流化床反應(yīng)器設(shè)備用的高溫級鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用在加熱過的硅沉積反應(yīng)器中的反應(yīng)室襯管的實(shí)施方案。所述襯管具有：上部；中部，所述中部包含不同于不銹鋼合金的材料；以及下部，所述下部包含馬氏體不銹鋼合金。所述襯管的上部的組成與所述下部的基本類似。
【專利說明】流化床反應(yīng)器設(shè)備用的高溫級鋼
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2012年12月21日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/745，377的權(quán)益，通過參考將所述申請以其完整形式并入本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種與流化床反應(yīng)器一起使用的襯管，所述流化床反應(yīng)器為例如用于含硅氣體的熱解分解以生產(chǎn)硅包覆的粒子的流化床反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0004]含硅氣體在流化床中的熱解分解對于生產(chǎn)用于光伏和半導(dǎo)體行業(yè)的多晶硅是一種富有吸引力的工藝，因?yàn)槠鋫髻|(zhì)和傳熱優(yōu)異、用于沉積的表面增大且可連續(xù)生產(chǎn)。與西門子(Siemens)型反應(yīng)器相比，在很小部分的能量消耗下流化床反應(yīng)器提供明顯更高的生產(chǎn)速率。流化床反應(yīng)器能夠連續(xù)且高度自動化而明顯降低勞動力成本。
[0005]通過涉及在流化床反應(yīng)器中對含硅物質(zhì)如硅烷、乙硅烷或齒代硅烷如三氯硅烷或四氯硅烷進(jìn)行熱解的化學(xué)氣相沉積法來制造微粒多晶硅，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的且可示例地有包括如下專利和公布的許多公布:US8，075，692、US7, 029，632、US5, 810，934、US5, 798，137、US5, 139，762、US5, 077，028、US4, 883，687、US4, 868，013、US4, 820，587、US4, 416，913、US4, 314，525、US3, 012，862、US3, 012，861、US2010/0215562、US2010/0068116、US2010/0047136, US2010/0044342, US2009/0324479、US2008/029929UUS2009/0004090、US2008/0241046、US2008/0056979、US2008/0220166、US2008/0159942、US2002/0102850,US2002/0086530 和 US2002/0081250。
[0006]在反應(yīng)器中通過分解含硅氣體將硅沉積到粒子上，所述含硅氣體選自:硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、高級硅烷(SinH2n+2)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)、二溴硅烷(SiHJr2)、三溴硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4)、二碘硅烷(SiH2I2)、三碘硅烷(SiHI3)、四碘化硅(SiI4)及其混合物?？梢詫⒑铓怏w與一種或多種含鹵素氣體混合，所述含鹵素氣體被定義為氯(Cl2)、氯化氫(HCl)、溴(Br2)、溴化氫(HBr)JH (I2)、碘化氫(HI)及其混合物中的任意一種。還可以將所述含硅氣體與一種或多種其他氣體混合，所述其他氣體包括氫氣(H2)或選自如下氣體中的一種或多種惰性氣體:氮?dú)?N2)、氦氣(He)、lS氣(Ar)和氖氣(Ne)。在具體實(shí)施方案中,所述含娃氣體為娃燒,并將所述娃燒與氫氣混合。將所述含硅氣體以及任意伴隨的氫氣、含鹵素的氣體和/或惰性氣體引入流化床反應(yīng)器中并在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生熱分解以產(chǎn)生硅，所述硅沉積在反應(yīng)器內(nèi)的種子粒子上。
[0007]在流化床反應(yīng)器方面的一個(gè)共同問題是在高運(yùn)行溫度下用于構(gòu)造反應(yīng)器及其元件的材料對流化床造成污染。例如，已經(jīng)顯示，鎳從某些含鎳合金中的基礎(chǔ)金屬擴(kuò)散到流化粒子上的硅層中?？梢允褂锰沾梢r管以使得污染最小化。然而，陶瓷襯管隨其長度增大而經(jīng)歷巨大的熱和機(jī)械應(yīng)力，使其極易發(fā)生機(jī)械性損傷。
[0008]發(fā)明概述
[0009]用在加熱過的硅沉積反應(yīng)器中的反應(yīng)室襯管的實(shí)施方案具有內(nèi)表面，其被構(gòu)造為限定出反應(yīng)室的一部分。所述襯管包括:上部；中部，所述中部包含不同于不銹鋼合金的材料；以及下部，其中所述內(nèi)表面的至少一部分為馬氏體不銹鋼合金。所述襯管的上部的組成與所述下部的基本類似。
[0010]在一些實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含小于20% (w/w)的鉻如11?18% (w/w)的鉻、和小于3% (w/w)的鎳如小于1% (w/w)的鎳。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金不包含銅或硒。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含11.5?13.5% (w/w)的鉻和0.7?0.8% (w/w)的鎳。在另一個(gè)實(shí)施方案中,所述合金包含12?14% (w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。在這些實(shí)施方案中的任意一個(gè)實(shí)施方案中,所述合金還可包含< 0.15% (w/w)的碳、< I % (w/w)的娃、< I % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含16?18% (w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。所述合金可還包含0.5?1.5% (w/w)的碳、< 1% (w/w)的娃、< 1% (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
[0013]在一些實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金具有大于40Rc的洛氏硬度如45?60Rc的洛氏硬度。
[0014]有利地，所述不銹鋼合金在0°C?315°C的溫度范圍內(nèi)具有小于15X10_6m/m.V的平均熱膨脹系數(shù)。在某些實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為9.9X10_6m/m.V?
11.5X10^6m/m.°C。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為10.7X l(r6m/m.V?10.9X10_6m/m.°C。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為11.3X 10_6m/m.V?
11.5X10_6m/m.°C。又在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為10.0X10_6m/m.V?10.2 X 1-Vm.。。。
[0015]在一些實(shí)施方案中，通過對不銹鋼合金體進(jìn)行機(jī)械加工并隨后通過熱處理對所述不銹鋼合金進(jìn)行硬化以及任選地回火，來制備襯管的下部。
[0016]在一些實(shí)施方案中，所述襯管的中部的內(nèi)表面的至少一部分為陶瓷、石墨或玻璃。在某些實(shí)施方案中，所述中部基本由陶瓷、石墨或玻璃構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述陶瓷為碳化娃。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述陶瓷為氮化娃。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述玻璃為石英。
[0017]所公開襯管的實(shí)施方案適用于加熱過的硅沉積反應(yīng)器中。所述反應(yīng)器包括:容器，所述容器具有外壁；至少一個(gè)加熱器，所述加熱器位于所述外壁內(nèi)部；襯管，所述襯管位于所述至少一個(gè)加熱器內(nèi)部，使得所述襯管的內(nèi)表面限定出反應(yīng)室的一部分；具有開口的至少一個(gè)入口，其被放置以允許包含含硅氣體的初級氣體進(jìn)入所述反應(yīng)室；多個(gè)流化入口，其中各個(gè)流化入口具有向所述反應(yīng)室內(nèi)開口的出口；以及至少一個(gè)出口，所述出口用于從所述容器移出硅包覆的產(chǎn)品粒子。
[0018]從下面參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢將變得更明顯。
[0019]附圖簡述
[0020]圖1是示例性流化床反應(yīng)器的示意性橫斷面視圖。
[0021]圖2是用于流化床反應(yīng)器的襯管的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
[0022]發(fā)明詳述
[0023]除非有其他說明，否則如說明書或權(quán)利要求書中所使用的表示性質(zhì)如百分比、熱膨脹系數(shù)等的所有數(shù)值都應(yīng)理解為被術(shù)語“約”修飾。除非有其他說明，否則如說明書或權(quán)利要求書中所使用的非數(shù)值性質(zhì)如無定形、結(jié)晶、均質(zhì)等應(yīng)理解為被術(shù)語“基本上”修飾，所述術(shù)語意味著在很大范圍或程度上。因此，除非隱含地或明確地有其他說明，否則提出的數(shù)值參數(shù)和/或非數(shù)值性質(zhì)為近似說法，其依賴于所探究的期望性質(zhì)、在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件/方法下的檢測限、加工方法的限制、和/或參數(shù)或性質(zhì)的本質(zhì)。當(dāng)直接并明確地將實(shí)施方案與所討論的現(xiàn)有技術(shù)區(qū)分開時(shí)，除非引用單詞“約”，否則實(shí)施方案的數(shù)值不是近似值。
[0024]本文中公開的是用于流化床反應(yīng)器系統(tǒng)的襯管的實(shí)施方案，所述流化床反應(yīng)器系統(tǒng)為例如用于通過將含硅氣體熱解分解并將硅沉積到流化的硅粒子或其他種子粒子(例如氧化硅、石墨或石英粒子)上以形成多晶硅的流化床反應(yīng)器系統(tǒng)。優(yōu)選地，用于流化床反應(yīng)器的襯管產(chǎn)生較少或不產(chǎn)生流化粒子的污染。理想的襯管材料包括陶瓷(例如碳化硅、氮化硅)、石墨和玻璃(例如石英)。然而，流化床反應(yīng)器中的襯管隨其長度增大而經(jīng)歷巨大的熱和機(jī)械應(yīng)力。陶瓷、石墨和玻璃襯管極易發(fā)生機(jī)械性損傷如裂紋和/或斷裂，且在反應(yīng)器運(yùn)行期間不能保持完整。本發(fā)明公開的襯管的實(shí)施方案降低機(jī)械和熱應(yīng)力，同時(shí)也使得產(chǎn)品污染最小化。
[0025]圖1是用于制造硅包覆的粒子的流化床反應(yīng)器10的簡化示意圖。反應(yīng)器10 —般性垂直延伸，具有外壁20，中心軸A1，并可以在不同高度上具有不同的橫斷面尺寸。圖1中所示的反應(yīng)器具有在各個(gè)高度下橫斷面尺寸不同的五個(gè)區(qū)域I?V。反應(yīng)室可由橫斷面尺寸不同的壁來限定，這可造成氣體通過反應(yīng)器的向上流動在不同高度下具有不同的速度。通過在反應(yīng)室30內(nèi)熱解分解含硅氣體并將硅沉積到流化床內(nèi)的粒子上來生長硅包覆的粒子。提供一個(gè)或多個(gè)入口 40，以允許初級氣體如含硅氣體或含硅氣體、氫氣和/或惰性氣體(例如氦氣、氬氣)的混合物進(jìn)入反應(yīng)室。所述反應(yīng)器還包括一個(gè)或多個(gè)流化氣體入口 50。通過流化入口 50能夠?qū)㈩~外的氫氣和/或惰性氣體輸送至反應(yīng)器內(nèi)以提供足夠的氣體流動而將反應(yīng)器床內(nèi)的粒子流化。在開始生產(chǎn)時(shí)以及在正常運(yùn)行期間，通過種子入口 60將種子粒子引入反應(yīng)器10中。通過一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品出口 70從反應(yīng)器10中移出硅包覆的粒子來進(jìn)行收獲。
[0026]襯管80垂直延伸通過反應(yīng)器10。在一些布置中，襯管與反應(yīng)器同心。所示的襯管通常為圓柱形，具有一般為圓形的橫斷面。然而，襯管的部分可以具有不同直徑。例如，如果反應(yīng)器10的區(qū)域V的直徑比區(qū)域IV的大，則襯管在區(qū)域V中的部分的直徑可同樣大于襯管延伸通過區(qū)域II?IV的部分的直徑。在一些布置中，膨脹接合系統(tǒng)包括線性膨脹裝置90，所述線性膨脹裝置90從襯管80的上表面向上延伸。線性膨脹裝置90能夠壓縮以容許襯管80在反應(yīng)器10運(yùn)行期間發(fā)生熱膨脹。所述襯管能夠具有與反應(yīng)器容器不同的材料，但有利地是由不會污染硅產(chǎn)品粒子并適用于承受與流化床的加熱和產(chǎn)品的冷卻相關(guān)的溫度梯度的材料構(gòu)成。因?yàn)橐r管內(nèi)部與外部的壓力類似，所以襯管可以是薄的。在一些系統(tǒng)中，襯管的厚度為2?20mm如5?15mm或8?12mm。
[0027]反應(yīng)器10還包括一個(gè)或多個(gè)加熱器。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)器包括加熱器100的圓形陣列，所述加熱器100位于襯管80與外壁20之間共中心地圍繞反應(yīng)室30。在一些系統(tǒng)中，與加熱器100 —起使用多個(gè)輻射加熱器100，其彼此等距隔開。
[0028]反應(yīng)器中的溫度在反應(yīng)器的各個(gè)部分中不同。例如，當(dāng)利用硅烷作為含硅化合物運(yùn)行時(shí)，區(qū)域I即底部區(qū)中的溫度為環(huán)境溫度到100°c (圖1)，其中在制造多晶硅中從所述含硅化合物釋放硅。在區(qū)域II即冷卻區(qū)中，溫度典型地為50?700°C。在區(qū)域III即中間區(qū)中，溫度與區(qū)域IV中的基本相同。區(qū)域IV的中心部分即反應(yīng)和飛濺區(qū)保持在620?760°C下，有利地在660?690°C下，同時(shí)在接近區(qū)域IV的壁處即輻射區(qū)的溫度升至700?900°C。區(qū)域V即急冷區(qū)的上部的溫度為400?450°C。
[0029]為了分散并減輕機(jī)械和熱應(yīng)力，陶瓷、石墨和石英襯管可以包括上部和/或下部金屬片段。然而，金屬片段能夠成為產(chǎn)品污染源。例如，軟金屬易于因與流化的硅粒子接觸而磨傷(在相對運(yùn)動條件下直接接觸的金屬表面之間的材料磨損和轉(zhuǎn)移)。硅粒子能夠被轉(zhuǎn)移的金屬污染。磨傷也造成金屬片段的磨損和撕裂，導(dǎo)致由于更換襯管或?qū)饘俦砻孢M(jìn)行研磨或機(jī)械加工以使其返回至可用于重新使用的狀況而造成的反應(yīng)器停工。由此，需要一種改進(jìn)的金屬片段，以更好地承受反應(yīng)器的條件、降低產(chǎn)品的污染或?qū)崿F(xiàn)所述兩者。
[0030]襯管80的公開的實(shí)施方案包括上部80a、中部80b和下部80c (圖2)。80a、80b和80c部分的相對高度可以與圖2所示的實(shí)施方案不同。例如，上部80a的高度可以與下部80c的不同。中部80b可以為整片，或其可以由多個(gè)切片構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，下部80c延伸通過反應(yīng)器10的區(qū)域I (圖1)。在某些實(shí)施方案中，下部80c也延伸通過反應(yīng)器的區(qū)域II。有利地，中部80b延伸通過反應(yīng)器的區(qū)域III和IV。上部80a可以位于反應(yīng)器的區(qū)域V中。
[0031]下部80c的內(nèi)表面的至少一部分為不銹鋼合金。在一些實(shí)施方案中，下部80c主要由不銹鋼合金構(gòu)成。中部80b包含不同于不銹鋼合金的材料。在一些實(shí)施方案中，中部的內(nèi)表面的至少一部分為陶瓷、石墨或玻璃。在某些實(shí)施方案中，中部的內(nèi)表面的至少一部分為碳化硅、氮化硅、石墨或石英。在一個(gè)實(shí)施方案中，中部主要由陶瓷、石墨或玻璃構(gòu)成。在一些布置中，中部80b由碳化硅、氮化硅、石墨或石英構(gòu)成，且下部80c由不銹鋼合金構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，上部80a由陶瓷、石墨、玻璃、不銹鋼或其組合構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施方案中，上部80a和中部80b由相同的材料構(gòu)成。在另一個(gè)實(shí)施方案中，上部80a和中部80b由不同的材料構(gòu)成。在某些實(shí)施方案中，上部80a由不銹鋼合金構(gòu)成。上部80a和下部80c可以由相同或不同的不銹鋼合金構(gòu)成。
[0032]不銹鋼合金包含鐵和鉻。不銹鋼合金典型地還包括至少痕量的一種或多種其他元素，所述其他元素包括但不限于，碳、鎳、猛、鑰、娃、磷、氮、硫、招、砷、鋪、秘、鈷、銅、銀、硒、鉭、鈦、鶴、fL或其組合。不銹鋼合金基于其晶體結(jié)構(gòu)分為奧氏體、鐵素體、馬氏體或雙相不銹鋼(混合的奧氏體和鐵素體的微結(jié)構(gòu))。
[0033]奧氏體不銹鋼具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)、最少16% (w/w)的鉻，并包含足夠的鎳和/或錳以穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)。普通的奧氏體不銹鋼是具有18% (w/w)的鉻和8% (w/w)的鎳的304型。奧氏體不銹鋼不會因熱處理而硬化，且不具有磁性。
[0034]鐵素體不銹鋼具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，典型地10.5?27% (w/w)的鉻，和較少或不含鎳；幾種鐵素體不銹鋼還包括鑰。鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼的抗腐蝕性更差，且是鐵磁體。鐵素體不銹鋼不會因熱處理而硬化。
[0035]馬氏體不鎊鋼具有體心四方晶系晶體結(jié)構(gòu)，小于20% (w/w)的絡(luò)和小于6% (w/w)的鎳。其可包括高達(dá)1.2% (w/w)的碳。馬氏體不銹鋼可以包括痕量(例如彡1% (w/w))的其他元素，所述其他元素包括但不限于，硅、錳、磷、硫、鑰、鈮、鎢、釩、氮、銅、硒或其組合。馬氏體不銹鋼的抗腐蝕性比奧氏體和鐵素體不銹鋼的小，但是極其堅(jiān)固，具有高度的可機(jī)械加工性，并能夠因熱處理而硬化。馬氏體不銹鋼是鐵磁體。
[0036]公開的襯管80的實(shí)施方案包括下部80c，所述下部80c包含馬氏體不銹鋼合金。下部80c的不銹鋼合金包含小于20% (w/w)的鉻如11?18% (w/w)的鉻、和小于6% (w/w)的鎳。在一些實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含小于3% (w/w)的鎳如小于1% (w/w)的鎳、小于0.8% (w/w)的鎳、小于0.5% (w/w)的鎳、或基本不含鎳。在某些實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金不含銅和/或硒。
[0037]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含11.5?13.5% (w/w)的鉻和0.7?0.8% (w/w)的鎳。在另一個(gè)實(shí)施方案中,所述合金包含12?14% (w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。在這些實(shí)施方案中的任意一個(gè)實(shí)施方案中,所述合金可還包含< 0.15% (w/w)的碳、< I % (w/w)的娃、< I % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
[0038]又在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含16?18% (w/w)的鉻。所述合金可還包含 0.5 ?1.5% (w/w)的碳、< I % (w/w)的娃、< I % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和<0.03% (w/w)的硫。
[0039]在一些實(shí)施方案中，襯管80的上部80a包含不銹鋼合金，其組成可與下部80c的不銹鋼合金的相同、基本類似或不同。術(shù)語“基本類似的”組成是指不銹鋼合金的鉻含量相差不超過2% (w/w) ο
[0040]化學(xué)組成和熱處理有助于馬氏體不銹鋼的硬度。增加的硬度通過例如減少磨傷而降低產(chǎn)品的污染，所述磨傷將材料從襯管轉(zhuǎn)移到與襯管相接觸的流化的硅粒子。洛氏硬度是基于壓痕硬度的硬度等級，所述壓痕硬度即在特定負(fù)載下壓頭的穿透深度。能夠利用金剛石錐或鋼球在幾種等級中的一種上測量洛氏硬度。洛氏硬度等級c( “Re”)例如利用150kgf的負(fù)載和120°的金剛石錐壓頭。硬度的數(shù)值越大，表明材料越硬。在一些實(shí)施方案中，襯管的下部由具有大于40Rc的洛氏硬度如45?60Rc的洛氏硬度的馬氏體不銹鋼合金構(gòu)成。
[0041]在一些實(shí)施方案中，通過對不銹鋼合金體進(jìn)行機(jī)械加工，然后通過熱處理使得經(jīng)機(jī)械加工的襯管部分硬化，制備襯管的下部80c。例如，將合金加熱至900?1100°C的溫度并持續(xù)有效的時(shí)間周期，然后在空氣、水或油中急冷(即快速冷卻)。任選地，在硬化之后對合金進(jìn)行回火以降低其脆性。
[0042]在一些實(shí)施方案中，襯管的下部80c包含不銹鋼合金，所述不銹鋼合金在O °C?315°C的溫度范圍內(nèi)具有小于15Xl(T6m/m.°〇如9.9Xl(T6m/m.V?11.5Xl(T6m/m.°〇的平均熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金的平均熱膨脹系數(shù)為10.0X10_6m/m.V?10.2 XlO-Vm.°C。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金的平均熱膨脹系數(shù)為
10.7 X l(T6m/m.V?10.9 X l(T6m/m.°C。又在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金的平均熱膨脹系數(shù)為 11.3 X lCT6m/m.V ?11.5 X lCT6m/m.V。
[0043]用在加熱過的硅沉積反應(yīng)器中的反應(yīng)室襯管的實(shí)施方案具有內(nèi)表面，其被構(gòu)造為限定出反應(yīng)室的一部分，其中所述內(nèi)表面包括:上部；中部，所述中部包含不同于不銹鋼合金的材料；以及下部，其中所述下部的內(nèi)表面的至少一部分為馬氏體不銹鋼合金。在一些實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含小于20% (w/w)的鉻和小于3% (w/w)的鎳如小于1% (w/w)的鎳。在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金不包含銅或硒。
[0044]在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金可以包含18% (w/w)的鉻。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含11.5?13.5% (w/w)的鉻和0.7?0.8% (w/w)的鎳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金可以包含12?14% (w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。在任意一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金可以還包含< 0.15% (w/w)的碳、
I % (w/w)的娃、< I % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金包含16?18% (w/w)的鉻和小于0.5% (w/w)的鎳。在該實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金可還包含0.5?1.5% (w/w)的碳、<1% (w/w)的娃、<1%(w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
[0045]在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金的洛氏硬度大于40Rc。在一些實(shí)施方案中，所述洛氏硬度為45?60Rc。
[0046]在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，所述不銹鋼合金在0°C?315°C的溫度范圍內(nèi)具有小于15X10_6m/m.°C的平均熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為9.9X10_6m/m.°C?11.5X10_6m/m.°C。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為
10.7X 10_6m/m.V?10.9X 10_6m/m.°C。又在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為
11.3X10_6m/m.°C?11.5X10_6m/m.°C。又在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述平均熱膨脹系數(shù)為10.0XlO-Vm.--10.2X l(T6m/m.°C。
[0047]在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，通過對不銹鋼合金體進(jìn)行機(jī)械加工并隨后通過熱處理對所述不銹鋼合金進(jìn)行硬化以及任選地回火，來制備襯管的下部。在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，襯管的上部的組成與下部的基本類似。
[0048]在任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案中，所述中部的內(nèi)表面的至少一部分可以為陶瓷、石墨或玻璃。在一些實(shí)施方案中，所述中部基本由陶瓷、石墨或玻璃構(gòu)成。所述陶瓷可以為碳化硅或氮化硅。所述玻璃可以為石英。
[0049]加熱過的硅沉積反應(yīng)器的實(shí)施方案包括:⑴容器，所述容器具有外壁；(ii)至少一個(gè)加熱器，所述加熱器位于所述外壁內(nèi)部；(iii)根據(jù)任意一個(gè)或全部上述實(shí)施方案的襯管，其中所述襯管位于所述至少一個(gè)加熱器內(nèi)部，使得所述襯管的內(nèi)表面限定出反應(yīng)室的一部分；(iv)具有開口的至少一個(gè)入口，其被放置以允許包含含硅氣體的初級氣體進(jìn)入所述反應(yīng)室；(V)多個(gè)流化入口，其中各個(gè)流化入口具有向所述反應(yīng)室內(nèi)開口的出口 ；以及(vi)至少一個(gè)出口，所述出口用于從所述容器移出硅包覆的產(chǎn)品粒子。
[0050]鑒于本發(fā)明原理可以應(yīng)用于許多可能的實(shí)施方案，所以應(yīng)理解，所示實(shí)施方案僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例且不應(yīng)被用于限制本發(fā)明的范圍。相反，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。因此我們主張所有來自于這些權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的均是我們的發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用在加熱過的硅沉積反應(yīng)器中的反應(yīng)室襯管，所述襯管具有內(nèi)表面，其被構(gòu)造為限定出反應(yīng)室的一部分，所述內(nèi)表面包含: 上部； 中部，所述中部包含不同于不銹鋼合金的材料；以及 下部，其中所述下部的內(nèi)表面的至少一部分為馬氏體不銹鋼合金。
2.權(quán)利要求1的襯管，其中所述不銹鋼合金包含小于20%(w/w)的鉻和小于3% (w/w)的鎳。
3.權(quán)利要求2的襯管，其中所述不銹鋼合金包含小于1%(w/w)的鎳。
4.權(quán)利要求1的襯管，其中所述不銹鋼合金不包含銅或硒。
5.權(quán)利要求1的襯管，其中所述不銹鋼合金包含11?18%(w/w)的鉻。
6.權(quán)利要求5的襯管，其中所述不銹鋼合金包含11.5?13.5% (w/w)的鉻和0.7?0.8% (w/w)的鎳。
7.權(quán)利要求6的襯管,其中所述不銹鋼合金還包含彡0.15% (w/w)的碳、彡1% (w/w)的娃、< 1 % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
8.權(quán)利要求5的襯管，其中所述不銹鋼合金包含12?14%(w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。
9.權(quán)利要求8的襯管,其中所述不銹鋼合金還包含彡0.15% (w/w)的碳、彡1% (w/w)的娃、< 1 % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
10.權(quán)利要求5的襯管，其中所述不銹鋼合金包含16?18%(w/w)的鉻和小于0.5%(w/w)的鎳。
11.權(quán)利要求10的襯管,其中所述不銹鋼合金還包含0.5?1.5% (w/w)的碳、< 1%(w/w)的娃、< 1 % (w/w)的猛、< 0.04% (w/w)的磷和< 0.03% (w/w)的硫。
12.權(quán)利要求1的襯管，其中所述不銹鋼合金具有大于40Rc的洛氏硬度。
13.權(quán)利要求12的襯管，其中所述洛氏硬度為45?60R。。
14.權(quán)利要求1的襯管，其中所述不銹鋼合金在0°C?315°C的溫度范圍內(nèi)的平均熱膨脹系數(shù)小于15X10_6m/m.°C。
15.權(quán)利要求14的襯管，其中所述平均熱膨脹系數(shù)為9.9X 10_6m/m.--11.5Χ 10_6m/m.。。。
16.權(quán)利要求14的襯管，其中所述平均熱膨脹系數(shù)為10.7 X 10_6m/m.V?10.9Xl(T6m/m.。。。
17.權(quán)利要求14的襯管，其中所述平均熱膨脹系數(shù)為11.3X 10_6m/m.V?11.5 X 10 6m/m.°C。
18.權(quán)利要求14的襯管，其中所述平均熱膨脹系數(shù)為10.0 X 10_6m/m.V?10.2Xl(T6m/m.。。。
19.權(quán)利要求1的襯管，其中通過對不銹鋼合金體進(jìn)行機(jī)械加工并隨后通過熱處理對所述不銹鋼合金進(jìn)行硬化和任選地回火，來制備所述襯管的下部。
20.權(quán)利要求1的襯管，其中所述襯管的上部的組成與所述下部的基本類似。
21.權(quán)利要求1的襯管，其中所述中部的內(nèi)表面的至少一部分為陶瓷、石墨或玻璃。
22.權(quán)利要求21的襯管，其中所述中部基本由陶瓷、石墨或玻璃構(gòu)成。
23.權(quán)利要求21的襯管，其中所述陶瓷為碳化硅或氮化硅。
24.權(quán)利要求21的襯管，其中所述玻璃為石英。
25.—種加熱過的娃沉積反應(yīng)器系統(tǒng),其包含: 容器，所述容器具有外壁； 至少一個(gè)加熱器，所述加熱器位于所述外壁內(nèi)部； 權(quán)利要求1?24中任一項(xiàng)的襯管，其中所述襯管位于所述至少一個(gè)加熱器內(nèi)部，使得所述襯管的內(nèi)表面限定出反應(yīng)室的一部分； 具有開口的至少一個(gè)入口，其被放置以允許包含含硅氣體的初級氣體進(jìn)入所述反應(yīng)室; 多個(gè)流化入口，其中各個(gè)流化入口具有向所述反應(yīng)室內(nèi)開口的出口；以及 至少一個(gè)出口，所述出口用于從所述容器移出硅包覆的產(chǎn)品粒子。
【文檔編號】C23C26/00GK104302810SQ201380003721
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】邁克爾·V·斯潘格勒, 馬修·J·米勒 申請人:瑞科硅公司