[发明专利]一种超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法

说明书

本发明公开了一种超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法，包括以下步骤：建立理论计算模型，根据目标纯度要求及所含杂质与原材料特性，计算出区域熔炼过程中每一道次的熔区长度；按照每一道次的熔区长度，控制区域熔炼过程进行提纯；按照目标纯度要求，重复上述步骤，得到目标超高纯材料。本发明涉及的超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法通过利用分配规律建立的计算模型将每一道次的熔区长度控制在最优值，使得区域熔炼过程在相同的提纯道次后达到更高纯度，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于特种冶金技术领域，具体涉及一种超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法。

背景技术

随着人类社会信息化智能化发展，半导体工业迅速崛起，热电、光电、电磁等元器件中靶材等新材料对超高纯材料提出更高的需求，半导体等行业对超高纯材料产量有很大需求。区域熔炼提纯技术自提出以来，已经成为应用最广泛的提纯方法之一。利用电磁线圈或者电阻环加热方式，从长型的原材料一端开始将其熔化，控制加热制度，形成一定长度熔区，并通过控制移动加热源，使熔区从原材料起始端以一定速度移动到另一端，由于杂质元素在原材料凝固的固相中的溶解度和熔区液相中的溶解度不同，凝固界面两侧会产生浓度差，随着熔区从原材料一端移动到另一端，杂质元素被搬运到原材料的两端，达到去除杂质元素以提纯的目的，多次重复这个过程就可以使杂质元素达到所要求的水平。

在区域熔炼方法提纯过程中，影响提纯效率的参数有：杂质元素分配有效系数、熔区长度、熔区移动速度、提纯道次、界面温度梯度。熔区移动速度越慢杂质重新分配提纯越充分，但生产时间及能量消耗越高，所以不能通过降低熔区移动速度来提高效率。同样提纯道次越多，杂质分离越充分，但考虑到成本，采用能够达到纯度要求的提纯道次即可。因此，通过控制熔区长度，在一定的熔区移动速度条件下，相同提纯道次后达到更高纯度，进而提高生产效率，降低生产成本，对超高纯材料的提纯生产具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的难以在不增加成本的情况下提高提纯纯度和生产效率的技术问题，本发明的目的在于提供一种超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法。

为达到上述目的，本发明提出了一种超高纯材料区域熔炼提纯的优化制备方法，包括以下步骤：

(1)建立理论计算模型，根据目标纯度要求及所含杂质与原材料特性，计算出区域熔炼过程中每一道次的熔区长度；

(2)按照所述每一道次的所述熔区长度，控制所述区域熔炼过程进行提纯；

(3)按照所述目标纯度要求，重复步骤(1)和(2)，得到目标超高纯材料。

本发明通过控制每一道次熔区长度，使得每一道次的熔区长度控制在最优值来使提纯达到最优效率，使得整个提纯过程达到最优效率，降低了生产时间，节约了成本。

进一步地，根据杂质元素在固相液相中的再分配规律，所述杂质的浓度表达式如下：

其中，n为提纯道次；k_i为杂质元素分配系数；在杂质元素分布时一般采用无量纲标准化长度，设L为标准化原材料棒长度,L＝1；Z为标准化的熔区长度，Z＝z/l，z为熔区长度，l为原材料棒长度；X为标准化计算位置，X＝x/l，x为所述计算位置距离开始端长度；

根据上述浓度表达式，利用模拟软件建立所述理论计算模型，在所述理论计算模型中输入所述杂质分配系数和所述提纯道次，使得X在0.15～0.85范围内的积分值达到最低值，得到的Z值即为所述标准化的熔区长度。

进一步地，第一道次的所述标准化的熔域长度Z为0.7-1，第二道次的所述标准化的熔区长度Z为0.3-0.6，第三道次的所述标准化的熔区长度Z为0.2-0.3，第四道次的所述标准化的熔区长度Z为0.15-0.2，第五道次以及所述第五道次之后的所述标准化的熔区长度Z为0.05-0.1。