一种硅材料掺杂用高纯镓快速成型装置及方法
技术领域
本发明属于硅材料掺杂技术领域，具体涉及一种硅材料掺杂用高纯镓快速成型装置及方法。
背景技术
太阳能级硅是采用定向凝固法或者直拉法制备的，在制备过程中，为控制电阻率，需要掺杂镓元素，由于镓为纯元素，掺杂量少，所以太阳能级硅掺杂用镓需要具备纯度高，质量小且准确性高的特性；而由于镓熔点为29.8℃，在常温下多以液体状态存在，容易与部分材质容器浸润，粘黏在容器表面，且镓容易被空气中水蒸气和氧气氧化，因此，如何在保证镓不被水蒸气和氧气污染的情况下精准分割小质量的镓且快速冷却成型就尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅材料掺杂用高纯镓快速成型装置及方法，以便更好地针对高纯镓进行成型处理。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种硅材料掺杂用高纯镓快速成型装置，包括冷却系统，滴镓定位系统，流动控制系统，水浴系统，炉腔系统；冷却系统包括冷却装置控制器、冷却台、冷却盘，冷却盘为表面有均匀分布的圆形槽，镶嵌于冷却台上，便于拆卸，冷却装置控制器设置在冷却台侧面；冷却台安装在导轨上，可在导轨上移动，导轨具有可伸缩性，可控制前后移动，控制器控制冷却台移动，控制按照既定速度使得冷却盘移动；滴镓定位系统为滴镓定位漏斗，滴镓定位漏斗固定在外炉腔上；流动控制系统包括速度控制阀、盛镓容器，通过对速度控制阀的控制，调整容器中的镓的流动速度；水浴系统包括隔热层、水浴装置，隔热层设在水浴装置侧壁，隔热层起到保温隔热作用，不仅保证恒温，同时隔绝水浴系统与冷却系统之间的相互影响；盛镓容器放置在水浴装置中；炉腔系统包括外炉腔、气体进出口，水浴装置放置在外炉腔中；外炉腔整体起到保护及隔离作用，气体进出口设置在外炉腔侧壁，用于外接充气装置。在滴镓前，需打开充气装置，充入氩气或其他惰性气体，使镓与空气隔绝，保证镓的高纯性。
进一步地，速度控制阀的上部和下部分别设有管道与盛镓容器底部出口和滴镓定位漏斗上部相连接。
该装置具体使用时，工作原理和过程如下：
（1）对需要分割的镓进行预热，使其处于液态状，将液态状高纯镓加入盛镓容器中，盛镓容器放置在水浴装置中；盛镓容器和水浴装置整体内部处于封闭状态；
（2）打开充气装置，利用气体进出口充入氩气或其他惰性气体，排除容器内空气，后使用过程持续通气，与空气隔绝；
（3）通过水浴箱提供恒定温度，对高纯镓进行加热，使高纯镓维持液体状，便于分离；同时在水浴装置外部设有隔热装置，不仅起到保温作用，还防止热量散失到装置内部，影响凝固效果；
（4）通过冷却装置控制器设定底部冷却装置按照所需移动速度及移动方式移动；或者保持底部冷却装置不动，通过冷却装置控制器控制滴镓漏斗按照所需移动速度及移动方式移动；冷却台安装在导轨上，可在导轨上移动，导轨具有可伸缩性，可控制前后移动，控制器控制冷却台移动，控制按照既定速度使得冷却盘移动；
（5）调整速度控制阀，根据所需高纯镓质量大小，调整液态镓的流动速度，从而调整滴镓速度；
（6）当液态镓滴到冷却盘圆形槽内，槽形的设计防止液体相互流动，表面急速冷却，液态镓凝固变为固态，形成所需大小高纯镓颗粒；
（7）待冷却盘滴慢，取出冷却盘，将制成的颗粒高纯镓置于封闭盒内，置于低温环境保存。
由于镓与玻璃可以浸润，为避免流动顺畅及溶液不浪费，所以整体设备不适宜使用玻璃容器存放，采用聚苯乙烯或聚丙烯等不与之发生浸润的材质。由于高纯镓容易与空气中水蒸气和氧气反应氧化，且制备镓体积较小，比表面积大，与空气接触较多，比较容易被空气中水分污染，为保持镓的高纯性，整体装置设有充气装置，开始前充入氩气，氮气或其他惰性气体，形成密闭空间，隔绝与空气接触。
该发明的有益效果在于：该发明通过装置设计，解决了太阳能级硅掺杂用镓不易分割问题，大大减少了高纯镓的制备成本，简化了制备工序。通过通入氩气或惰性气体，使得镓与空气中水分不接触，保证了镓的高纯性；通过对材料的选择，减少了对镓的浪费。且整体设计简便易操作，便于推广。通过液态镓的流动速度控制，按照要求得到固定重量镓，保证了镓的精准性。在冷却盘表面设有均匀分布的圆形槽，增加圆形槽设计，防止液体流动，使液体相互准确分离。
附图说明
图1是本发明实施例中所使用装置外部结构示意图。
图2是本发明实施例中所使用装置内部结构示意图。
图3是本发明实施例中所使用装置冷却盘表面结构示意图。
图4是本发明实施例中所使用装置剖视后内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
如图1-4所示的硅材料掺杂用高纯镓快速成型装置，包括冷却系统，滴镓定位系统，流动控制系统，水浴系统，炉腔系统。
冷却系统包括冷却装置控制器1、冷却台2、冷却盘3，冷却盘3为表面有均匀分布的圆形槽，镶嵌于冷却台2上，便于拆卸，冷却装置控制器1设置在冷却台2侧面，冷却台安装在导轨上，可在导轨上移动，导轨具有可伸缩性，可控制前后移动，控制器控制冷却台移动，控制按照既定速度使得冷却盘移动；
滴镓定位系统为滴镓定位漏斗4，滴镓定位漏斗4固定在外炉腔9上；
流动控制系统包括速度控制阀5、盛镓容器6，通过对速度控制阀5的控制，调整容器中的镓的流动速度；
水浴系统包括隔热层7、水浴装置8，隔热层7起到保温隔热作用，不仅保证恒温，同时隔绝水浴系统与冷却系统之间的相互影响；盛镓容器6放置在水浴装置8中
炉腔系统包括外炉腔9、气体进出口10，水浴装置8放置在外炉腔9中；外炉腔9整体起到保护及隔离作用，气体进出口10用于外接充气装置。在滴镓前，需打开充气装置，充入氩气或其他惰性气体，使镓与空气隔绝，保证镓的高纯性。
速度控制阀5的上部和下部分别设有管道与盛镓容器6底部出口和滴镓定位漏斗4上部相连接。
该装置具体使用时，工作原理和过程如下：
（1）对需要分割的镓进行预热，使其处于液态状，将液态状高纯镓加入盛镓容器6中，盛镓容器6放置在水浴装置8中；盛镓容器6和水浴装置8整体内部处于封闭状态；
（2）打开充气装置，利用气体进出口10充入氩气或其他惰性气体，排除容器内空气，后使用过程持续通气，与空气隔绝；
（3）通过水浴箱8提供恒定温度，对高纯镓进行加热，使高纯镓维持液体状，便于分离；同时在水浴装置外部设有隔热装置，不仅起到保温作用，还防止热量散失到装置内部，影响凝固效果；
（4）通过冷却装置控制器1设定底部冷却装置按照所需移动速度及移动方式移动；或者保持底部冷却装置不动，通过冷却装置控制器1控制滴镓漏斗4按照所需移动速度及移动方式移动；冷却台安装在导轨上，可在导轨上移动，导轨具有可伸缩性，可控制前后移动，控制器控制冷却台移动，控制按照既定速度使得冷却盘移动；
（5）调整速度控制阀5，根据所需高纯镓质量大小，调整液态镓的流动速度，从而调整滴镓速度；
（6）当液态镓滴到冷却盘3圆形槽内，槽形的设计防止液体相互流动，表面急速冷却，液态镓凝固变为固态，形成所需大小高纯镓颗粒；
（7）待冷却盘3滴慢，取出冷却盘3，将制成的颗粒高纯镓置于封闭盒内，置于低温环境保存。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
