱組合物或材料的所有百分率被理解為是重量百分?jǐn)?shù)， 即％ (w/w)。例如，包含2%的鋰的組合物，每100g組合物包括2g鋰。當(dāng)明確指明時(shí)，指稱 物質(zhì)的百分率可能是原子百分率，即每100個(gè)原子的原子數(shù)目。例如，包含1原子％的磷的 物質(zhì)，在物質(zhì)中每100個(gè)原子包括1個(gè)磷原子。類似地，除非另有指明，否則表述為百萬分 率（ppm)或十億分率（ppb)的濃度被理解為是相對(duì)于重量而言例如Ippm= lmg/kg。當(dāng)明 確指明時(shí)，濃度可以表示為ppma(ppm原子）或ppba，例如Ippma = 1，000, 000個(gè)原子中1 個(gè)原子。
[0033] 為了便于考察本公開的各種實(shí)施方式，提供了下列特定術(shù)語的解釋：
[0034] 受體：能夠接受電子，因此在硅原子的價(jià)帶中產(chǎn)生空穴的原子（P-型摻雜物）；受 體包括III族元素例如B、Al、Ga，還包括Be、Sc。
[0035] 原子百分?jǐn)?shù)：物質(zhì)中原子的百分?jǐn)?shù)，即每100個(gè)物質(zhì)原子中特定元素的原子的數(shù) 目。
[0036] 供體：能夠貢獻(xiàn)電子以在娃原子的價(jià)帶中起到載荷子作用的原子（η-型摻雜物）， 包括V族元素例如N、P、As，還包括Ti、Cr、Sb。
[0037] 摻雜物：引入到物質(zhì)中以調(diào)節(jié)其性質(zhì)的雜質(zhì)；受體和供體元素代替材料例如半導(dǎo) 體的晶體點(diǎn)陣中的元素。
[0038] 電子級(jí)硅：電子級(jí)硅或半導(dǎo)體級(jí)硅具有至少99. 99999重量％的純度，例如 99. 9999-99. 9999999重量％的硅的純度。百分純度可能不包括某些污染物例如碳和氧。 電子級(jí)娃通常包括< 〇· 3ppba B、< 0· 3ppba P、< 0· 5ppma C、<50ppba 的基體金屬（bulk metal)(例如 Ti、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Na、K、Ca)、< 20ppbw 的表面金屬、< 8ppbw Cr、 < 8ppbw NK 8ppba Na。在某些情況下，電子級(jí)娃包括< 0· 15ppba B、< 0· 15ppba P、 < 0· 4ppma C、< IOppbw 的基體金屬、< 0· 8ppbw 的表面金屬、< 0· 2ppbw Cr、< 0· 2ppbw NK 0· 2ppba Na。
[0039] 外來金屬：當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"外來金屬"是指碳化硅