铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa
铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响

摘要:

关键词:多晶硅铸造多晶硅金属杂质

正文:

金属杂质特别是过渡金属杂质,在原生铸锭中的浓度般都低于1×10”cm 3,但是它们无论是以单个原子形式,或者以沉淀形式出现,都对太阳能电池的转换效率有重要的影响。近期由于硅料中所含金属杂质超标,导致多个晶锭出现电阻率严重异常而整锭报废,另外还出现较多晶棒切片后的硅片电阻率出现较大波动,对公司的经济效益带来严重的影响。下面对铸造多晶硅中金属杂质的性质及其对硅片性能的影响进行详细的分析,为多晶硅片的生产及异常硅片的处理提供一定的参考。

1.铸造多晶硅中金属杂质的来源

铸造多晶硅中的金属杂质主要有Fe,Al,Ga,Cu,Co,Ni等,铸造多晶硅中金属杂质的来源主要有以下几个方面:

A.原生硅料中含有一定量的金属杂质,这也是金属杂质的一个主要来源。目前由于硅料异常紧缺,导致一些含杂质较多的硅料在市场上

流通,造成铸出的晶锭出现问题的事故时有发生。

B.在硅料的清洗,铸锭及切片的整个过程中由于使用各种金属器件接触,导致金属杂质的引入。这也是铸造多晶硅中金属杂质含量偏高

的一个主要原因。整个工艺流程中引入金属杂质的途径有很多,例

如硅料清洗过程中清洗液的残留,晶锭转运过程中使用的不锈钢转

运车,多晶硅棒破碎过程中所使用的铁锤等。

2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解

硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中,或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着,随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。

A.金属杂质在硅锭中的分布

在高温(>800℃)下,过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质,在高温下,Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于

液相时的扩散速率,达到10-4cm2/s 。而其他的金属杂质,如Fe 、Cr 等为慢扩散杂质,一般比Cu 、Ni 的扩散速率慢一到两个数量级,但在高温下仍可以达到几十到几百微米每秒。

在经过定向凝固的多晶硅锭中,金属杂质的浓度分布呈现出两头高中间低的趋势

B. 金属杂质在硅中的溶解度

硅中金属杂质的溶解度可用下面的热力学动力学表达式表示:

其中H ,S ,G 分别为焓(enthalpy ),熵(entropy )和自由能(free energy )。

Eb 为金属杂质与临界相间的束缚能;

Ec 为金属杂质与硅形成化合物时,金属外层电子与硅外层电子的结合能; Es 为金属原子在硅晶胞中的弹性应变能。

5.3.1实验样品及过程

实验样品为包含原始头部及尾部的长条形硅片,如上一节中图5-2.1。将样品于200℃热处理十分钟左右,快速退火,用微波光电导衰减仪分别测量样品处理前后的少子寿命值,根据前后少子寿命的变化而计算出Fe 浓度,微秒具体关系式为:【Fe 】=K ·(1/;一1,Tm 。)。基冉K 。一m=3.4xl 萨us /c 隶。

5.3.2实验结果与讨论

KT KT H K s KT G e C e e e Ceq /0

///?H -?-??-===Es

Ec Eb G +-=?

图5 3.1间隙铁浓度沿硅锭生长方向分布图

由上图可以得知,间隙铁浓度沿硅锭长度方向的分布特征为:底部和顶部处浓度明显较高,数量级约为lO“泖一,中间部分浓度分布较为均匀,且其浓度基本上均低于5×10“删~。由于铁的分凝系数远小于l“”,所以顶部处铁浓度较高可以理解为由铁在硅熔体中分凝所导致的结果,然而硅锭底部处较高的铁浓度则无法用分凝来解释。由于铁在硅中具有较大的固相扩散系数,所以这可能是硅锭底部凝固完成后的冷却过程中,铁由坩埚或者氮化硅保护层中向硅锭底部进行固相扩散的结果。事实上,由于硅锭底部最先开始凝固,而通常整个凝固过程将持续数十个小时,硅锭底部将有较长的时间处于高温状态,因此来自坩埚和涂层的金属杂质(主要为铁)通过固相扩散进入到晶体中的现象极有可能发生

3.金属杂质对硅片性能的影响

铸造多晶硅中金属杂质一般以间隙态替位态、复合体或沉淀形式存在,往往会引入额外的电子或空穴,导致硅片载流子浓度改变,还可能成为复合中心,大幅度降低少数载流子寿命。另外,由于在多晶硅中含有境界、位错等大量缺陷,使得金属杂质很易于在这些缺陷处形成金属沉淀,对硅片的性能造成严重的破坏作用。

金属杂质在硅中会形成深能级,就是,距离导带和价带都很远的能级。还是拿火车来比喻,站台是价带,火车是导带,站台与火车之间的间隙时禁带。如果禁带很宽,一个人跳不过去,那么,就在中间垫一些“梅花桩”,大家应当可以踩着跳过去了,但假如间隙太大,只在火车与站台中间垫一个桩,而这个桩离两边还是很远,那么,加入有一个人站到了这个桩上,可能进退两难,既无法跳上火车,也无法跳回站台。

硅中金属杂质的情形与此相似,金属杂质会在硅中形成深能级,这些深能级距离导带和禁带都很远,所以不但这些杂质本身的能级对提高导电性没有什么关系,而且,一旦其它的浅能级(如磷或硼)载流子遇到这类深能级的杂质,反而会被“陷住”,更加不易发生跃迁,既难以跳到导带,也难以跳回价带,失去了载流子的作用。这就是所谓深能级对载流子的复合作用,这些深能级杂质所在的位置,称为“深能级复合中心”。复合中心的存在会降低少数载流子的寿命,从而降低太阳能电池的效率。如果这种复合作用是在光照之下慢慢发生的,就会形成所谓的太阳能电池的光致衰减现象。

对金属杂质含量过高硅片的处理

由于铸锭中古有晶界、位错等大量缺陷,使得金属杂质易于在这些缺陷处形成金属沉淀,在硅片的线锯工艺巾会带来巨大破坏。有研究指出,在铸锭中,金

属沉淀不足南于同溶度随温度的降低而造成,而是由于金属原子易于在晶体缺陷出沉淀。由于Sic颗粒帝』金属杂质.如Fe,硬度较高,若较为严重,在线切割过程巾会造成断线,严重影响硅片的生产。因此在线开方后.需通过妾[外检测仪检测硬点,进行截断处理,以保证硅片的出片率。而一些轻微的硬点.在红外检测时未能发现,流人线切割工芝中,这样就会造成大量的硬点线痕,此类硅片只能作为等外品,进行回炉处理。严重的就会造成断线。这样就大大地影响了硅片的合格率,从而降低太阳电池的生产效率。图2为硬点线痕硅片的照片。,硬点硅棒一旦流人下一步切割【艺中,将会造成大量等外线痕硅片.降低硅片的一等片率。,Macdonald等51利用中于活化分析技术,研究了符种金属杂质在铸锭中沿晶体牛长方向的分布。金属杂质cu、Fe、co的浓度分别在上部和底部约10%以内的K域内蛀高,在中部的浓度较低。在铸锭晶体上部,是晶体最后凝阿的区域。由于硅中台属的分凝系数一般都远小于1.所以,最后凝固的这部分金属杂质浓度较高;而在铸锭底部,虽然根据分凝,其金属杂质维度应该较低.但是,由于这部分晶体紧靠石英坩埚,石英中的金属杂质会污染到这部分晶体,所以晶体底部的金属杂质谁度也较高。由于有金属杂质的存在.导致硅棒金属杂质聚集的地方电阻率偏大,超出了硅片电阻率的合格范围,在制作电池时,降低电池的转换效率。因此,钱开方工艺后,须用电导率仪测试每根晶棒头部,中部、尾部的电导率,对于电导率异常的品棒进行报废处理。经过处理后再铸成多晶硅利用。若没有检测出电导牢异常的现象,在电池车间,会出现方块电阻异常。

在线开方后工艺中.要将晶棒的头尾部截断.与金属杂质的诳度偏高也有密切联系,围金属杂质浓度高,使得这部分的电导率高于太阳电池晟佳电导率范围值.从而会太大影响电池的转换效率:在硅片,£产中,避免将这类电导卓异常的硅片流人电池部门,须将晶棒头尾部进行截断处理。

由上图可以得知,间隙铁浓度沿硅锭长度方向的分布特征为:底部和顶部处浓度明显较高,数量级约为lO“泖一,中间部分浓度分布较为均匀,且其浓度基浙江大学硕士学位论文

本上均低于5×10“删~。由于铁的分凝系数远小于l“”,所以顶部处铁浓

度较高可以理解为由铁在硅熔体中分凝所导致的结果,然而硅锭底部处较高的铁浓度则无法用分凝来解释。由于铁在硅中具有较大的固相扩散系数,所以这可能是硅锭底部凝固完成后的冷却过程中,铁由坩埚或者氮化硅保护层中向硅锭底部进行固相扩散的结果。事实上,由于硅锭底部最先开始凝固,而通常整个凝固过程将持续数十个小时,硅锭底部将有较长的时间处于高温状态,因此来自坩埚和涂层的金属杂质(主要为铁)通过固相扩散进入到晶体中的现象极有可能发生。

杨德仁教授在他的《太阳电池材料》一书中,曾对单晶硅和多晶硅中的金属杂质进行过分析。分析得很是透彻。但该书中的分析有一个前提,就是认为,硅中的金属杂质的原子浓度在每立方厘米10的15次方个左右,也就是说小于0.1 ppma. 所以,尽管书中的归纳和分析也是十分有价值的,但多少还是不太适应物理法多晶硅的金属杂质问题。因为,UMG的金属杂质含量通常在几个ppm 以上,以原子浓度来说,都在每立方厘米10的16次方、甚至10的17次方以上。

其实,经过调查,针对UMG的金属杂质的表现,目前还没有一个统一的认识。中山大学沈辉教授的一位博士研究生徐华毕在2008年9月20日的常州会议上,对国际上关于物理法多晶硅中的杂质问题的学术研究作了一个比较全面的汇总,可以说明这一点。

笔者认为,金属杂质的存在,才是所制成的太阳能电池会衰减的必要条件。目前国际比较流行的看法是因为硼氧复合体的存在,但笔者对此不能苟同,个中理由将在与有关专家详尽分析后,另外撰文进行深入一点的分析。

金属杂质在硅中会形成深能级,就是,距离导带和价带都很远的能级。还是拿火车来比喻,站台是价带,火车是导带,站台与火车之间的间隙时禁带。如果禁带很宽,一个人跳不过去,那么,就在中间垫一些“梅花桩”,大家应当可以踩着跳过去了,但假如间隙太大,只在火车与站台中间垫一个桩,而这个桩离两边还是很远,那么,加入有一个人站到了这个桩上,可能进退两难,既无法跳上火车,也无法跳回站台。

硅中金属杂质的情形与此相似,金属杂质会在硅中形成深能级,这些深能级距离导带和禁带都很远,所以不但这些杂质本身的能级对提高导电性没有什么关系,而且,一旦其它的浅能级(如磷或硼)载流子遇到这类深能级的杂质,

反而会被“陷住”,更加不易发生跃迁,既难以跳到导带,也难以跳回价带,失去了载流子的作用。这就是所谓深能级对载流子的复合作用,这些深能级杂质所在的位置,称为“深能级复合中心”。复合中心的存在会降低少数载流子的寿命,从而降低太阳能电池的效率。

如果这种复合作用是在光照之下慢慢发生的,就会形成所谓的太阳能电池的光致衰减现象。

除了光致衰减外,金属杂质如果过多,还会造成漏电流的增加。在太阳能电池的PN结附近,有一个空间电荷区,这个电荷区的电流正常情况下,应当是光生电流,即受光照后,载流子跃迁产生的电流,但金属杂质过多时,因为金属杂质的原子外围的电子是自由电子,因此,会产生漏电流,这些漏电流过大时,可能导致PN结的导通。

目前国内外许多专家认为铝的能级不是深能级,而且,铝因为是III族元素,与硼是同一族的,因此,还能够被用作P型的掺杂元素。事实上,在N型材料的电池中,也确实有用铝作为P型结扩散形成PN结的。

实际上,因为物理法提纯时,铝是金属杂质中比较难除的一种杂质。因为铝在硅中的分凝系数约在 0.1 左右,比铁等其它金属要大得多,所以,分凝对铝的作用比较有限。因此,在物理法冶金硅中,铝往往是最后被去除的几种金属杂质之一。

如果硅中有铝存在,而且浓度在0.1ppm 以上的时候,铝会与硼一样,对电阻率的下降做出贡献。假如,硅中含有0.3ppm的硼,电阻率假如是0.5欧姆厘米,而同时又有0.3ppm的铝,可能会导致电阻率下降到0.1欧姆厘米以下。但铝所产生的载流子(空穴),其迁移率是否与硼的一样,还需要再研究,因此,铝的存在会导致材料的情况复杂。

此外,所谓的空穴也好,电子也好,都是在铝在硅中以固溶体的方式完全溶解才成立的。如果铝的浓度超过固溶度,则会产生铝沉淀,那么,沉淀物对材料的影响,则是完全以缺陷的方式来表现的,而这时,铝本身的金属特性将会显现,又会导致更加复杂的情况出现,可以肯定地时,这些情况不会是往好的方向改善的。在目前国际上还没有人对此进行深入研究的时候,还是应当尽量将铝去除的。而对于铁,因为是过渡金属,因此,完全看不到会有什么好的

作用。而根据普罗与国内一些大学的合作研究表明,铁在硅中,会与硼也产生类似的复合体的作用,造成少子寿命的减少,而且,硼铁的相对作用,会因光照或温度而造成反复,这种现象,也从对物理法多晶硅的进一步的深入试验中得到了证实。但其中的机理和物理模型,则正在研究阶段中。根据初步分析,硼铁的作用,应当比硼氧复合体理论,更能解释物理法多晶硅的光致衰减作用。

铁的分凝系数很小,因此,通过定向凝固是比较容易去除的。它之所以在物理法多晶硅中成为比较难以去除的杂质,主要还是因为原料中的含量过大(通常大于1000ppm),以及在提纯过程中,容易受到污染所致。

硅中的杂质还有钛、钨、锰等。这些杂质由于自身的特性,会与氧、氢、氮等结合,所以,也会形成比较复杂的情况。

总之,硅材料中的金属杂质的影响,是物理法多晶硅导致的一个新问题,也是值得研究的一个问题。对于这些现象的研究、分析,无论是物理法提纯的公司还是有关的研究机构,都值得花些精力来做。

但笔者认为,最重要的,还是要将金属杂质尽量地除干净。这个问题在西门子法的提纯工艺中不是问题,也不应当永远成为物理法多晶硅的问题。而且,从理论和工艺实践上看,是可以把金属杂质提纯到没有副作用产生的程度的。

硅中的杂质(三)

定向凝固可以完全消除金属杂质吗?

说到硅中金属杂质的去除,许多从事过冶金法或物理法提纯多晶硅的人都认为,通过定向凝固就可以把金属杂质“消除殆尽”,这是不错的。

不过,“殆尽”是“接近没有”的意思。这个“殆”字,到底指接近到什么程度,却值得认真探讨探讨。

如果降金属杂质从2000ppm除到10个ppm,只剩下十万分之一,在通常的意义上,可以说基本没有了,但这并不能满足太阳能电池的需要。如果消除到1个ppm ,更可以说接近没有了,但实际上,有些金属杂质哪怕只有0.2ppm,也一样会使材料无法达到正常的太阳能电池的参数。因此,仅仅靠定向凝固,对金属杂质的去除作用是有限的。

许多人认为,只要将定向凝固多做几次,就可以把金属杂质去除干净。实际上,哪怕进行一百次定向凝固,也不会将金属杂质无限度的减小。这与化学

反应的情形一样,当杂质的含量小到了一定的程度,应当进行的反应往往就不进行了,同样地,分凝作用也不是那么明显了。如果读者有耐心从化学动力学和量子力学的角度去分析一下,就可以明白为什么会这样了。

灰铸铁的热处理

灰铸铁的热处理 退火 1.去应力退火为了消除铸件的残余应力,稳定其几何尺寸,减少或消除切削加工后产生的畸变,需要对铸件进行去应力退火。 去应力退火温度的确定,必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时,即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化,使强度和硬度降低。当含有合金元素时,渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。 通常,普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜,低合金灰铸铁为600℃,高合金灰铸铁是可提高到650℃,加热速度一般选用60~120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢,以免产生二次残余内应力,冷却速度一般控制在20~40℃/h,冷却到200~150℃以下,可出炉空冷。 一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1. 2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度,改善加工性能,提高铸铁的塑性和韧性。 若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时,可进行低温石墨化退火;当铸件中共晶渗碳体数量较多时,须进行高温石墨化退火。 (1)低温石墨化退火,铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化,从而使铸件硬度降低,塑性增加。 灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度,保温一段时间使共析渗碳体分解,然后随炉冷却。

(2)高温石墨化退火,高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度,使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨,保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。 正火 灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性,或作为表面淬火的预备热处理,改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30~50℃,使原始组织转变为奥氏体,保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体,则必须先加热到Ac1上限+50~100℃的温度,先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内,温度愈高,硬度也愈高。因此,要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时,可选择加热温度的上限。 正火后冷却速度影响铁素体的析出量,从而对硬度产生影响。冷速愈大,析出的铁素体数量愈少,硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法)(空冷、风冷、雾冷),达到调整铸铁硬度的目的。 淬火与回火 1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30~50℃的温度,一般取850~900℃,使组织转变成奥氏体,并在此温度下保温,以增加碳在奥氏体中的溶解度,然后进行淬火,通常采用油淬。 对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热,必要时可在500~650℃预热,以避免不均匀加热而造成开裂。 随奥氏体化温度升高,淬火后的硬度越高,但过高的奥氏体化温度,不但增加铸铁变形和开裂的危险,并产生较多的残留奥氏体,使硬度下降。 灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。

耐热金属材料机械性能影响因素

耐热金属材料机械性能影响因素 摘要:本文主要根据实践经验进行研究分析,对金属材料的机械性能所产生的影响一般具有几方面的重要因素,例如,蠕变极限、焊接工艺、在金属材料当中所产生的化学成分等,所以通过对这些因素的分析,提出了相应的解决措施。 关键词:耐热金属材料;机械性能;蠕变极限;化学成分 引言 在很多企业中譬如说航空、电力、冶金、化工、石油等,这些行业中材料都是在比较高的温度背景下运行,所以必须利用耐高温的金属原料。在耐高温的金属原料的运行背景下,耐高温的金属原料必须具备以下两个方面的性能,金属原料在高温下具有稳定的化学性和高温强度。必须要仔细研习解析耐高温原料的影响元素,才能根据原因运用适当的方法以便提升耐高温金属原料的机械能力。 一、探讨耐热金属材料机械性能影响原因的意义 如果从耐热金属材料所使用的环境观察,其性能主要包括在两个方面,也就是它的高温强度以及它的化学稳定性能。但是,如果要是针对耐热金属材料,就必须要认真的分析研究它主要的影响因素,再根据具体原因采用相应的解决措施,从而提高金属材料的性能。耐热材料指的是具有蠕变变形小、断裂强度高等特点,同时在正常的使用过程中必须要具有一定的稳定性。然而在使用耐热材料的一些设备时,其设计概念却产生了一定的变化,曾经把坚决不破坏的设计思想是作为一个安全寿命进行设计的,从思想上主要是以安全设计以及允许损伤设计进行转变的。所谓运行安全设计指的是当局部材料出现破损时,其余下的部分仍然可以承受起破损部位的应力,而不会导致全部的零件出现破损情况,而设计允许损伤时主要是通过假设情况下出现裂纹,而当裂纹在扩展期间内的设备则仍然可以继续使用,对此,基于这种思想变化,对于开发者在设计考虑方法时就必须要做相应的转变,也就是要从一种材料的耐高温度以及对它蠕变的强度极限选择材料,找对方向。 二、耐热金属材料的性能特点 一般耐热的金属材料通常是与能源相关的条件下相互作用的,主要可以分成两种,(1)在静止状态下所应用的部件,例如有喷钼、材料电池电解质、透平叶片、人造卫星使用的热防护板等,但是如果根据卡诺循环基理观察,如果是有关能源的使用材料其温度越高,它的使用效率也会越高,当应用棱聚变能的状态时,如果所使用的温度过高时,其要求也会越高。(2)有动作机械部件,也就是透平喷气发动机可以对其使用离心力的部件。它的具体要求就是必须要具有蠕变性能以及抗氧化的性能。此外,如果要更好的使用自然能源,在各方面的要求上也会更为严格,如果要使用复合材料,也就是这种耐热结构的材料。通常情况下,如果金属材料在一定的室温下,其变形以及塑性主要是根据位错运动实现的,一般晶界的强调会很高,所以当位错运动时它就会具有很大阻力,因此,在室温下的

影响材料性能的因素

1.0影响材料性能的因素 2.01.1碳当量对材料性能的影响字串9 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量()较高时,石墨的数量增加,在孕育条件不好或有微量有害元素时,石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少,而且在承受负荷时产生应力集中现象,使金属基体的强度不能正常发挥,从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度,而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着 C、Si的量提高,会使珠光体量减少,铁素体量增加。因此,碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中,碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。 1.2合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素,这些元素含量会直接影响珠光体的含量,同时由于合金元素的加入,在一定程度上细化了石墨,使基体中铁素体的量减少甚至消失,珠光体则在一定的程度上得到细化,而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化,使铸铁总有较高的强度性能。在熔炼过程控制中,对合金的控制同样是重要的手段。 1.3炉料配比对材料的影响字串4 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点,而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分,而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生铁是Ti的主要来源,因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量,对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源,因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电炉投入使用的初期,我们一直沿用了冲天炉的炉料配比(生铁:25~35%,废钢:30~35%)结果材料的机械性能(抗拉强度)很低,当我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢的用量之后,问题很快得到了解决,因此废钢在熔化控制过程中是一项非常重要的控制

影响材料吸声性能的因素

离心玻璃棉的建筑声学特征及应用 离心玻璃棉内部纤维蓬松交错,存在大量微小的孔隙,就是典型的多孔性吸声材料,具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等,可以大量吸收房间内的声能,降低混响时间,有利于提高语言清晰度,也有利于减少室内噪声。在轻体隔墙的空腔内填入离心玻璃棉,不但起到良好的保温作用,还可以较大幅度地提高墙体的隔声性能,有利于隔绝噪声,也有利于保证室内谈话的私密性。使用离心玻璃棉制成管道或风机罩的衬里可以起到消声作用,有利于降低管道中气流与机械振动产生的噪声,使空调系统更加安静。离心玻璃棉具有良好的弹性,可以作为楼板减振垫层的主要材料,显著地降低楼上的脚步、奔跑、拖动物品等撞击产生的噪声对楼下房间的影响。? 离心玻璃棉的声学特性不但与厚度与容重有关,也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。本文将就离心玻璃棉 相关的建筑声学基本概念、建筑吸声应用、建筑隔声应用、建筑消声应用、国内外不同声学产品 对比,以及相关的国家规范标准等方面近可能详细地讨论离心玻璃棉的建筑声学特性及应用。 一、建筑声学的基本概念 1)声音???物体的振动产生“声”,振动的传播形成“音”。人们通过听觉器官感受声音,声音就是物理现象,不同的声音人们有不同的感受,相同声音的感受也会因人而异。美妙的音乐令人陶醉,清晰激昂的演讲令人鼓舞,但有时侯,邻居传来的音乐声使人难以入睡,她人之间的甜言蜜语也许令人烦恼。建筑声学不同于其她物理声学,主要研究目的在于如何使人们在建筑中获得良好的声音环境,涉及的问题不局限于声音本身,还包括心理感受、建筑学、结构学、材料学甚至群体行为学等多方面问题。? 人耳的听觉下限就是0db,低于15db的环境就是极为安静的环境,安静的会使人不知所措。乡村 的夜晚大多就是25-30db,除了细心才能够体会到的流水、风、小动物等自然声音以外,其她感觉 一片宁静,这也就是生活在喧嚣之中的城市人所追求的净土。城市的夜晚会因区域不同而有所不同。较为安静区域的室内一般在30-35db,如果您住在繁华的闹市区或就是交通干线附近,将不得不忍受40-50db(甚至更高)的噪声,如果碰巧邻居就是一位不通情达理的人,夜深人静时蹦蹦跳跳、高声喧哗,也许更要饱受煎熬了。人们正常讲话的声音大约就是60-70db,大声呼喊可达100db。 在中式餐馆中,往往由于缺乏吸声处理,人声鼎沸,声音将达到70-80db,有国外研究报道噪声中进餐会影响健康。人耳的听觉上限一般就是120db,超过120db的声音会造成听觉器官的损伤,140db的声音会使人失去听觉。高分贝喇叭、重型机械、喷气飞机引擎等都能够产生超过120db的声音。?人耳听觉非常敏感,正常人能够察觉1db的声音变化,3db的差异将感到明显不同。人耳存在掩蔽效应,当一个声音高于另一个声音10db时,较小的声音因掩蔽而难于被听到与理解,由于掩蔽效应,在90-100db的环境中,即使近距离讲话也会听不清。人耳有感知声音频率的能力,频率高的声音人们会有“高音”的感觉,频率低的声音人们会有“低音”的感觉,人耳正常的听觉频率范围就是20-20khz。人耳耳道类似一个2-3cm的小管,由于频率共振的原因,在2000-3000hz的范围内声音被增强,这一频率在语言中的辅音中占主导地位,有利于听清语言与交流,但人耳最先老化的频率也在这个范围内。一般认为,500hz以下为低频,500hz-2000hz为中频,2000hz以上为高频。语言的频率范围主要集中在中频。人耳听觉敏感性由于频率的不同有所不同,频率越低或越高时敏感度变差,也就就是说,同样大小的声音,中频听起来要比低频与高频的声音响。? 2)频率特性??声音可以分解为若干(甚至无限多)频率分量的合成。为了测量与描述声音频率特性,人们使用频谱。频率的表示方法常用倍频程与1/3倍频程。倍频程的中心频率就是31、5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16khz十个频率,后一个频率均为前一个频率的两倍,因此被称为倍频程,而且后一个频率的频率带宽也就是前一个频率的两倍。在有些更为精细的要求下,将频率更细地划分,形成1/3倍频程,也就就是把每个倍频程再划分成三个频带,中心频率就是20、31、5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1k、1、25k、1、6k、2k、2、5k、3、15k、4k、5k、6、3k、8k、10k、12、5k、16k、20khz等三十个频率,后一个频率均为前一个频率的21/3倍。在实际工程中更关心人耳敏感的部分,因此,除进行必要的科学研究以外,大多数情况下考虑的频率范围在100hz到5khz。如果将声音的频 率分量绘制成曲线就形成了频谱。 对于各种建筑声学材料来讲,不同频率条件下声学性能就是不同的。有的材料具有良好的高频吸

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响 摘要: 关键词:多晶硅铸造多晶硅金属杂质 正文: 金属杂质特别是过渡金属杂质,在原生铸锭中的浓度般都低于1×10”cm 3,但是它们无论是以单个原子形式,或者以沉淀形式出现,都对太阳能电池的转换效率有重要的影响。近期由于硅料中所含金属杂质超标,导致多个晶锭出现电阻率严重异常而整锭报废,另外还出现较多晶棒切片后的硅片电阻率出现较大波动,对公司的经济效益带来严重的影响。下面对铸造多晶硅中金属杂质的性质及其对硅片性能的影响进行详细的分析,为多晶硅片的生产及异常硅片的处理提供一定的参考。 1.铸造多晶硅中金属杂质的来源 铸造多晶硅中的金属杂质主要有Fe,Al,Ga,Cu,Co,Ni等,铸造多晶硅中金属杂质的来源主要有以下几个方面: A.原生硅料中含有一定量的金属杂质,这也是金属杂质的一个主要来源。目前由于硅料异常紧缺,导致一些含杂质较多的硅料在市场上 流通,造成铸出的晶锭出现问题的事故时有发生。 B.在硅料的清洗,铸锭及切片的整个过程中由于使用各种金属器件接触,导致金属杂质的引入。这也是铸造多晶硅中金属杂质含量偏高 的一个主要原因。整个工艺流程中引入金属杂质的途径有很多,例 如硅料清洗过程中清洗液的残留,晶锭转运过程中使用的不锈钢转 运车,多晶硅棒破碎过程中所使用的铁锤等。 2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解 硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中,或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着,随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。 A.金属杂质在硅锭中的分布 在高温(>800℃)下,过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质,在高温下,Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于

影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等,内在因素包括材料本身的成分,组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化,均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面,这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据,以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度,都是用精心加工的光滑试样测得的,然而,实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口,如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中,使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力,零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt :在理想的弹性条件下,由弹性理论求得的,缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数(或疲劳应力集中系数)Kf:光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响,而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加,但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q:疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度,由下式计算。 q的数据范围是0-1,q值越小,表征材料对缺口越不敏感。试验表明,q并非纯粹是材料常数,它仍然和缺口尺寸有关,只有当缺口半径大于一定值后,q值才基本与缺口无关,而且对于不同材料或处理状态,此半径值也不同。 尺寸因素的影响

影响材料性能的因素

1.0 影响材料性能的因素 2.01.1 碳当量对材料性能的影响字串9 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量()较高时,石墨的数量增加,在孕育条件不好或有微量有害元素时,石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少,而且在承受负荷时产生应力集中现象,使金属基体的强度不能正常发挥,从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度,而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着 C、Si的量提咼,会使珠光体量减少,铁素体量增加。因此,碳当量的提咼将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中,碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。 1.2 合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo 等促进珠光体生成 元素,这些元素含量会直接影响珠光体的含量,同时由于合金元素的加入,在一定程度上细化了石墨,使基体中铁素体的量减少甚至消失,珠光体则在一定的程度上得到细化,而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化,使铸铁总有较咼的强度性能。在熔炼过程控制中,对合金的控制同样是重要的手段。 1.3 炉料配比对材料的影响字串4 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点,而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分,而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生铁是Ti的主要来源,因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量,对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源,因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电炉投入使用的初期,我们一直沿用了冲天炉的炉料配比(生铁:25~35%,废钢:30~35%)结果材料的机械性能(抗拉强度)很低,当我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢的用量之后,问题很快得到了解决,因此废钢在熔化控制过程中是一项非常重要的控制 参数。因此炉料配比对铸铁材料的机械性能有着直接的影响,是熔炼控制的重点。

铸造多晶硅杂质和缺陷处理工艺研究进展

铸造多晶硅杂质和缺陷处理工艺研究进展 摘要:近年来,低成本和高效率的多晶硅已经成为最主要光伏材料之一。本文从太阳能电池制备工艺角度出发,综述了国内外近年来关于对铸造多晶硅杂质和缺陷处理方面的工艺研究进展。分析比较了各种处理工艺,包括磷吸杂、铝吸杂、磷铝共吸杂和多孔硅吸杂对杂质吸除效果、少子寿命的影响。也分析了钝化和热处理工艺对多晶硅材料性能的影响。综合考虑成本要求和除杂效果,高温P-AI 联合吸杂以及多孔硅吸杂是较好的选择,它们可能在未来的铸造多晶硅除杂工艺领域中占据重要地位。 一、引言 随着国际原油的价格突破100美元/桶,能源问题变得愈来愈严峻。与此同时,环境问题也要求新能源能够替代化石能源。自1954年贝尔实验室研制出第一块太阳电池以来,光伏材料为基础所制得的太阳电池直接将太阳能转化为电能,这被公认为解决能源和环境问题最有效的途径之一。 在过去的五年中,光伏产业的年增长率超过了40%,成为目前发展最快的产业。2006年,全球太阳能电池产能达到了2520MWp,创造了一个价值120亿欧元的产业。据商业分析,2010年的太阳能产值将达到400亿欧元。 多晶硅作为太阳能电池的主要原料之一,以其相对低廉的成本,成为最重要的原材料,目前已经占据市场50%以上的份额,并且市场份额还有继续扩大的趋势。但是,由于太阳能用多晶硅原材料很多都来源于微电子工业的头尾料,从而导致太阳能用铸造多晶硅中存在大量的微缺陷和氧、氮、碳等非金属杂质,以及较多的铁、铜、镍、锰、钛等金属杂质。多晶硅中位错、晶界等这些扩展缺陷存在的悬挂键和金属杂质是少数载流子的复合中心,这些金属杂质和微缺陷在硅禁带中引人了深能级,成为光生少数载流子的复合中心,从而减少了少数载流子的寿命,严重影响了太阳电池的光电转换效率。如何消除这些因素对多晶硅电池的影响就成为当前研究的主要课题之一。 本文从太阳能电池制备工艺角度出发,综述了国内外近年来关于对铸造多晶硅杂质和缺陷的处理方法的报道,分析比较了各种处理工艺对杂质吸除效果、少子寿命的影响,并对未来的技术和工艺发展的趋势做出了展望。 二、吸杂工艺 吸杂可分为外吸杂和内吸杂,内吸杂是利用硅中氧沉积所产生的缺陷作为“陷阱”,以此捕获硅体内的杂质,从而在表面形成一层“洁净”区域用于制备器件,一般用于IC(Integrated Circuit)行业。外吸杂是采用外部吸收的方式, 使金属杂质从活跃区域移动到不产生负面效果的区域,一般是采用磷、铝的单独吸杂或两者的共同吸杂。太阳电池作为体器件,其吸杂只能使用外吸杂。

简述哪些因素对钢材性能有影响

三、简答题 1.简述哪些因素对钢材性能有影响? 化学成分;冶金缺陷;钢材硬化;温度影响;应力集中;反复荷载作用。2.钢结构用钢材机械性能指标有哪几些?承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求? 钢材机械性能指标有:抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性; 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格:抗拉强度、伸长率、屈服点。3.钢材两种破坏现象和后果是什么? 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前,结构有明显的变形,并有较长的变形持续时间,可便于发现和补救。钢材的脆性破坏,由于变形小并突然破坏,危险性大。 4.选择钢材屈服强度作为静力强度规范值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么? 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的规范值的依据是:①他是钢材弹性及塑性工作的分界点,且钢材屈服后,塑性变开很大(2%~3%),极易为人们察觉,可以及时处理,避免突然破坏;②从屈服开始到断裂,塑性工作区域很大,比弹性工作区域约大200倍,是钢材极大的后备强度,且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大(Q235的f u /f y ≈1.6~1.9),这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是:①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件,比较极限和屈服强度是比较接近(f p =(0.7~0.8)f y ),又因为钢材开始屈服 时应变小(ε y ≈0.15%)因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的,即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线;②因为钢材流幅相当长(即ε从0.15%到2%~3%),而强化阶段的强度在计算中又不用,从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5.什么叫做冲击韧性?什么情况下需要保证该项指标? 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力,它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量,韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标,还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。

灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施

一、影响灰铸铁力学性能的主要因素: 化学成分(C、Si、Mn、P、S合金元素)灰铸铁的力学性能金相组织 石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素 和数量以及基体组织 工艺、冶金因素:主要有冷却速度,铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等(1)关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料,同一铸件的厚壁和薄壁部分,内部和外表都可能获得相差悬殊的组织,俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多:铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件,不能随意改变,故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。 (2)关于铁液孕育处理的影响孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前,把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态,从而可改善铸铁的显微组织和性能。 对灰铸铁而言,进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织,以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性;对可锻铸铁而言,是为了缩短短退火周期,增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构;对球墨铸铁而言,是为了减少铸件白口倾向,提高球化率和改善石墨的圆整性。 (3)关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以:①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量,②细化石墨,并使枝晶石墨的形成,③消除铸铁的“遗传性”,④提高铸件断面上组织的均匀性,⑤有利于铸件的补缩。同样,铁液保温也有铁液过热的类似作用。 (4)关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料(例如采用

不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能,这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质,称为铸铁的:“遗传性”为此,采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”,并改善铸铁的组织和性能。 综上所述,铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响,因此,不应忽视对这些影响因素的控制。 二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求 一般说来,热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能,但在灰铸铁条件下,热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中,石墨对铸铁性能的影响很大,而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布,故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。 但是,提高灰铸铁力学性能的方法很多,如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等,都可取得很好效果。 三、生产高牌号灰铸铁(孕育铸铁)的注意事项 生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时,为了获得高的力学性能,必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度,但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口,反而降低灰铸铁的力学性能。 在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作孕育处理。孕育处理在铁液中提供大量的、石墨借以生核的生核质点。有效的孕育将促进石墨的析出,从而消除白口、细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布石墨(A型石墨),不但可大幅度地提高综合力学性能,同时还提高铸

灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施

灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施 一、影响灰铸铁力学性能的主要因素: 化学成分(C、Si、Mn、P、S合金元素)灰铸铁的力学性能金相组织 石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素 和数量以及基体组织 工艺、冶金因素:主要有冷却速度,铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等(1)关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料,同一铸件的厚壁和薄壁部分,部和外表都可能获得相差悬殊的组织,俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多:铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件,不能随意改变,故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。 (2)关于铁液孕育处理的影响孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前,把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态,从而可改善铸铁的显微组织和性能。 对灰铸铁而言,进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织,以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性;对可锻铸铁而言,是为了缩短短退火周期,增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构;对球墨铸铁而言,是为了减少铸件白口倾向,提高球化率和改善石墨的圆整性。 (3)关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以:①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量,②细化石墨,并使枝晶石墨的形成,③消除铸铁的“遗传性”,④提高铸件断面上组织的均匀性,⑤有利于铸件的补缩。同样,铁液保

温也有铁液过热的类似作用。 (4)关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料(例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能,这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质,称为铸铁的:“遗传性”为此,采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”,并改善铸铁的组织和性能。 综上所述,铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响,因此,不应忽视对这些影响因素的控制。 二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求 一般说来,热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能,但在灰铸铁条件下,热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中,石墨对铸铁性能的影响很大,而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布,故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。 但是,提高灰铸铁力学性能的方法很多,如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等,都可取得很好效果。 三、生产高牌号灰铸铁(孕育铸铁)的注意事项 生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时,为了获得高的力学性能,必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度,但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口,反而降低灰铸铁的力学性能。 在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作

影响材料力学性能测试的因素

影响材料力学性能测试的因素 1 拉伸实验强度和延性丈量的准确度和偏向取决于能否严厉恪守指定实验办法并受设备和材料要素、试样制备和实验、丈量误差的影响。 2 关于相同材料的复验协商分歧取决于材料的平均性、试样制备的反复性、实验条件和拉伸实验参数的测定。 3 可影响实验结果的设备要素包括:拉伸实验机的刚性、减震才能、固有的频率和运动部件重量;力的指针准确度和实验机不同范围内力的运用;恰当的加力速度、用适宜的力使试样对中、夹具的平行度、夹持力、控制力的大小、引伸计的适用性和标定、热的消散(经过夹具、引伸计或辅助安装)等等。 4 能影响实验结果的材料要素包括:实验材料的代表性和平均性、试样型式、试样制备(外表光亮度,尺寸准确度,标距端部过渡圆弧,标距内锥度,弯曲试样,螺纹质量等等)。 a、有些材料对试样外表光亮度十分敏感(见注8) 必需研磨至理想光亮度,或者抛光至得到正确结果。 b、关于铸造的、轧制的、锻造的或其他非加工外表状态的试样,实验结果可能受外表特性影响(见注14)。 c、取自部件或构件隶属部位的试样,像外延局部或冒口,或者独立消费的铸件(例如, 脊形试块)可能产生不具部件或构件代表性的实验结果。 d、试样尺寸可能影响实验结果。关于圆柱形的或矩形的试样,改动试样尺寸普通对屈从强度和抗拉强度影响很小,但假如呈现改动,则可影响上屈从强度、伸长率和断面收缩率。用下式比拟不同试样测定的伸长率值: L0/(A0)1 / 2 ( 1) 其中: L0 = 试样的原始标距 A0 = 试样的原始横截面积 1 具有较小的L0/(A0)1 / 2 比值的试样普通会得出较大的伸长率和断面收缩率,例如矩形拉伸试样的宽度或厚度增加后,状况即如此。 2 坚持L0/(A0)1 / 2r比值固定最小值,但影响不大。由于增加图8比例试样的尺寸可发现伸长率和面积收缩有所增加或减少,这取决于材料和实验条件。 e、标距内有一个允许的1 %的锥度可招致伸长率值降低。1 %的锥度会使伸长率降低15 % 。

灰铸铁中各元素作用

灰铸铁中各元素作用 1、碳、硅 碳、硅都是强烈地促进石墨化的元素,可用碳当量来说明他们对灰铸铁金相组织和力学性能的影响。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增加,强度硬度下降。相反降低碳当量可减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量,从而提高灰铸铁的力学性能。 但是降低碳当量会导致铸造性能下降。 2、锰:锰本身是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素,在灰铸铁中具有 稳定和细化珠光体作用,在 Mn=0.5%~1%范围内,增加锰量,有利于强度、硬度的提高。 3、磷:铸铁中含磷量超过0.02%,就有可能出现晶间磷共晶。磷在奥 氏体中的溶解度很小,铸铁凝固时,磷基本上都留在液体中。共晶凝固接近完成时,共晶团之间剩余的液相成分接近三元共晶成(Fe-2%、C-7%、P)。此液相约在955℃凝固。 铸铁凝固时,钼、铬、钨和钒都偏析于富磷的液相中,使磷共晶的量增多。铸铁中含磷量高时,除磷共晶本身的有害作用外,还会使金属基体中所含的合金元素减少,从而减弱合金元素的作用。 磷共晶液体在凝固长大的共晶团周围呈糊状,凝固收缩很难得到补给,铸件出现缩松的倾向较大。 4、硫:降低铁液流动性,增加铸件热裂倾向,是铸件中的有害元素。 很多人认为硫含量越低越好,实则不然,当硫含量≤0.05%时,此种铸铁对我们使用的普通孕育剂来说不起作用,原因是孕育衰

退的很快,常常在铸件中产生白口。 5、铜:铜是生产灰铸铁最常加入的合金元素,主要原因是由于铜熔 点低(1083℃),易熔解,合金化效果好,铜的石墨化能力约为硅的1/5,因此能降低铸铁的白口倾向,同时铜也能降低奥氏体转变的临界温度,因此铜能促进珠光体的形成,增加珠光体的含量,同时能细化珠光体和强化珠光体及其中的铁素体,因而增加铸铁的硬度及强度。但是并非铜量越高越好,铜的适宜加入量为0.2%~0.4%当大量地加铜时,同时又加入锡和铬的做法对切削性能是有害的,它会促使基体组织中产生大量的索氏体组织。 6、铬:铬的合金化效果是非常强烈的,主要是因为加铬使铁水白口 倾向增大,铸件易收缩,产生废品。所以,应对铬量加以控制。 一方面希望铁水中含有一定量的铬,以提高铸件的强度和硬度; 另一方面又将铬严格控制在下限,以防止铸件收缩而造成废品率增加。传统的经验认为,原铁水铬量超过0.35%时,将对铸件产生致命的影响。 7、钼:钼是典型的化合物形成元素,是很强的珠光体稳定元素,它 能细化石墨,在ωMo<0.8%时,钼能细化珠光体,同时能强化珠光体中的铁素体,从而能有效地提高铸铁的强度和硬度。

铸造多晶硅小平面枝晶生长机制的研究

13)增刊(Ⅱ)-0192-06 铸造多晶硅小平面枝晶生长机制的研究? 罗大伟1,龙剑平1,李廷举2 (1.成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059; 2.大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024) 摘一要:一近些年来由于低成本二低耗能和少污染等特点,铸造多晶硅已成为主要的光伏材料之一,越来越受到人们的广泛关注三但通过定向凝固工艺获得的粗大的晶体中存在大量的孪晶,认为孪晶就有可能对晶体生长起着主导作用三采用自行设计的真空电磁感应熔炼炉及定向凝固炉对冶金级多晶硅进行了真空条件下的定向凝固实验,通过对定向凝固铸锭的观察和分析并结合国内外其它研究机构在此方面的研究,对铸造多晶硅中平行孪晶的生长机制和小平面枝晶的生长机制进行了详细的分析和讨论三 关键词:一铸造多晶硅;平行孪晶;定向凝固;生长机制中图分类号:一TM914.4文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.增刊(Ⅱ).005 1一引一言 由于制备成本低廉及工艺简单等特点,自20世纪70年代以来铸造多晶硅制备技术在国内外得到迅速的发展三多晶硅目前已经成为最主要的光伏材料之一,但与单晶硅相比,由于用于制备多晶硅的原材料中含有较高的杂质元素,并且结晶条件和结晶组织也有差异,故多晶硅铸锭中存在较多的位错二孪晶等晶体缺陷,它们在光电转换器件中成为载流子的复合中心,从而严重影响太阳电池的光电转换效率三研究表明,铸造多晶硅的晶粒尺寸越大越好,这样可以减少晶界的表面积,并且最好使晶界方向与硅晶片表面相互垂直,这样可以明显降低晶界对多晶硅太阳电池转换效率的影响[1]三通过采用定向凝固技术可以获得沿生长方向整齐排列的粗大柱状晶组织,这些粗大的柱状晶尺寸减少了晶界数量同时也有利于提高太阳电池转换效率三因而研究铸造多晶硅中各类晶体缺陷的分布及其控制方法,对于多晶硅材料的进一步发展具有重要意义三孪晶是多晶硅中出现较多的另一类晶体缺陷三许多研究已经报道了关于小平面方式生长晶体(例如Si二Ge和Bi等)中的孪晶生长现象[2-5]三这些研究表明晶粒的生长方向与孪晶的表面是平行的,既然在这些晶体中存在大量的孪晶,那么孪晶就有可能对晶体生长起着主导作用三虽然孪晶的晶界并不捕获杂质,由于它们高度一致的晶界,因此在太阳电池器件中孪晶对于其光电转换效率的影响是微乎其微的三但是普通的晶界却能够引起杂质的诱捕,因此为了对杂质诱捕位置处的晶界进行评估,消除晶粒边界处的孪晶晶界是非常必要的三本文以经纯化处理的优级冶金级硅为原料,采用自行设计的真空电磁感应熔炼炉及定向凝固炉对冶金级多晶硅进行了真空条件下的定向凝固实验三采用光学金相显微镜对多晶硅铸锭中孪晶的分布规律进行观察和分析,同时对铸造多晶硅中平行孪晶的生长机制和小平面枝晶的生长机制进行了详细的分析和讨论三 2一实一验 自主设计的真空感应熔炼炉的结构示意图如图1所示三真空感应熔炼炉主要由两部分组成,即感应熔炼部分和定向凝固部分三其中感应熔炼炉的最大功率和频率分别为200kW和3000Hz三而定向凝固部分则由4段保温装置所构成,从而为定向凝固过程提供一个从上到下具有负温度梯度的温度场三实验所用的硅料为经过酸洗处理的粒度在0.3~0.5mm之间,质量为2.5k g三 图1一真空感应熔炼炉的结构示意图 Fi g1The structure dia g ram of vacuum induction meltin g furnace 实验具体过程如下:将经过酸洗的硅料放入石英 ?基金项目:四川省科技支撑资助项目(2010GZ0228) 收到初稿日期:2013-01-03收到修改稿日期:2013-07-03通讯作者:罗大伟作者简介:罗大伟一(1983-),男,内蒙古通辽人,副教授,主要从事新能源材料制备与研究三

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述 摘要:阐述了介绍了定向凝固应用于硅材料的理论基础,论述了近年来定向凝固制备技术在杂质提纯和晶体生长的研究进展,提出了定向凝固制备铸造多晶硅研究现状和存在的问题。展望今后的发展前景,认为新型的定向凝固技术制备出的硅锭在杂质含量、晶体结构方面均优于传统凝固技术,应积极改善定向凝固技术,以制备高品质的太阳能硅材料。 关键词定向凝固;铸造多晶硅;杂质和缺陷;转化效率 晶体硅太阳能电池包括单晶电池和多晶电池2种,多晶电池的市场份额占到一半以上,商业化的多晶电池效率可以达到14%左右[1]。实验条件下,多晶电池的最高转化效率达到20.30左右,多晶电池的效率虽然略低于单晶电池1%~2%,但多晶电池制造成本低、环境污染小,仍有很高的性价比和市场[2]。近年来,由于技术改良、电池效率提高及生产成本下降等有利因素,因而大大促进了多晶电池应用技术的发展,也使业内专家学者给予了多晶电池制备技术更多研究和关注[3]。影响多晶电池转换效率主要有2个方面:一是多晶硅铸锭的纯度,即使材料中含有少量的杂质,对电池的光电性能就有很大的影响[4];二是尽量减少材料中各种缺陷,多晶硅铸锭中的晶界、位错与杂质聚集成载流子复合中心,大大的降低了多晶电池效率。由以上表述可知,要提高多晶电池的效率,必须围绕提高材料纯度和降低材料缺陷的技术进行研究,而定向凝固技术正是制备硅晶体材料的典型应用。定向凝固技术开始只用于传统的高温合金研制,经过几十年的发展,它已经是一种成熟的材料制备技术[5]。定向凝固技术在多晶硅铸造主要是控制晶体生长和杂质提纯2方面的应用。定向凝固技术可以很好地控制组织的晶面取向,消除横向晶界,获得大晶粒或单晶组织,提高材料的力学性能[6]。同时,定向凝固可生成按照一定晶面取向、排列整齐的晶体结构,由于分凝系数的不同,杂质凝聚于晶界和铸锭上方,对材料起到提纯作用。 1. 基本原理 多晶硅铸锭实际上就是由定向排列的柱状晶体组合形成,形成的理论基础就

多晶硅中杂质含量_分布及其检测方法的探讨

2013年7月Jul.2013 化 学工业与工程CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING 第30卷Vol.30 第4期No.4 收稿日期:2012-04-25 作者简介:李闻笛(1987-),女,硕士研究生,研究方向为高纯三氯氢硅精馏提纯模拟。 联系人:丛山, E-mail :congshan_tju@yahoo.com.cn 櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓毄 毄 毄 毄 。应用技术 文章编号:1004-9533(2013)04-0073-06 多晶硅中杂质含量、分布及其检测方法的探讨 李闻笛1,廉景燕2 ,丛 山 3* (1.天津大学化工学院,天津300072;2.天津理工大学化学化工学院,天津300384; 3.精馏技术国家工程研究中心,天津300072) 摘要:多晶硅中杂质的组成及含量是衡量多晶硅产品质量的重要指标之一,由于其杂质组成复杂、 含量低于常规检测方法检出限,这就使对多晶硅中杂质含量、分布及检测方法的研究具有重要意义。概述了目前用于检测分析多晶硅中杂质含量、分布的方法及其优缺点;总结了近年来国内外在多晶硅杂质检测方法研究中的进展以及多晶硅中杂质的含量和分布数据,为多晶硅的检测提供了参考。 关键词:多晶硅;杂质;含量;分布;检测方法中图分类号:O657.3 文献标志码:A Discussion of Concentration ,Distribution and Detection Methods of Impurities in Polysilicon LI Wen-di 1,LIAN Jing-yan 2,CONG Shan 3* (1.School of Chemical Engineering and Technology ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China ;2.School of Chemistry and Chemical Engineering ,Tianjin University of Technology ,Tianjin 300384,China ; 3.National Engineering Research Center for Distillation Technology ,Tianjin 300072,China ) Abstract :Composition and concentration of impurities in polysilicon are important factors determining the quality of polysilicon production.Due to the complex composition and the trace concentration of impuri-ties which are below the limit of traditional detection methods ,it had great significance for the discussion of concentration and distribution of impurities in polysilicon.In this paper ,the advantages and disadvan-tages of different detection methods used for analysising and detecting the concentration and distribution of impurities were summarized.Progress in research of detection methods and data of concentration as well as distribution were also discussed ,which may provide a reference for the detection of polysilicon.Key words :polysilicon ;impurity ;concentration ;distribution ;detection method 多晶硅产业最大的特点之一就是其对产品质量分数的要求非常高,太阳能级和电子级多晶硅的质量分数分别要求达到至少6N (99.9999%)、8N (99.999999%),而杂质含量也是公认的衡量多晶 硅材料质量的重要参数之一。因此,如何尽可能的除去多晶硅产品中的微量杂质是众多学者研究的重点。要实现微量杂质的脱除,首先就有必要对其中所含的微量杂质进行分析, 确定杂质的组成和含DOI:10.13353/j.issn.1004.9533.2013.04.009

相关文档
最新文档