浅谈多晶生产过程中粘锅拉裂的成因和改善
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分析铸造热裂缺陷形成的原因及改进对策铸造热裂缺陷是铸造过程中常见的一种缺陷形态,会对铸件的性能和质量造成重大影响。
为了解决这一问题,需要深入分析其成因,并制定改进对策。
本文将从铸造热裂缺陷的原因以及改进措施两个方面展开讨论,旨在为铸造工艺提升提供思路和指导。
一、铸造热裂缺陷的形成原因铸造热裂缺陷通常在铸件冷却过程中产生,以下是其形成的主要原因:1. 温度梯度引起的应力集中铸件冷却过程中,由于各部分温度变化不一致,会导致内部产生温度梯度,从而引起局部局部应力集中。
当材料的强度无法承受这种应力时,就会发生热裂缺陷。
2. 晶粒的收缩行为铸件在凝固过程中,晶粒会出现收缩。
若凝固过程中晶粒收缩不一致,就会引起内部应力的不平衡,从而产生热裂。
3. 液态膨胀引起的应力铸造过程中,液态金属体积较大,当其冷却凝固时,体积会缩小,引起内部应力。
若应力超过材料的承载能力,就会发生热裂缺陷。
二、改进对策为了解决铸造热裂缺陷问题,可以采取以下改进对策:1. 优化铸造工艺参数通过调整铸造温度、冷却速度以及铸件尺寸等参数,使得整个铸造过程中的温度分布更加均匀,减小温度梯度和晶粒收缩不一致性,从而减轻应力集中的程度,降低热裂的风险。
2. 控制液态膨胀行为合理控制铸造合金的成分,通过合金设计等方法来调整材料的液态膨胀行为。
降低材料在冷却凝固过程中产生的应力,减少热裂的概率。
3. 采用合适的铸型材料选择合适的铸型材料也是防止铸造热裂缺陷的关键。
材料的导热性能和热传导能力会影响铸件冷却的速度,因此在选择铸型材料时要充分考虑其导热性和热传导性能。
4. 进行合理的余热处理通过对已铸造完成的铸件进行合理的余热处理,使其内部温度均衡分布,减少应力集中和热裂的风险。
此外,适当的余热处理还能改善铸件的织构和力学性能。
5. 严格控制冷却速度合理控制冷却速度是防止铸造热裂缺陷的重要措施之一。
通过对冷却介质的选择以及冷却方式的优化,可以实现对冷却速度的有效控制,降低热裂的风险。
彩晶板裂开的原因一、引言彩晶板是一种常见的装饰材料,广泛应用于室内外装修领域。
然而,在实际使用过程中,一些彩晶板会发生裂开的现象,给使用者带来不小的困扰。
本文将对彩晶板裂开的原因进行分析,并提出预防及应对措施。
二、彩晶板裂开的原因分析1.材料本身问题:彩晶板是由多种材料复合而成的,如果材料的质量不佳或者配比不合理,会导致彩晶板的耐久性和稳定性下降,容易发生裂开现象。
2.生产工艺问题:生产过程中如果工艺控制不当,例如温度、压力等参数设置不合理,或者在冷却过程中受到不均匀的冷却力,都可能导致彩晶板内部产生应力,在外力作用下容易发生裂开。
3.安装问题:安装过程中如果彩晶板受到过大的外力或者被划伤、撞击等,都可能导致其发生裂开。
此外,如果安装时没有按照规范操作,例如螺丝拧得过紧或者支架设置不当等,也可能导致彩晶板裂开。
4.环境因素:环境因素如温度、湿度等的变化也可能对彩晶板造成影响,例如在干燥环境下,彩晶板可能会因为失水而产生收缩,导致裂开。
5.老化因素:长时间使用或者暴露在阳光下、空气中,彩晶板的表面材料可能会发生老化,导致其韧性和强度下降,容易发生裂开。
三、预防及应对措施1.选用优质材料:在生产彩晶板时,应选用质量优良的材料,并严格按照配比进行混合,以保证材料的稳定性和耐久性。
2.优化生产工艺:在生产过程中,应优化工艺控制,确保温度、压力等参数设置合理,避免因冷却不均而产生的内部应力。
同时,可以采用特殊工艺如热压合、激光切割等来提高彩晶板的韧性和强度。
3.规范安装操作:在安装过程中,应严格按照规范操作,避免对彩晶板造成过大的外力或撞击。
同时,应定期检查安装支架的牢固性,及时调整或更换损坏的支架。
4.控制环境因素:在使用过程中,应保持适宜的环境温度和湿度,避免在极端的温度或湿度条件下使用彩晶板。
同时,应定期清洁彩晶板表面,去除污垢和尘埃,以保持其美观和使用寿命。
5.及时维护和更新:对于已经出现裂开的彩晶板,应及时进行修复或更换。
LED固晶破裂原因分析及解决办法单电极芯⽚在封装⾏业对固晶的要求⾮常⾼,例如在LED⽣产过程中,固晶质量的好坏影响着LED成品的质量。
造成LED固晶破裂的因素有很多,我们仅从材料、机器、⼈为三⽅⾯因素,探讨LED固晶破裂的解决⽅法。
⼀、芯⽚材料本⾝破裂现象芯⽚破损⼤于单边芯⽚宽度的1/5或破损处于斜⾓时,各单边长⼤于2/5芯⽚或破损到铝垫,此类芯⽚都不可接受(这个是芯⽚检验标准中的⼀个项⽬)。
产⽣不良现象的原因主要有:1.芯⽚⼚商作业不当2.芯⽚来料检验未抽检到3.联机操作时未挑出解决⽅法:1.通知芯⽚⼚商加以改善2加强进料检验,破损⽐例过多的芯⽚拒收。
3.联机操作Q检时,破损芯⽚应挑出,再补上好的芯⽚。
⼆、LED固晶机器使⽤不当1、机台吸固参数不当机台的吸嘴⾼度和固晶⾼度直接受机台计算机内参数控制。
参数⼤,吸固⾼度⼩;参数⼩,吸固⾼度⼤,⽽芯⽚的破损与否,直接受机台吸固⾼度参数影响。
产⽣不良现象的原因主要是:机台参数⼤,呼固⾼度低,芯⽚受⼒过⼤,导致芯⽚破损。
解决⽅法:调整机台参数,适当提⾼警惕吸嘴⾼度或固晶⾼度,在机台“SETUP”模式中的“Bond head menu”内的第⼀项“Pick Level”调节吸嘴⾼度,再在第⼆项“Bond Level”调节固晶⾼度。
2、吸嘴⼤⼩不符⼤⼩不同的芯⽚要⽤不同的吸嘴固晶。
⼤的芯⽚⽤⼩的吸嘴、芯⽚吸不起来容易漏固;⼩的芯⽚⽤⼤的吸嘴、芯⽚容易打破,因此选⽤适当的吸咀,是固好芯⽚的前提。
产⽣不良现象的原因是:吸咀太⼤,打破芯⽚。
解决⽅法:选⽤适当的瓷咀。
三、⼈为不当操作造成破裂A、作业不当未按规定操作,以致碰破芯⽚。
产⽣不良现象的原因主要有:1.材料未拿好,掉落到地上。
2.进烤箱时碰到芯⽚解决⽅法:拿材料时候,⼿要拿稳。
进烤箱时,材料要平着,轻轻的放进去,不可倾斜或⽤⼒过猛。
B、重物压伤芯⽚受到外⼒过⼤⽽破裂。
产⽣这种不良现象的原因主要有:1.显微镜掉落到材料上,以致打破芯⽚2.机台零件掉落到材料上。
焊接热裂纹产生的原因及解决方法焊接裂纹是最危险的焊接缺陷,严重地影响着焊接结构的使用性能和安全可靠性,许多焊接结构的破坏事故,都是焊接裂纹引起的。
裂纹除了降低焊接接头的强度外,不因裂纹的末端有一个尖锐的缺口,将引起严重的应力集中,促使裂纹的发展和焊接结构破坏。
根据形成焊接裂纹的温度可分为热裂纹和冷裂纹,根据裂纹发生的位置可分为焊缝金属中的裂纹和热影响中的裂纹。
热裂纹在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。
1)热裂纹的形成在焊缝金属中的热裂纹也称为凝固裂纹。
由于被焊接的材料大多都是合金,而合金凝固自开始到最终结束,是在一定的温度区间内进行的,,这是热裂纹产生关系到的基本原因。
焊缝金属中的许多杂质的凝固温度都低于焊缝金属的凝固温度,这样首先凝固的焊缝金属把低熔点的杂质推挤到凝固结晶的晶粒边界,形成了一层液体薄膜,又因为焊接时熔池的冷却速度很大,焊缝金属在冷却的过程中发生收缩,使焊缝金属内产生拉应力,拉应力把凝固的焊缝金属沿晶粒边界拉开,又没有足够的液体金属补充时,就会形成微小的裂纹,随着温度的继续下降,拉应力增大,裂纹不断扩大,这就是凝固裂纹。
当焊缝金属中含有较多的低熔点杂质时,焊缝金属极易产生凝固裂纹,母材和焊接材料中含有害杂质,特别是硫。
硫在钢中与铁化合形成硫化亚铁(FeS),硫化亚铁义与铁发牛反应形成一种共晶物质,凝固温度为988°远低丁钢铁的凝固温度,所以硫足引起钢材焊缝金属中发生凝固裂纹的最主要的元素。
另外,钢材中含碳量较高时,有利于硫在晶界处富集,因而也是促进形成凝固裂纹的原因,所以采用含碳量低的焊接材料有利于防止凝固裂纹的产生。
在热影响区熔合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或称热撕裂。
多层焊时,前一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区,所以液化裂纹也可能在焊缝层间的融化线附近产生。
液化裂纹产生的原因基本与凝固裂纹相似。
这种裂纹可以成为冷裂纹的裂纹源,所以危害也很大。
各种焊接裂纹成因特点及防止措施这条必须收藏了焊接是一种常见的连接工艺,但焊接过程中容易产生焊接裂纹。
为了提高焊接质量,减少焊接裂纹的产生,需要了解不同焊接裂纹的成因特点,并采取相应的防止措施。
焊接裂纹可分为热裂纹、冷裂纹和固化裂纹等不同类型。
下面将就各种焊接裂纹的成因特点及防止措施进行介绍:1.热裂纹:热裂纹是由于焊接过程中材料受热引起的裂纹。
其特点是呈现出明显的沿晶裂纹特征,并且易于在焊接接头中形成交叉网络裂纹。
常见的热裂纹包括低温热裂纹和高温热裂纹。
低温热裂纹通常发生在焊接高碳钢、不锈钢、铝合金等材料时,主要原因是在焊接过程中产生的低熔点物质(如非金属夹杂物、硫化物)会导致裂纹的形成。
因此,防止低温热裂纹的关键在于降低焊接接头中的夹杂物含量,控制焊接温度和速度,使用合适的焊接电流和电压等。
高温热裂纹主要发生在焊接高强度钢、铝合金等材料时,其主要原因是焊接接头中的合金元素偏析或金属在焊接中的高温下形成致密的化合物,导致焊接接头发生脆性断裂。
预热和后热处理是防止高温热裂纹的常用方法,通过控制焊接温度梯度和应力,避免裂纹的生成。
2.冷裂纹:冷裂纹是焊接接头在冷却过程中产生的裂纹,主要由于焊接接头的收缩应力超过了材料的塑性变形能力而引起。
冷裂纹通常呈现出沿晶和剥离两种形态。
冷裂纹的形成与焊接材料的化学成分、焊接参数(如预热温度、焊接电流和速度等)、接头几何形状和约束条件等因素密切相关。
为防止冷裂纹的产生,可以采取增加预热温度和焊接层间温度、降低残余应力、使用低氢焊条或填充剂等措施。
3.固化裂纹:固化裂纹是焊接过程中焊缝和熔敷金属中的液态组织在冷却过程中发生凝固收缩而产生的裂纹。
固化裂纹主要由于焊接接头中的组织偏析、组织转变和凝固缩短等因素导致。
防止固化裂纹的关键是通过合理的焊接参数、选择合适的填充材料和焊接序列等措施控制焊接缩短率,减少焊接接头中的温度梯度和残余应力。
总之,了解不同焊接裂纹的成因特点并采取相应的防止措施对于提高焊接质量具有重要意义。
晶界裂纹产生原因及其对性能影响分析多7/金属,.晶带,√寿龠晶界裂纹产生原因及其对性能影响分析广西火电簧装公司苎堕堕7爵/Jl,7fA内容提耍率文根据试验分析及前^妊验认为:1cCrMo910锕有脆世温度区,在脆牲温度区进行塑变加工时,在拉伸和蛆謦{结构变化等应力作用下,会产生脆性破坏的晶界裂坟.晶界裂纹对材料性莨有一定嚣响,会减原有寿角l5~4O.一,概述用中频感应加热弯制台金钢管,在一定温度范围内,材料受拉面会产生组织松弛损伤的晶界裂纹现象.这是由于材料本身的高温脆性和感应加热弯管方法的影响.晶界裂纹将影响材料性能,减少使用寿命.本文将以lOCrMo910钢的试验进行分析.二,10CrMo9tO钢的红脆区"及其裂纹成因分析1.tO0MoetO钢有缸睢区金属材料在不同温度下,有不同的加工塑盐.在钢的脆性转变温度(_1O0.C)以下,钢的塑性消失J在200~400C,钢的性能变坏,易于脆断,断1:3晕兰色,称兰脆区,在约700.C~A温度(即再结晶温度范围),金属塑性升高,利于加工,在A.~950.C(即两相区域及奥氏体均匀化前温度),塑性较低,称"红脆区";在950.C以上温度又有一个塑性较好的单相奥氏体区.2.试验用钢10CrMo910钢化学成份():C0.14,Si0.5,MⅡ0.60,P,S<0.04,Cr2.4,Mo1.0lOCrMo910钢的模拟弯管高温拉伸试验结果如表1.从表1和匿110CrMo910钢不同温度下的塑性大小及宏观断口形状可以看出t800~950 襄1】OCrM0910钢的高温强度和塑性7501.O韶97.287008无8001.790.B162.463.31有8602.381.6954.62.14有90023366.3949.2648.16有口5D1.542.1663.761.2'1的1.1638.g3.086.26有蕊7sD850990挪热温度(=.C蕊950l0C0围I高温拉伸变形断口宏观图象比较.C,塑性数值较低,断ICl无收缩,为脆性断裂特征'950.C以上,塑性虽有好转,但强度较低.所以,IOCrM0910钢在A~1000多.C温度区为"红脆区一.材料在红脆区进行变形加工易产生脆性破坏.1OCrMo910钢高温拉伸试验结果表明,A~i000多.C温度,在均匀变形区都会发生晶界裂纹现象图2是这种材料脆性破坏金相照片.3.缸睢区一拉伸晶界裂纹成因分析.金属材料的变形能力是由其组织结构决定的.当材料在A~A温度加热变形时,原有的平衡组织会逐步向奥氏体转变,为不稳定的两相组织状态.两相组织性质差异,受力不均, 其晶格类型从体心立方晶格转变为面心立方晶格,晶粒体积缩小.组织结构的变化会产生一定的内应力,各种应力迭加,材料的塑性逐步降至晟低点.当变形在900~950.C温度时,虽已获得单一蔓氏体组织,但其成份是很不均匀EPCV oj,5.No,4—蛳囝2850.C,e:28%,,V=2mm/min,空冷,4硝酸酒精溶液浸蚀,300X.的.随着加热温度的升高,碳和合金元素扩散激烈,重新分配组台,杂质等向晶界聚集,此时组织变化应力很大,强度和塑性都很低在1000.C温度变形时,舆氏体均匀化已接近完成,塑性很高,但形变抵抗力(强度)很低.晶界是晶粒之间有一定厚度的过渡带.高强奥氏体晶界有数十pm宽度,晶界上原子排列不规则,杂质聚集其中,是能位较高的不稳定地带.在一定的低温时,晶界的牯结力较强,塑性较好,晶界处的强度硬度比晶内高,晶粒休内的剪切阻力比晶界小,因此,加荷变形过程主要发生在各个晶粒体内.在At~1000多.C高温时,如上述的组织结构变化影响,晶界极不稳定,粘结力降低,而成为强度撮弱的区域,即具有最小剪切阻力的区域.负荷将沿晶界发生一个晶粒对另一个晶粒的粘性位移.当拉应力达到一定值,金属的形变能力(塑性)和形变抵抗力(强度)很低,也就是破断功很低时,就在应力集中的晶界处产生裂缝.4.在Ac以上温度中频弯瞥有不可避免的"红脆区如果在A以上温度中频感应加热弯管,因为加热方法的关系,会形成步}壁至内壁,感应圈前端至柬端两个梯形变化强度医.因管壁辱薄和推进速度的关系,内外壁温差在数十度至2OO多度,感应圈前后端辅向梯形变化温度固33273×20中颁弯头扛忡区外壁取样照片.T~1000C.B一107,V一20mm/mjn,窖砖,4酷酸港楷溶液浸蚀,500X区是从给定温度至A以下温度,到接近室温的目性金属即使给定1200.C的高温.还是上述的梯形变化温度嚣.管子就是在这样的梯形温度区内逐段加热成形的.所以,感应连续分段加热弯制的弯管方法,无法保证全部材料在均匀的奥氏体状态和同一温度下一次弯曲成形, 弯头总是全部或部分处于红脆区温度范屠分段成形的.而且,出于加热方法的原因,温度非常不均,造成材料软硬程度羞别大,受力不均,比上进单纯挣伸形成更复杂,更大的内应力其组织结构变化,望变原理,晶羿裂纹形成机理与高温拉伸榴同.囝3是在红脆慝中频弯管的晶界裂纹照片.T≈1000.C,8=l0,V:20ram/ramixa,空冷,4硝酸酒精溶液浸蚀,5ooX.由上可知,由于材料在一定的高温范围有"红脆睡",红脆区高温塑性盏,不利于变形,J司时强度降低.在拉伸应力温度,组织和结构变化应力综合作甩下,材料的变形性能降低, 从而产生晶界裂纹三,晶界裂纹对材料性能的影响1.对室温和高溘性蘸的影响存在晶界裂纹的弯拄伸区ax值(指室37湿,下同),比同弯头的其它区域低5—65(由晶界裂纹的量决定).900.C,变形8~25,有晶界裂纹,其密度值比原材降低0.∞~D.13.a值和密度值的大小与晶界裂纹数成反比.在830.C弯头拉伸区的金相磨片上,用500倍的光学显微镜观察?看不见裂纹现象.但其a栅自(213.6J/cm)和密度值(7.4g/cm)却比其它匠域的aK值(230.3J/cm)和密度值(7.8669g/cm)低.在这种弯管状态下,_橱料只可能有些极微小的显微孔洞或孔嗣前期的松弛反映.aK值和密度值对晶界亵纹反应敏感.有少量晶界裂纹的弯头拉伸区,,, O"h值比其它区域偏低些,所有室温机械性能, 高温短时持久性能都高于标准值,接近原材值(部分高于原材值),8值提高5~20%.有较少量晶界裂纹的弯头经规范化热处理,进行约5000 小时的持久强度试验,其a(540.C,10sh)值达104.9~I17.7N/ram,超过标准值78.5N/m 111.有中等量晶界裂纹的弯头经规范化热处理,进行数千小时的持久强度试验,其5(540-C. 1Oh)值大多在65.7~75.5N/ram,低于原材值90.2N/mm和标准值78.5N/ram.以上试验结果表明,晶界裂纹对材料性能有~定的影响,其影响程度与量的多少有关. 在量少的情况下,对材料的性能影响很微小, 中等以上材料的性能才会显着降低.因为感应加热提高了材料性能,特别是显着提高a值(200~300',所以其对材毕年性能的影响还有加热方法的作用.2,对高温奄行寿命的测算高温蠕变裂纹是在温度,应力长期作用下,材料发生了缓慢的塑性变形,当变形最达到一定值,就在晶界上形成孔洞,L洞发展为晶界裂缝.晶界断裂是在高温蠕变时普遍存在的断裂现象,断裂时裂纹沿晶界发展,属脆性断裂特征.上述弯管产生的晶界裂纹,也是经温度, 应力,塑性变形而形成孔洞,孔涸再发展为裂缝的.在规定曲弯曲半径下,大多数度均小于15ff.m,宽度为】~2ff-m,比室温看见的品界稍租些.其形成机理,性质特征与商捣运行38蠕变晶界裂纹基本上是千H同的因此,其对)5差料运行寿命的影响与高温蠕变裂纹一一样.在发电厂工程中,台金钢帮头常在高温高压状态F应用金属在高温下运行,在温度和应力作用下,会发生缓慢的塑性变形,晶界上存在裂纹,会随着变形量的增大而扩展,加速断裂.原材有了晶界裂纹就会缩短寿命.现以无晶界裂纹材料运行中蠕变损伤积累的过程, 孔洞的发生和密度值的减小以及实际运行时衄来判断其寿命.前苏联曾对12XIM(相当于12CrlMoV)钢中孔洞大小与蠕变变形的关系作了研究,发现蒸汽管道钢管金属的蠕变损伤积累过程妊以蠕变的第二阶段形成0.05~0.2¨m的孔洞开姬的(用电镜观察),在蠕变的第二阶段出现1p,m~ 的孔洞,当孔嗣大小超过lllm时,则金属由蠕变的第=阶段向第三阶段过渡.因此,单从晶界裂纹的大小来看,材料的寿命已进入蠕变的第三阶段.但是晶界裂纹的大小只是一个因素,影响高温蠕变性能的因素有组织状态强度和塑性等.而剐投入运行的较少量晶界裂纹的弯头组织未球化,台金元素等成份分布均匀, 室温和高温机械性能超过标准值,其性能远优于进入蠕变第三阶段的性能.敢推测其相当于蠕变的第二阶段初的时闭较为焓当.有的专家认为,钢在高温发生蠕变的过程中,随着钢的变形量增加,钢中的空位聚集成孔洞并不断增大,可随之发生钢的密度减小.测量密度值有助于判断钢的蠕变过程中损伤积累的程度,从而判断其工作寿命.据我们测量,】0Cr-Mo910钢,原材密度值是7.6869g/em.,900.C,V≈2mm/min,拉伸变形量1O~25,晶界裂纹量从较少发展到较多,密度值变化为7.8611~7.8577~/cra.,高于实际运行的主汽管.6×10小时的密度俺7.8544g/cm.(1号管),7.g345g/Cm.(2号管).4.6×10小时时间约相当于蠕变的第:阶段初中期.披从密度值对比结果来看,也是大约相当于蠕变的第二阶段柳期.据1ii=f人及现代专家的经验,主汽管的一£作对线路BY一300I:!型爆压管工艺的改进内容提要河南送更电公司李英明在对锏芯铝绞线的园形潼续管(BY一3ooQ型)进行轴向解剖检查时,发现接续管曲内届小钢管育明显冲沟.本文对产生冲淘的原因进行了分析并舟绍了防止呻沟所采取的改进措施一,问题发现河南送变电建设公司施工的商(商丘市)一永(永城县)220kV输电线路,全长105km.导线采用LGJQ-3oo.~分裂导线,导线直线管采用四平线路器材厂生产的BV一30OQ型.1993年2月按照有关规范进行连接后的握着强度试件试验其试验方法按照《架空电力线外爆压接施工工艺规程》SDJ276--9O要求进行.所有试件拉力强度全部符合并超过规程所要求值.81990N×95=77900N~g2000N).在对钢芯铝绞线的园形接续管(B~-3o0Q型)进行轴向解剖检查时,发现接续管的内层小钢管有明显冲淘二,改进措施为了提高施工质量,我们经过多次实验,采取以下措施消除了冲沟.1.将钢管保护套合拢处的3~4mm闽隙增加填充物.即采用铝带填充.铝条为lOOmm,厚1.5mm(正好等于保护套厚),宽等于台拢处的间隙3~4mm2.将原雷管在试件中间起爆,改为把雷管放到药包端头起爆,但注意雷管底部不要对准间隙缝,否则在放雷管处会出现凹坑.3.在放雷管的另一头,距管口l0W15mm以外缠一层长50~60mm的黑睦布,以防烧伤导线.经上述改进后的爆压试件进行轴向解剖t内部的尊线,钢管和铝管三者结合良好,消除了冲沟.三,原因分析在今年6月召开全国架奎电力线爆炸压接培训会上,大家一致认为铝管与钢管间有大最窀气,爆炸时形成高速气流,并且宅气量愈大, 高速气流对金属冲击愈严重,冲沟也就更明显. 窀隙的大小对冲沟形成是极为重要的圜素.根据上述分析:我们在商永输电线路爆炸睚接施工工艺中所采取的措施是完全正确的.寿命是1O~1.5×10小时,蠕变第一阶段的占总时间的15~20,第二阶段约占总时间25~35所以,根据晶界裂纹量的多少,及其对室温高温机械性能的影响,以及孔洞和密度的测定来判断,其寿命约减少15~40%参考文献[I]《火力发电厂商温叠属运行》,是非文酱,水利电出版社t1979年.(2]《高温金相学》,M.F.洛静斯基酱.科学出版社,I964年.(3]《金属塑性加工喊理》,陈森灿叶庆荣着.清华大学出版吐?199[年.]《盘属学及热处理》,大连工学院藕着,科学出版社一I975年.EPCVr1.15N0.43口。
多晶硅产品质量改善方向分析多晶硅是一种重要的太阳能电池材料,其质量直接影响到太阳能电池的性能和使用寿命。
为了改善多晶硅产品的质量,以下是几个方向的分析。
提高多晶硅的纯度是关键。
多晶硅产品中的杂质会降低太阳能电池的效率,所以减少杂质含量是重要的改善方向之一。
目前,常见的纯化技术包括溶液重结晶、等离子体处理和气体净化等。
溶液重结晶是通过溶液中的沉淀和析晶来提高硅的纯度,等离子体处理则是通过等离子体的化学反应来去除杂质。
气体净化则是通过在硅材料生产过程中净化气氛,减少杂质产生。
这些纯化技术可以结合使用来提高多晶硅的纯度。
改进多晶硅的晶体结构是另一个重要的改善方向。
多晶硅产品中的晶界和晶粒大小会影响太阳能电池的光电转换效率。
较小的晶粒和较少的晶界可以提高太阳能电池的效率。
为了改进晶体结构,可以采用熔融冷却法、掺杂材料法和机械液压拉面法等。
熔融冷却法通过快速冷却来减少晶粒尺寸,掺杂材料法则是在多晶硅中添加少量的掺杂剂来改变晶体结构,机械液压拉面法则是通过拉伸硅材料来改善晶体结构。
采用这些方法可以提高多晶硅的晶体结构,从而提高太阳能电池的光电转换效率。
优化多晶硅的制备工艺也是改善产品质量的重要方向。
多晶硅的制备工艺包括硅材料的提纯、熔炼、石墨舟的选择、硅材料的熔化和冷却等。
在这些工艺环节中,优化操作参数和控制工艺条件可以提高多晶硅产品的质量。
在石墨舟的选择时,选择适当的舟型和舟材料可以减少杂质的污染;在硅材料熔化过程中,控制熔化温度和熔化时间可以减少气体杂质的进入;在硅材料冷却过程中,控制冷却速度可以改善晶体结构。
通过优化制备工艺,可以提高多晶硅产品的质量。
提高多晶硅的纯度、改进晶体结构和优化制备工艺是改善多晶硅产品质量的重要方向。
这些方向可以相互结合应用,从而提高多晶硅的性能和品质,推动太阳能电池产业的发展。
高新技术产业发展ECHNOLOGY DEVELOPMENTT铸造多晶硅锭常见异常问题浅析王建立,张呈沛,张华利,颜颉颃(晶海洋半导体材料(东海)有限公司,江苏东海 222300)摘 要 介绍多晶硅锭在铸造生产过程中遇到的各类异常问题,分析产生各种异常的原因。
关键词 多晶硅;铸造;异常中图分类号:TM911 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)06-0014-02光伏太阳能行业作为一种绿色无污染的新能源产业,近年来发展迅猛。
通过定向凝固方法生产的铸造多晶硅晶体(硅锭),因其低廉的成本和较高的产出,已经成为光伏电池制造行业重要的基体材料。
多晶硅定向凝固系统(Directional Solidification System),简称为DS炉,是生产硅锭的主要设备,从2005年左右开始,经过不断升级,多晶硅锭的发展经历了G4、G5到G6的历程,投料重量也分别从240 kg、450 kg发展到800 kg,2013年,有厂家推出了G7铸锭炉和投料量达1200 kg的硅锭。
不论哪一代的多晶硅锭,其品质受热场设计和工艺影响重大,还会受原料、辅料、操作等诸多因素影响,硅锭检测也会各种异常或缺陷问题。
本文介绍了多晶硅锭生产过程中遇到的各种异常情况,分析这些异常产生的原因,提出了一些相关的预防及改善措施。
1 硅液溢流多晶硅铸锭包括加热、熔化、长晶、退火、冷却五个工艺步骤,其中硅料在熔化过程中或熔化完以后可能会因其盛放的石英陶瓷坩埚破裂,从坩埚内流出,常简称硅液溢流。
高温硅液体流到溢流丝上面,使溢流丝熔断,触发溢流报警,系统进入紧急冷却。
一般溢流发生在熔化阶段及长晶阶段,特别是在熔化后期及长晶初期发生的溢流最为常见。
溢流以后不但意味着该炉次没有硅锭产出,而且轻则损失几公斤硅料,重则造成热场部件的重大损失甚至安全事故,因此溢流是多晶硅铸造最严重也是较为常见的生产异常。
造成硅液溢流的可能原因大概有以下几点。
涂层的断裂问题及改善措施一、涂层材料选择涂层的断裂问题可能与涂层材料的性能有关。
在选择涂层材料时,应考虑其机械性能、化学稳定性、耐腐蚀性、热稳定性等指标,以确保涂层具有足够的强度和韧性,能够承受外部应力和化学腐蚀的考验。
二、涂层厚度控制涂层厚度过薄或过厚都可能导致断裂问题。
涂层过薄可能无法提供足够的保护,而涂层过厚则可能引起应力集中或增加脆性。
因此,在涂装过程中,应严格控制涂层厚度,确保其均匀一致,避免因厚度不均引起的应力不均和断裂风险。
三、涂层附着力提升涂层的附着力对防止断裂至关重要。
通过提高涂层与基材之间的结合力,可以显著提升涂层的抗剥离和抗开裂性能。
常用的提升涂层附着力的方法包括预处理、打底涂层、表面活化等。
四、涂层韧性增强韧性是衡量涂层抗裂纹扩展和抗冲击性能的重要指标。
通过在涂层材料中添加增韧剂或采用弹性体材料,可以提高涂层的韧性,降低脆性断裂的风险。
同时,合理选择稀释剂和溶剂,也可以调整涂层的柔韧性和弹性,提高其抗裂纹扩展能力。
五、涂层抗冲击性能提高冲击是导致涂层开裂和剥落的重要原因之一。
提高涂层的抗冲击性能可以有效防止断裂问题的发生。
可以通过添加增塑剂、选用高弹性树脂或采用特殊配方来提高涂层的抗冲击性能。
同时,对于某些易受冲击的部位,可采取增加涂层厚度的措施来提高抗冲击能力。
六、涂层耐腐蚀性改善腐蚀是导致涂层损伤和破坏的重要因素之一。
改善涂层的耐腐蚀性可以有效延长涂层的使用寿命,防止因腐蚀引起的断裂问题。
常用的改善涂层耐腐蚀性的方法包括使用防腐性能好的材料、增加防腐剂的用量、选择合适的防腐体系等。
此外,根据具体的应用环境和腐蚀介质的不同,可以选择适用于不同腐蚀条件的涂层材料和防腐方案。
七、涂层表面处理优化涂层表面处理对提高涂层附着力和耐久性具有重要作用。
优化表面处理可以提高基材表面的粗糙度、清洁度和润湿性,增强涂层与基材之间的结合力。
常用的表面处理方法包括机械打磨、化学处理、火焰处理等。
浅谈多晶铸锭过程中粘锅拉裂的成因及改善措施著作者谭文摘要:多晶铸锭过程中粘锅拉裂是一种常见问题,在高效多晶硅锭生产过程中发生的频率会更多一些,据统计有时高达16%以上。
此问题的出现会导致硅锭缺角或崩边事情的发生,影响硅锭开方与切片的收益率。
作者对发生粘锅拉裂的成因进行了系统分析,并提出了改善措施。
关键词:氮化硅涂层粘锅拉裂成因引言硅片生产企业的多晶铸锭车间,在铸锭过程中时有粘锅拉裂事故的发生,影响企业经济收益。
减少这一现象的发生,对于降低企业硅片成本,减少生产环节中的浪费,具有现实意义。
石英陶瓷坩埚氮化硅涂层厚度在铸锭过程中会发生减薄变化,是热场中热流与氩气等气流对坩埚涂层产生不良影响,还是硅料中残留的酸性物质起了破坏作用,或是人工操作不当带来影响?造成粘锅的主要因素是什么?分析和解答这些问题,并找出造成粘锅的主要原因,对可控的因素加以控制,对操作规程做出规范;对不可控制的因素,找出方法进行解决。
这就是本文作者的目的,供多晶铸锭生产人员参考,以求与大家一起探讨、找出粘锅的真正成因,制定出改善措施。
二、操作环节对坩埚涂层影响因素分析2.1喷涂环节石英陶瓷坩埚在装料前需在其内壁均匀喷涂一层氮化硅涂层,涂层制备时需先调配好氮化硅涂料。
通常装料为450kg的坩埚内壁,喷涂氮化硅涂层需用450至500克氮化硅粉体,应提前准备好;坩埚喷涂前应均匀加热为80±5℃,并用洁净的压缩空气吹去表面的颗粒粉尘;Si3N4粉与去离子水配比为:250kg∶1000ml,按此比例配好后需调制搅拌均匀;喷涂时喷枪与坩埚内壁的距离为30cm左右;喷涂操作时,横向喷涂与竖向喷涂动作要均匀、不要让涂料液体在某一处堆积凝结。
在喷涂坩埚侧壁时,操作人员的作业习惯一般都是右手持枪,从埚底向沿口3/4处由右往左喷射,如果作业人员靠手腕摆动进行喷涂,由于喷射角度(喷枪与坩埚不垂直)与距离的改变,容易导致喷涂不均匀,而沿口3/4处往往角度最大,距离最远,会造成涂层最薄,应引起注意。
操作人员未按SOP要求,在喷涂中未严格控制温度:如坩埚喷完第一层后(打底),坩埚在被喷上氮化硅溶液时,坩埚的温度必然会有所下降,如果在坩埚温度未恢复,被喷上的氮化硅涂层中的水分未及时被加热溢出时,就连续再喷(覆盖)第二层涂层,第三层、第四层,将会造成:第一层的水分子被第二层涂层覆盖、第三层、第四层,层层覆盖。
在坩埚喷涂结束干燥过程中,每一层涂层中的水分子被加热析出,析出水分子后,每层涂层中将留下孔洞或空穴,水分至在析出的同时,还会对下一层2.2装料环节装料过程中由于作业人员在沿坩埚底、坩埚侧面摆放大块硅料时,若用力过大的碰撞或强行按压,会使Si3N4涂层碰坏或刮伤,该情形应预防发生。
装料时,应先在坩埚底部放置碎硅片与边皮碎料,再排放头尾块状方料,坩埚侧面宜排放好头尾块状方料后,再填装原生硅料。
三、铸锭过程温度与气流对坩埚涂层的影响在铸锭过程中,化料的热源是由坩埚顶上和侧面的石墨加热器所提供。
所以,在铸锭炉出现:熔体的上部温度比下部高、外侧温度比中心轴高;熔体液面温度上部比下部高,外部温度比内部高。
众所周知,密度是随着温度的增加而降低,于是上部的熔体会往下、外部熔体往内部流动,循环流动的熔体将冲刷坩埚内侧的Si3N4涂层,致使Si3N4涂层变薄。
硅有其自身晶相结构,有固定的熔点温度与密度。
其一旦全部熔化后,熔体温度会迅速上升。
所以,在熔化过程中要控制好加热功率,过高的温度会引起熔体的剧烈波动。
波动熔体与坩埚内侧的Si3N4涂层间存在相对运动,冲刷坩埚内侧的Si3N4涂层,使得Si3N4涂层厚度向变薄方向变化。
所以,在熔化过程的后期,先将加热功率降下来,减少熔体的剧烈波动,这是熔化结束阶段需考虑的问题。
由于加热器分布在炉体内的四壁及顶部,故坩埚上部加热温度最高、时间最长。
热传导是通过物体内部分子微观运动的传热方式,固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能量的结果。
因为存在温度高低差异,意味着物体内部原子振动的强烈程度不同;高温部份的原子,与邻近原子碰撞,将振动动能带给后者,使后者振动加强,完成温度的传递。
同时,辐射传热在铸锭炉中也会存在。
因此坩埚上部分的氮化硅涂层分子的热扩散作用最强,如果氮化硅喷涂涂层不均匀或较薄,由于分子热扩散作用,致涂层变薄或部分区域涂层消失,极易造成粘锅,而坩埚上部表现尤为明显。
在流体特别是气体中,除分子碰撞外,连续而不规则的分子运动是导致热传导的重要原因。
此外,热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。
铸锭过程中,氩气不断充入炉内,其夹带着湿气与杂质气体又被排出炉外。
气体运动会带来热场的变化,氩气被充入炉内会在硅液表面与坩埚侧壁间的流动,会对坩埚侧壁Si3N4涂层产生作用,致使硅液表面上部坩埚侧壁间氮化硅涂层变薄或喷涂较薄的少部分涂层消失。
而在长晶过程中,硅液由液体慢慢凝结变成固体,其过程中液面会有所升高并凝结,而升高部分的液面会产生热扩散,这样硅液的位置升降变化以及氩气的流动都会冲刷涂层使其变薄;一旦坩埚某涂层消失区域与硅液相接触,会烧接在一起,造成粘锅。
四、铸锭过程气体与酸性物质对坩埚涂层的影响4.1在铸锭过程中,炉内的多晶硅原料由于干燥不充分,难免残留水分;炉内虽然不断抽真空充氩气保护,但仍有氧气残留。
所以,硅料在熔化过程中,熔体硅和石墨热场系统在高温下仍会和残留的氧、水汽等发生反应:Si3N4+6H2O=4NH3+3SiO2Si3N4和H2O以及O2作用,生成(SiO2)二氧化硅和(NH3)氨气,会对坩埚的Si3N4涂层产生影响,致使涂层变薄。
4.2 硅料尤其是“菜花料”中,会有原料清洗未除尽而残留的氢氟酸(HF)或硝酸(HNO3)。
在高温条件下,Si3N4会与氢氟酸或硝酸起化学反应:Si3N4+12HF=3SiF4+4NH3SiF4(氟化硅)为无色、有毒、有刺激性臭味的气体。
在高温条件下,Si3N4会与氢氟酸或硝酸起化学反应,侵蚀坩埚的Si3N4涂层,致其坩埚涂层变薄。
4.3多晶硅料在合成过程中会残留一些微量杂质元素,如碳(C)与铁(Fe)等成分存在。
在高温下,硅料中SiO2与C(包括石墨器件中的碳)发生反应生成SiC。
因为Si3N4-C材料在1500℃时反应形成SiC,1600℃时仍有较多Si3N4存在;而多晶硅原料中的杂质元素Fe-C材料存在,在1450℃时与Si3N4发生作用生成SiC,且1500℃时Si3N4基本都转化为SiC;Fe的存在使其转化速度加快,转化温度降低;Fe-Si3N4中的Fe3Si在C存在条件下,通过形成Fe-Si-C熔体,Fe分解Si3N4并吸纳其中的Si而成为Fe-Si-C系高硅过渡中间相,继而与C反应生成SiC或在熔体中析出SiC晶体,实现Fe对Si3N4向SiC转化的促进作用。
由于此过程的存在,消耗了坩埚的Si3N4涂层,致氮化硅涂层变薄。
以上三种情况存在与分析,证明其间发生的化学反应,都将消耗Si3N4坩埚涂层,致使其变薄。
下面具体分析以上三种情况:“4.1”、“4.2”的化学反应发生在硅料加热熔化前阶段,此阶段硅料中存在湿气(H2O)、O2、残留氢氟酸(HF)或硝酸(HNO3)都会与坩埚的Si3N4涂层发生化学反应,反应生存物将附着在坩埚底部和四个侧壁上。
铸锭长晶过程中,铁等金属物杂质成渣浮物被推置在硅锭顶层靠近坩埚边角部位(如下图1)所示:图1 长晶过程示意图坩埚顶部边角硅溶液中的铁元素,在高温作用下与坩埚Si3N4涂层(头部区域)发生化学反应,生成大量的碳化硅(SiC),其同时又消耗大量的Si3N4涂层。
氮化硅为非氧化物高温陶瓷材料,喷涂烧结后,会很好附着在坩埚内壁上,而在拆锭时有很多粉状Si3N4粘在硅锭四壁上,可用扫帚扫下来。
笔者推断:该粉状物不是喷涂烧结的Si3N4涂层,而是经过“4.1”步骤的化学反应后生存的二氧化硅(SiO2)和Si3N4粉状混合物。
在拆埚取锭之后我们发现:在很多硅锭的顶部靠边角部分凝结有很多沙状物,而该部分晶锭呈亮黑色,笔者认为其亮黑色沙状物就是黑色碳化硅。
另外,在硅锭以上部分的坩埚上Si3N4涂层呈现绿色,笔者认为其属生成的绿色碳化硅。
石墨护板上部和顶部石墨盖板呈现绿色物质,笔者认为其同样属于生成的绿色碳化硅(见图2-图5)。
主视图俯视图在拆埚取锭之后我们看到:硅锭的下部分呈白色粉状物质(见图4),说明铁等金属未与该部分Si3N4起化学反应,即未消耗该部分Si3N4涂层。
另外,坩埚粘结(边、角局部粘结)基本上都发生在硅锭30cm头部,且粘结宽度与头部宽度基本相等(见图5-图6)。
四、小结1、作业人员对坩埚氮化硅涂层喷涂不均匀、或装料过程中碰撞损伤氮化硅涂层,会增加粘锅几率,故粘锅的部位具有随机性。
所以,喷涂与装料作业应严格按SOP要求进行规范操作。
2、铸锭过程温度与气流对坩埚涂层会产生相应的影响,会出现一系列物理反应,均会消耗坩埚的Si3N4涂层,使涂层变薄,或涂层局部消失,造成粘埚。
3、铸锭过程气体与酸性物质会对坩埚涂层产生一定的影响。
硅料中存在水气(H2O)、O2、残留氢氟酸(HF)或硝酸(HNO3),都会与坩埚的Si3N4涂层发生化学反应,反应生存物将附着在坩埚底部和四个侧壁上,使涂层变薄,或涂层局部消失,造成粘埚。
硅料中含铁质的多少,将决定Si3N4参与化学反应的量也就是对涂层减薄的影响程度。
通过上叙分析,我认为上三种情况是造成粘锅的主要原因。
为此建议:要充分考虑坩埚Si3N4涂层面对各种物理和化学反应过程产生的消耗因素,尤应加厚坩埚重点区域的Si3N4涂层。
在确保其历经各种消耗后,Si3N4涂层仍有一定厚度。
如何确定出坩埚重点喷涂区域即喷涂加厚区,笔者推荐坩埚特定60cm区间为重点区,其计算方法是:通过硅料投炉量确定出硅锭的高度(H)后,根据测量坩埚高度(A),则可按下等式求出喷涂中线:Y=(A-H)+15cm Y为喷涂中线即:用钢尺量出从坩埚沿口到硅锭表面长度,加15cm,就确定出喷涂中线;坩埚四壁按算出的喷涂中线范围喷涂加厚Si3N4区域,如:中线上下30cm处为加厚喷涂区(即:形成60cm加厚区间带)。
为了得到最佳的氮化硅涂层厚度与加喷宽度数值,可进行工艺试验获得。
图2绿色碳化硅 图3 黑色碳化硅 图4硅锭边沿白色的氮化硅图5坩埚内壁上的绿色碳化硅 图 6 粘结处示意图 图7粘结处示意图作者介绍:谭 文江西旭阳雷迪设备管理中心,工程部主管绿色很多颗粒沙绿色 粘结粘结。