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过共晶铝硅合金电磁半连铸过程中初生硅形貌和偏聚的基础研究
结题报告
批准号:
51471042
项目类别:
面上项目
资助金额:
84.0 万元
负责人:
李廷举
依托单位:
学科分类:
E0102.金属材料制备与加工
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
马红军、张守魁、邹清川、张峻嘉
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中文摘要
冶金法具有能耗低、环境污染小、成本低、投资小、生产灵活等优点,已成为太阳能光伏产业最有应用潜力的低成本制备多晶硅技术之一。本项目利用Al-Si合金凝固过程中溶质再分配获得晶体硅的思路,提出电磁场控制过共晶铝硅合金半连续铸造过程初生硅的形核与偏聚的方法,制备太阳能级多晶硅。研究电磁场作用下过共晶铝硅合金凝固过程中初生硅的形核、生长、偏聚富集机制,建立各杂质元素在初生硅与铝硅熔体之间的分凝系数与初生硅晶间杂质含量之间的本征关系。把握电磁半连续铸造过程中熔体的传质现象和其与结晶器的传热规律,以及初生硅富集层的形成条件与演化规律,建立相对应的数学、物理模型。研究出具有自主知识产权的过共晶Al-Si合金电磁连续铸造过程中初生硅偏聚富集的新方法,为我国太阳能电池产业提供低成本多晶硅原料。
英文摘要
Metallurgical method to purify Si has many advantages, such as low energy-loss, environmental-friendly, low cost, and so on, which has become one of the most potential and inexpensive method in the solar industry. The project will be based on the solute segregation of Al-Si alloy during solidification to obtain the solar-Si crystal, and suggests a method to use the electromagnetic field to control the nucleation and growth of the primary Si phase during semi-continuous casting process. The nucleation, growth, segregation, collision and combination mechanism of primary Si phase under electromagnetic field, and the inbeing relationship with the purification result will be uncovered. The relationship between the segregation coefficient of impurity element and impurity content in the inter-region of primary Si phase will be clarified. The heat conduction between alloy and mold and liquid metal flow under electromagnetic field will be investigated. The formation condition and evolution law of Si-rich layer will be revealed, and the corresponding mathematic and physical models will be established. Finally, the project will provide a new independent technology to purify polycrystalline Si from hypereutectic Al-Si alloy by electromagnetic continuous casting, and to supply the cheap polycrystalline Si for the solar industry of our country.
探索建立低成本、高效率、工艺稳定的太阳能级多晶硅制备技术对促进光伏产业可持续性发展具有重要的现实意义。相比于传统复合冶金法逐步升级冶金硅思路,以过共晶Al-Si合金为代表的合金凝固提纯法可以在单次凝固过程中实现对所有杂质元素发挥去除作用,具有提纯温度低、除杂效率高、能耗低等优点,极具成本竞争力和发展前景。但在凝固提纯过程中,由于低温生长动力学因素对杂质去除效率的影响和析出的初生硅均匀分布在合金基体中难以收集的限制,最终制约了该方法的实际推广应用。本项目以过共晶Al-Si合金凝固过程为研究对象,在合金凝固过程中施加电磁场,研究强制对流对合金凝固过程中杂质元素分凝行为的影响,揭示电磁搅拌作用下杂质分凝行为的强化机制;通过电磁场/温度场耦合控制过共晶Al-Si合金凝固过程,实现初生硅高效分离;进一步揭示并验证初生硅电磁分离机制;在此基础上,提出过共晶Al-Si合金电磁半连铸过程中初生硅连续分离新技术,实现初生硅高效收集。为解决太阳能光伏产业高纯硅原料的低成本供应问题提供了一条潜在的途径。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/s1003-6326(16)64464-3
发表时间:2016-12
期刊:Transactions of Nonferrous Metals Society of China
影响因子:4.5
作者:Jinlan Sun;J. Jie;Q. Zou;Lijuan Guo;Z. Cao;Tongmin Wang;Tingju Li
通讯作者:Jinlan Sun;J. Jie;Q. Zou;Lijuan Guo;Z. Cao;Tongmin Wang;Tingju Li
Effect of green preform composition, temperature and duration conditions on microstructure and performance of Al-5Ti-0.2C master alloy
生坯成分、温度和持续时间条件对Al-5Ti-0.2C中间合金组织和性能的影响
DOI:10.3139/146.111328
发表时间:2016-02
期刊:International Journal of Materials Research
影响因子:0.8
作者:Kateryna Svynarenkoa
通讯作者:Kateryna Svynarenkoa
DOI:10.1007/s12540-017-6586-z
发表时间:2017-07
期刊:Metals and Materials International
影响因子:3.5
作者:K. Svynarenko;Yubo Zhang;J. Jie;V. Kutsova;Tingju Li
通讯作者:K. Svynarenko;Yubo Zhang;J. Jie;V. Kutsova;Tingju Li
DOI:10.1016/j.matlet.2016.08.103
发表时间:2016-12
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Zou Qingchuan;Jie Jinchuan;Wang Tongmin;Li Tingju
通讯作者:Li Tingju
Separation of primary Si and impurity boron removal from Al-30% Si-10% Sn melt under a traveling magnetic field
分离%20of%20初级%20Si%20and%20杂质%20硼%20去除%20from%20Al-30%%20Si-10%%20Sn%20熔体%20下%20a%20行进%20磁场%20磁场
DOI:10.1007/s41230-016-6036-4
发表时间:2016
期刊:China Foundry
影响因子:1.6
作者:Sun Jin-ling;Zou Qing-chuan;Jie Jin-chuan;Li Ting-ju
通讯作者:Li Ting-ju
钢背/Cu-Pb-Sn双金属复层材料难混溶Pb相调控及界面复合研究
  • 批准号:
    51871041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
层状铝合金复合铸坯连续铸造的基础研究
  • 批准号:
    51271042
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
超(超)临界机组锅炉受热面安全及寿命管理
  • 批准号:
    51134013
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    220.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
多层复合超轻铝-锂合金扁锭连续铸造新方法
  • 批准号:
    51074031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    45.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
超声场作用下金属熔体中异相粒子运动行为及控制
  • 批准号:
    50874022
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
冶金法制备高纯非导电材料的基础研究
  • 批准号:
    50674018
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
复合场作用下液体金属的运动行为及控制
  • 批准号:
    50474055
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
电磁连铸空心金属铸坯的基础研究
  • 批准号:
    50274017
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
电磁连铸复层金属材料的基础研究
  • 批准号:
    50071015
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    17.0万元
  • 批准年份:
    2000
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
利用间断交流磁场控制连铸铸坯初期凝固的研究
  • 批准号:
    59674033
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    12.0万元
  • 批准年份:
    1996
  • 负责人:
    李廷举
  • 依托单位:
国内基金
海外基金