多晶硅还原炉内化学反应与流动耦合机制的数值研究

王 正云(新疆晶诺新能源产业发展有限公司,中国)
李 万存(新疆晶诺新能源产业发展有限公司,中国)
高 科平(新疆晶诺新能源产业发展有限公司,中国)
王 东(新疆晶诺新能源产业发展有限公司,中国)

DOI: http://dx.doi.org/10.12349/msat.v5i1.9397

Article ID: 9397

摘要


改良西门子法是多晶硅工业生产的主流技术,还原炉作为核心反应装置,其内部硅烷或三氯氢硅的热分解与化学气相沉积反应,与流体流动、传热传质过程存在强烈耦合效应,直接决定多晶硅沉积速率、产品纯度及能耗水平。由于还原炉内耦合过程涉及多物理场相互作用,实验测量难以全面揭示其内在规律,数值模拟成为研究该耦合机制的有效手段。本文系统分析多晶硅还原炉内化学反应与流动的耦合特性,梳理数值模拟的基础理论与关键模型,深入探讨流速分布、温度场与反应速率的核心耦合机制,总结模拟方法的优化策略,结合实践案例验证模拟的有效性,最后展望未来发展方向,为还原炉结构优化与工艺参数调控提供理论支撑。

关键词


多晶硅还原炉;化学反应;流动耦合;数值模拟;传质传热;沉积特性

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参考


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。铝塑膜内层爽滑剂添加在热封聚丙烯层中,添加方式通常是将爽滑剂与聚丙烯共混、熔融、挤出、造粒,再与热封聚丙烯层主体树脂以特定比例共混,最后与改性聚丙烯层多层共挤、流延到中间金属层上成膜。目前,为了改善聚丙烯薄膜的高摩擦性能的缺陷,使用较多的爽滑剂为酰胺类爽滑剂[2-5]。其中,芥酸酰胺具有较高的熔点,良好的热稳定性和抗氧化能力强,分子结构中含有长不饱和碳链和胺基,能赋予聚丙烯表面优异的极性作用和润滑性能

。因此,本文以芥酸酰胺添加到铝塑膜热封聚丙烯层中开展研究。芥酸酰胺与热封聚丙烯的相容性有限,易从内部迁移至薄膜表面,也易从表面回迁至薄膜内部,从而导致铝塑膜表面的摩擦系数出现异动[7-8]。这种迁移行为取决于芥酸酰胺的添加量,热封聚丙烯的理化性能,以及外界储存温度、时长等

。本文利用纳米压痕仪测定铝塑膜热封聚丙烯层的理化性能参数——硬度,并对具有不同硬度的热封聚丙烯层的摩擦系数受温度的影响进行研究,以作为铝塑膜热封聚丙烯种类选型的参考依据。2 实验部分2.1 原料及设备PP 1#(三元无规共聚聚丙烯,28MFR=5g/10min)、PP 2#(三元无规共聚聚丙烯,50MFR=7g/10min)、PP 3#(三元无规共聚聚丙烯,39MFR=10g/10min)、爽滑剂(含有12%重量比的芥酸酰胺的三元无规聚丙烯母粒)、马来酸酐接枝改性聚丙烯(MFR=5g/10min)、挤出淋膜设备、摩擦系数仪(兰光MXD-02)、纳米压痕仪(布鲁克)、环境试验箱(ESPEC)。2.2 材料准备铝塑膜外层的制备:铝箔的厚度为40微米,尼龙的厚度为15微米,聚对苯二甲酸乙二酯的厚度为12微米。将铝箔的暗面与亮面经过钝化处理,然后暗面通过涂布聚氨酯的胶粘剂与尼龙以及聚对苯二甲酸乙二酯进行干式复合。挤出淋膜:分别将PP 1#、PP 2#、PP 3#与爽滑剂按照重量为99:1共混,按照淋膜顺序加入料筒,另一个料筒中固定加入马来酸酐接枝改性聚丙烯,通过熔融挤出机的两个挤出模头采用两层共挤,流延在上述铝塑膜的亮面,冷却成膜。马来酸酐接枝改性聚丙烯与铝箔直接接触,PP 1#、PP 2#、PP 3#会分别形成铝塑膜的热封聚丙烯层,分别制备成成品铝塑膜 1#、铝塑膜 2#、铝塑膜 3#。


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