具有硅涂层的塑料材料基底的利记博彩app

本发明涉及硅涂覆的塑料材料基底。

背景技术：

硅涂覆的塑料材料基底可以用于制备生产设备或装置的接触产品的部件的低污染或无污染表面，以用于制备多晶硅、进一步加工多晶硅和多晶硅的物流(logistics)(包装/运输)。

多晶硅(Polycrystalline silicon，简称polysilicon)例如通过Siemens方法从甲硅烷或氯硅烷(如三氯硅烷)沉积至细棒上以获得多晶硅棒，其随后被粉碎成多晶硅块。在粉碎成块之后，通常将所述块分级成特定的尺寸等级。在分选和分级之后，将块计量成特定的重量并包装在塑料材料袋中。在包装之前，任选地将所述块进行湿化学清洗。在单个加工步骤之间，块通常需要从一个设备运输至另一个设备，例如从粉碎设备运输至包装机器。这通常涉及在缓冲容器中对块进行中间存储，所述容器通常为塑料材料盒。

表现出非常低程度污染的多晶硅块对于半导体和太阳能工业是期望的。因此，需要以非常低污染的方式来进行粉碎成块、分选和分级、计量和包装。

一种块的分选、分级、计量和包装的方法公开于US 2013309524A1。在包装前，首先将多晶硅分配并称重。多晶硅块通过传送通道运输并利用至少一个筛分离成粗块和细块。利用计量天平将所述块称重并计量为不超过目标重量，然后通过移除通道运离并运输至包装单元。所述至少一个筛和计量天平优选地在它们的表面上至少部分地包含低污染构建材料，例如硬金属。筛和计量天平可以具有部分或完全的涂层。所用的涂层优选为选自以下的材料：氮化钛、碳化钛、氮化钛铝和DLC(类金刚石碳)。

EP 1 334 907 B1公开了一种装置，所述装置用于成本低廉并且完全自动化地运输、称量、分配、填充和包装高纯度多晶硅块，所述装置包括多晶硅块的传送通道、连接至料斗的多晶硅块称量装置、由硅制成的偏转板、填充装置，所述填充装置由高纯度塑料材料膜形成塑料材料袋，并且包括去离子装置，所述去离子装置防止静电荷以及由此避免塑料材料膜被颗粒污染；用于填充有多晶硅块的塑料材料袋的焊接装置；流料箱，其安装在传送通道、称量装置、填充装置和焊接装置上方并防止多晶硅块被颗粒污染；传送带，其具有用于填充有多晶硅块的焊接的塑料材料袋的磁感应检测器，所有部件都与多晶硅块接触，这些部件都被硅包裹或者被高度耐磨的塑料材料覆盖。

US 20120156413 A1描述了一种两层结构，其为金属基体上的塑料材料片。基体与片相对，所述片被螺栓等固定，制备所述螺栓的材料与制备片的材料相同或相似。可以类似地形成与多晶硅接触的运输通道和容器/料斗。

US 6375011 B1提出了一种传送硅块的方法，其包括将硅块通过由极高纯度的硅制成的振动传送器的传送表面。然而，很明显，在这样的振动传送单元的操作中可能发生传送表面的硅贴面松弛甚至破裂。在传送期间也存在产物污染的风险。

粒状多晶硅是Siemens方法中制备的多晶硅的替代。Siemens方法提供圆柱形硅棒形式的多晶硅，但是在进一步加工之前，其要求费时且昂贵的粉碎以及甚至可能的清理。粒状多晶硅表现出干且疏松的材料性质，并且可以作为原料直接使用，例如用于光伏和电子工业的单晶生产。

粒状多晶硅在流化床反应器中制备。这通过在流化床中利用气流将硅颗粒流化，并利用加热装置将所述床加热至高温来实现。加入含硅的反应气体如甲硅烷或氯硅烷，任选地为与氢气的混合物，使得在热颗粒表面发生热解反应。这使得单质硅沉积在硅颗粒上，并且单个的硅颗粒直径增大。定期移除直径增大的颗粒并加入相对小的硅颗粒作为晶种颗粒使得该方法以连续方式操作并且具有连续方式所具有的所有优势。

US 20120183686 A1描述了金属管，其内表面至少部分地由硅或含硅材料涂覆。通过这些管运输硅颗粒。含硅材料可以是熔融石英、碳化硅或氮化硅。这样的管可以特别地用于制备粒状多晶硅，其中通过这样的管运输晶种颗粒或粒状多晶硅。

US 6007869 A公开了一种用于制备粒状硅的方法。反应器的管的内部由诸如不锈钢的金属制成，具有高纯度二氧化硅的贴面(facing)，所述管的外部具有低导热率的绝缘材料(例如二氧化硅材料)的套。

高纯度粒状多晶硅的制备需要硅晶种颗粒。例如根据US 7490785 B2的公开，喷气磨已知为用于制备这样的硅晶种颗粒。在一个实施方案中，与硅颗粒接触的装置的部分由金属外壳组成，所述金属外壳内壁具有涂层。单晶或多晶形式的硅或塑料用作涂层。

上述喷气磨不适合于制备粒径大于1250μm的硅晶种颗粒。然而，可以借助辊式破碎机来制备这样大小的硅晶种颗粒。JP 57-067019 A公开了通过在辊式破碎机中粉碎多晶硅然后通过筛分分离来制备硅晶种颗粒。辊由高纯度硅制成。

US 7549600 B2公开了一种通过在压碎设备中粉碎并将细颗粒分级来制备硅细颗粒的方法，其中边缘长度小于或等于期望的硅细颗粒的最大边缘长度的压碎材料(部分1)的部分被收集在收集容器1中，并且边缘长度大于期望的硅细颗粒的边缘长度的压碎材料(部分2)的部分同样地被收集。在一个实施方案中，从部分1分离并收集边缘长度小于期望的硅细颗粒的最小长度的细颗粒(部分3)的部分。获得的部分1和3可以用作在流化床方法中沉积多晶硅的晶种颗粒。压碎工具的表面由硬金属(特别优选钴基质中的碳化钨)或硅制成。

现有技术中已知用硅或塑料材料覆盖(face)设备部件或完全由这些材料之一制备所述部件。当加工硅时，硬金属也用作低污染的构建材料。贴面是优选的，因为金属基体赋予设备部件更大的稳定性。然而，现有技术中已知的塑料材料贴面或硅贴面并不总是稳定的。贴面的磨损及随后的损伤可能会发生。这可能导致贴面的塑料材料污染多晶硅，特别是被碳污染。贴面的损伤进一步暴露通常为金属基体的表面，这会导致多晶硅被金属颗粒污染。经由湿化学清洗，可能进一步减少多晶硅块的表面污染，然而，这会带来额外的成本和复杂性。

本发明要实现的目的源自上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的通过经冷气喷施来对基底的包含塑料材料的表面进行硅涂覆的方法实现，所述方法包括将含硅的粉末注入气体中，并将所述粉末高速施用于所述包含塑料材料的基底表面，从而所述硅形成牢固地附着在所述包含塑料材料的基底表面上的涂层。

本发明的目的还通过这样的装置实现，其至少部分地包含由塑料材料制成的表面，其中所述塑料材料表面具有牢固附着的硅涂层。

结合以下的说明书和从属权利要求书，所述方法和装置的优选实施方案会明显。

冷气喷施(又称为动态喷施)包括将以非常高的速率将粉末施用于支持材料(基底)。通常通过粉末传送器将待喷施的材料(粉末)引入气体中，加热至几百度，并将其引入喷施系统中，该系统包括拉伐尔(de Laval)喷嘴，其将包含引入的颗粒的气体加速至超音速。

从工艺学的角度出发，冷气喷施自身与热喷施的区别在于相对简单的过程控制，因为可以直接控制的过程参数仅为气体压力和气体温度。

气体喷射将注入的颗粒加速到如此高的速率，与其他热喷施方法相比，甚至不需要预先进行初始熔化或完全熔化，所述颗粒在冲击基底时形成涂层，所述涂层是均匀闭合的，并且在牢固地附着在基底表面上。冲击时的动能不足以导致颗粒的完全熔化。

在本发明的上下文中，牢固附着的硅涂层的描述应当理解为表示低水平的机械作用，例如硅材料在涂层上的滚动或滑动，由于摩擦仅导致磨损而不引起任何颗粒脱离涂层。

所述方法可以用于硅涂覆由热塑性、热固性和弹性体塑料材料制成的各种各样的基底。

涂覆金属基底使用的气体喷射温度不超过950℃。气体压力可以为不超过50巴。

涂覆包含塑料材料的表面要求明显更低的气体压力和气体温度。气体温度优选为200℃-550℃，必须考虑高于某一温度时，在任何塑料材料类型上发生腐蚀(基底上的材料脱离)。

气体速率优选是声速的数倍(例如，在0℃，氦气为971m/s或者氮气为334m/s)；在冲击待涂覆的基底表面之前，气体喷射将颗粒加速到500m/s-1500m/s的速率。

与硬的、可延展的和具有相对高的热弹性的金属表面相比，塑料材料基底具有弹性、塑性至脆性的性质和相对低的热弹性。为了将耐用的硅涂层施用于塑料材料表面，应当使以下参数彼此适合：到基底表面的喷施距离、引入的粉末的量、自动装置的供料速度以及相关的最优粒径。取决于待涂覆的对象的几何结构，喷施的硅涂层的质量还由方法参数决定。例如，对于平坦的基底，参数行间距和行重叠对于基底表面上的喷射的蜿蜒路径是至关重要的。相比之下，对于旋转对称体，例如，车床上夹住的基底体的旋转起到重要的作用。

硅颗粒理想地具有恰好使塑料材料产生塑性形变所需的量的动能。由此，颗粒通过机械形变渗入塑料材料表面(足够远)，使得所述颗粒表现出机械附着并变为硅涂层的一部分。

冷气喷施中所用的工艺气体(process gas)优选地为不活泼性气体氮气、氦气及它们的混合物。特别优选地，以高纯形式使用这些气体。高纯度应当理解为表示存在的杂质的量小于5ppmv。

使用高纯度气体避免诸如金属、掺杂物或碳的污染物通过该气体掺入硅涂层。

拉伐尔喷嘴优选地由钴基质中的碳化硅或碳化钨制成。

优选地，粉末包含的多晶硅的晶粒尺寸为1-400μm，更优选的晶粒尺寸为20-80μm。20-80μm的晶粒尺寸产生特别均匀的涂层。

一个优选的实施方案使用硅粉尘颗粒来提供晶种颗粒，硅粉尘颗粒在研磨粒状多晶硅时作为副产物形成。合适的研磨方法的详细描述可见US 7490785 B2。空气喷射磨优选具有高纯度结构材料的贴面，特别优选硅。这最小化晶种颗粒和产生的硅粉尘的污染。

来自研磨的硅粉尘颗粒表现出低水平的金属污染，其总和不超过80ppbw。

最大水平的金属污染优选为：

Fe:最大10ppbw；

Cr:最大5ppbw；

Ni:最大5ppbw；

Cu:最大5ppbw；

Zn:最大12ppbw；

Na:最大5ppbw。

硼和磷的最大污染水平优选分别为25ppta和200ppta。

颗粒的碳污染的最大水平优选为10ppmw。

所述方法产生的涂层的厚度优选为1-500μm。5-20μm的涂层厚度是特别优选的，因为这样的厚度实现涂层特别好的附着和耐久性。

塑料材料基底优选由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)制成。所述基底的厚度优选为至少1mm。

附图说明

图1示出由聚酰胺制成的基底的SEM图像，所述基底已经提供有硅涂层。

图2示出基底的横截面的SEM图像。

具体实施方式

明显可见，在聚酰胺基底上产生了非常致密(tight-closed)并且均匀的硅涂层，涂层厚度为约15-20μm。

所用的塑料材料的硬度优选为至少40肖氏D。使用LDPE(低密度聚乙烯)是特别优选的。

还特别优选使用硬度为55-95肖氏A的聚氨酯。在这样的基底上可以制备特别均匀的硅涂层。

在DIN ISO 7619标准的第1和第2部分以及DIN 7868-1中定义了肖氏硬度。

多晶硅涂层的施用使得塑料材料基底硬化。这伴随着塑料材料表面的磨损减少。

硅涂层还将来自塑料材料基底的碳污染最小化。

一个实施方案提供金属基体，所述金属基体具有置于其上的塑料材料涂层或贴面，所述塑料材料涂层或贴面具有硅涂层。金属基体在其部分或全部表面上可具有塑料材料涂层或贴面。

优选地，基体的至少可能与待加工或运输的产物接触的那部分具有塑料材料涂层或贴面以及随后施加的硅涂层。硅涂层充当产物接触的涂层。塑料材料贴面优选地充当用于检测硅涂层的损伤的检测涂层。为此，检测涂层包含在产物上可检测的物质。对贴面的损伤可以通过可检测物质对产物的污染来检测。产物优选为多晶硅。多晶硅上容易检测到的物质的实例包括碳和金属。因此，由塑料材料制成并且包含碳或金属的检测涂层是特别优选的。

在一个实施方案中，在用于制备粒状多晶硅的流化床反应器中，晶种供料部分和产物排出部分包含硅涂覆的塑料材料表面。这些区域的操作温度通常低250℃。

本发明的硅涂覆的塑料材料基底的使用通常限于“冷”方法，即不超过250℃的温度范围。然而，这实际上适用于多晶硅制备链的所有领域，除了实际沉积和经受更大热压力的直接相邻部件。

有利的是，具有复杂几何结构并且无法通过贴面加以保护的基底也可以容易地进行涂覆。二道底漆(intercoats)，例如粘合促进剂不是必须的，即硅可以直接喷施于塑料材料上。

而且，所述方法是非常经济的，因为加工结果几乎不引起任何硅损失并且仅需要低加工温度。所述方法总体上而言对于贴面设备部件比传统方法更廉价且省时。

有缺陷的涂层部分可以相对容易且廉价地修复。通过向所述部分局部再喷施硅来消除损伤的部分。相比之下，有缺陷的贴面则要求重新制备擦伤的贴面部件。

即使当包含硅的涂层受到损伤时，由于相邻的塑料材料基底而仍然确保产物的高质量。

运输方式也从减轻的重量受益，因为不需要贴面。

结合本发明方法的上述实施方案描述的特征可以相应地适用于本发明的装置。相反地，结合本发明装置的上述实施方案描述的特征可以相应地适用于本发明的方法。

结合本发明方法的上述实施方案描述的特征可以单独地实施或与本发明的实施方案组合来实施。所述特征还可以描述能够保护其自身权利的有利实施方案。

一个实施方案包括硅涂覆用于粒状硅的常压单壁存储和缓冲容器的内部，其中所述容器由塑料材料制成。

另一个实施方案包括提供额定压力存储和加工容器，其包含金属的额定压力壁和塑料材料内涂层(例如由氟塑料材料制成)，具有硅的最终表面涂层。

还包括硅涂覆用于多晶硅块的运输和存储容器或运输盒的产物接触的内部表面，其中所述容器或盒由塑料材料(例如聚乙烯)制成。

与具有由硅或玻璃制成的贴面的容器相比，这些容器的重量较轻，具有更大的可用体积，并且制造更简单。

另一实施方案包括硅涂覆非金属管的内表面，例如由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的管。

另一实施方案包括提供耐压(pressure-safe)金属管，其内部覆盖有塑料材料，优选聚四氟乙烯(PTFE)，并且具有所述塑料材料上的额外的硅涂层。

另一优选实施方案包括提供耐压金属管，其内部覆盖有塑料材料，优选乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)，并且具有所述塑料材料上的额外的硅涂层。

同样可以向塑料材料表面提供硅涂层，所述塑料材料表面由于滑动而经受应力，但是由于产物而经受很少的摩擦应力。这减少磨损，从而减少塑料材料(主要是碳)对产物的污染。

同样可以硅涂覆由塑料材料制成的抗溅贴面，例如在装填管、抽吸罩和破碎台上。

一个实施方案包括硅涂覆用于将粒状硅和块分级的筛分机的筛格和盖，其中所述格和盖由塑料材料制成。优选使用特别是由耐磨塑料材料制成的筛网，即硬度大于65肖氏A、更优选硬度大于80肖氏A的弹性体。在DIN 53505和DIN 7868标准中定义了肖氏硬度。一个或多个筛网或其表面可以由这样的弹性体制成。

同样可以硅涂覆用于硅块传送部分的塑料材料侧盖，例如在振动台中。这等同地适用于取样点(包括其附近的设备部件(台、抽吸罩))和取样容器。

同样优选的是通过用硅涂覆来将弹性聚氨酯贴面材料钝化。即使当部件发生严重的机械形变时(弯曲、拉伸)，喷施的硅涂层的附着也能得到保证。

上文说明书的示例性实施方案应当理解为是举例的。本公开使得本领域技术人员能够理解本发明以及相关的优势，并且涵盖对本领域技术人员而言明显的对所述结构和方法的改变和修饰。因此，所有这样的改变和修饰以及等同应当被所附的权利要求的保护范围所覆盖。