Разработка СВС-технологии получения трехмерных фильтрующих элементов для очистки расплава кремния.

В результате получения на ТОО «Кazsilicon» (Казахстан) технического кремния с примесями выявлена необходимость его дополнительной отчистки. Затруднение в отчистке вызвано повышенной температурой разливки около 1700 °С.
Применяемые методы очистки технического кремния не обеспечивают комплексную фильтрацию от примесей что, в конечном счете, влияет на качество получаемого продукта или экологически не безопасно.
Разрабатываемый метод фильтрации позволит получить кремний более высокого качества без существенных изменений в техническом процессе и затрат на организацию производства.

Повышение качества технического кремния на основе фильтрационного рафинирования

Кремний широко применяют в различных областях техники. Наибольшее применение имеет технический кремний. Его используют в металлургии в качестве легирующего компонента, раскислителя и восстановителя, для изготовления электронагревательных элементов, производства солнечных батарей и т.д. Технический кремний высокого качества очень сложен в получении т.к. сырьем для производства кремния служат кварцсодержащие породы. В породах содержится некоторое количество примесей. В расплавленном состоянии в техническом кремнии примеси могут находиться, как в виде механической примеси, химически связанном виде, в растворенном состоянии.

Расплав технического кремния с ковша проливают через фильтр и за счет адгезионных сил на поверхности фильтра осаждаются мелкодисперсные частицы. Доставка этих частиц к поверхности фильтра осуществляется за счет эффекта прямого захвата, при проливе через фильтр частицы, находящиеся в металле, касаются поверхности фильтра и прилипают к ней.

Наполнителем для фильтра служат гранулы, полученные с применением СВС метода. Компонентами гранул являются полиуретан, SiO₂, Al и добавка. Эти компоненты помещаются в планетарную шаровую мельницу, которая некоторое время их активирует. В полученной смеси производят СВС-реакцию.

Научная новизна заключается в применении метода адгезионного осаждения для фильтрации, который реализуется при помощи фильтрационных гранул. Применение планетарной шаровой мельницы позволит получить предельную растворимость компонентов. А СВС-реакция синтезировать в порошковой среде поры, которого будут равномерно расположены.

1.  Проектируемые гранулы позволяют осуществить фильтрацию расплавленного кремния с температурой расплава 1700 °С;
2. Фильтрация расплавленного кремния с помощью разрабатываемых гранул обеспечивает более высокое качество материала за счет объемной 3Д фильтрации.

Объемная 3Д фильтрация осуществляется с помощью материала (гранулы) в которой поры расположенны в трех измерениях.

Работы в данном направлении ведутся мной в течении года. За год выполнена часть научно-технической работы: получены данные по фильтрации жидкого кремния используемыми материалами. Эти аналитические данные позволили сделать вывод о возможности применения данной разработки для отчистки кремния, однако для полноценного анализа работоспособности фильтрующих гранул необходимо:

1. получить гранул из синтезированного порошка (с применением гранулятора);
2. изготовление фильтра по эскизам;
3. проведение лабораторных испытаний необходимых для внедрения в производство.

Для проведения заводских лабораторных испытаний необходимо разработать оснастку для фильтрации технического кремния и фильтрующие гранулы.

Фильтрующий элемент (гранулы) изготавливаются из SiO2, Аl, полиуретана и добавки. Которые активированы с помощью планетарной шаровой мельницы и синтезируются с применением СВС-метода.

Гранулы после окатывания в грануляторе предварительно сушат на воздухе, затем помещают в муфельную печь, где прокаливают при температуре 800-900 °С.

Одно из условий при проектировании, это фильтрация всего расплавленного материала находящегося в ковше, осуществляемого в полной мере одной загрузкой гранул.

1. Собачкин А.В., Яковлев В.И., Ситников А.А. Применение методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и механоактивационной обработки для создания новых наплавочных материалов // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 9. С. 17-22.
2. Собачкин А.В., Назаров И.В., Яковлев В.И., Ситников А.А., Ярцев П.С. Морфология покрытий из многокомпонентных предварительно механоактивированных порошков СВС-композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2012. № 3. С. 141-144.
3. Собачкин А.В., Ситников А.А., Яковлев В.И., Татар М.Е., Логинова М.В., Сейдуров М.Н. Повышение износостойкости рабочих органов сельскохозяйственных машин электродуговой наплавкой порошковым электродом // Ползуновский альманах. 2011. № 4-2. С. 133.

As a result of obtaining a ' Kazsilicon "LLP ( Kazakhstan ) of silicon with impurities identified the need to further cleaning up . The difficulty in cleaning up caused by elevated temperature time