[go: up one dir, main page]

FR3153001A1 - APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM - Google Patents

APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM Download PDF

Info

Publication number
FR3153001A1
FR3153001A1 FR2309889A FR2309889A FR3153001A1 FR 3153001 A1 FR3153001 A1 FR 3153001A1 FR 2309889 A FR2309889 A FR 2309889A FR 2309889 A FR2309889 A FR 2309889A FR 3153001 A1 FR3153001 A1 FR 3153001A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
silicon
vibrator
reaction chamber
partition
side partition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2309889A
Other languages
French (fr)
Inventor
Oleksiy NICHIPORUK
Julien DEGOULANGE
Jed Kraiem
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hpq Silicium Inc
Original Assignee
Hpq Silicium Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hpq Silicium Inc filed Critical Hpq Silicium Inc
Priority to FR2309889A priority Critical patent/FR3153001A1/en
Priority to PCT/IB2024/059105 priority patent/WO2025062336A1/en
Publication of FR3153001A1 publication Critical patent/FR3153001A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/005Fusing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • C01B33/025Preparation by reduction of silica or free silica-containing material with carbon or a solid carbonaceous material, i.e. carbo-thermal process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/005Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices the outlet side being of particular interest
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/007Aspects relating to the heat-exchange of the feed or outlet devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00132Controlling the temperature using electric heating or cooling elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

L’invention concerne un appareil pour la production d’un matériau à base de silicium à partir de quartz et d’un agent réducteur, l’appareil comprenant : une chambre réactionnelle (1) pour la mise en œuvre d’une réaction chimique à partir des réactifs, la chambre réactionnelle incluant une enceinte étanche, une cuve et un four à arc,une chambre de condensation (2) pour solidifier un composé chimique contenu dans un gaz issu de la chambre réactionnelle (1), et une conduite d’acheminement (3) du gaz entre la chambre réactionnelle (1) et la chambre de condensation (2), remarquable en ce que la chambre de condensation (2) comprend en outre un vibrateur pour générer des vibrations dans une paroi latérale (212) de la chambre de condensation (2). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 The invention relates to an apparatus for producing a silicon-based material from quartz and a reducing agent, the apparatus comprising: a reaction chamber (1) for carrying out a chemical reaction using the reactants, the reaction chamber including a sealed enclosure, a tank, and an arc furnace, a condensation chamber (2) for solidifying a chemical compound contained in a gas emitted from the reaction chamber (1), and a conduit (3) for conveying the gas between the reaction chamber (1) and the condensation chamber (2), remarkable in that the condensation chamber (2) further comprises a vibrator for generating vibrations in a side wall (212) of the condensation chamber (2). Figure to be published with the abstract: Fig. 2

Description

APPAREIL DE PRODUCTION D’UN MATERIAU A BASE DE SILICIUM SOUS VIDEAPPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

La présente invention concerne le domaine technique général de la production d’un matériau à base de silicium tel que du monoxyde de silicium (II) et/ou du silicium, notamment de pureté 3N (pureté de 99,9 %) ou supérieure (4N (99,99 %), 5N ((99,999 %), 6N (99,999 9 %), etc.).The present invention relates to the general technical field of the production of a silicon-based material such as silicon (II) monoxide and/or silicon, in particular of 3N purity (99.9% purity) or higher (4N (99.99%), 5N (99.999%), 6N (99.999%), etc.).

Plus précisément, l’invention concerne la production en continue – en opposition à une production par lot (ou« batch », selon la terminologie utilisée dans le domaine des procédés industrielles) – d’un matériau à base de silicium par réduction chimique de quartz dans un dispositif incluant un four à arc.More specifically, the invention relates to the continuous production – as opposed to batch production (or “batch” , according to the terminology used in the field of industrial processes) – of a silicon-based material by chemical reduction of quartz in a device including an arc furnace.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION

La réaction chimique de réduction du quartz à haute température peut être mise en œuvre pour l’obtention de différents matériaux à base de silicium, notamment en fonction des agents réducteurs utilisés dans le cadre de cette réaction.The high-temperature chemical reaction of quartz reduction can be used to obtain different silicon-based materials, in particular depending on the reducing agents used in this reaction.

Par exemple, la réduction du quartz avec :

  • un matériau à base de carbone permet la production de silicium,
  • du silicium permet la production de monoxyde de silicium.
For example, the reduction of quartz with:
  • a carbon-based material enables the production of silicon,
  • silicon allows the production of silicon monoxide.

1.1. Production de siliciumSilicon production

La production de silicium métallique est généralement basée sur la réduction carbothermique de quartz à haute température et à pression atmosphérique.The production of metallic silicon is generally based on the carbothermal reduction of quartz at high temperature and atmospheric pressure.

Cette réduction thermique de quartz peut être réalisée en réduisant chimiquement le quartz en présence d’agents réducteurs à base de carbone dans un four à arc électrique où un arc à haute température chauffe les réactifs (quartz et agents réducteurs).This thermal reduction of quartz can be achieved by chemically reducing the quartz in the presence of carbon-based reducing agents in an electric arc furnace where a high temperature arc heats the reactants (quartz and reducing agents).

Ceci permet de produire un silicium dit « de grade métallurgique » (ou« MG-Si »sigle de l’expression anglo-saxonne Metallurgical Grade Silicon”) ayant une pureté maximum de 98-99 %.This makes it possible to produce so-called “metallurgical grade” silicon (or “MG-Si” acronym for the Anglo-Saxon expression Metallurgical Grade Silicon” ) with a maximum purity of 98-99%.

Le silicium de grade métallurgique peut être utilisé :

  • en tant qu'élément d’alliage – par exemple dans l'industrie de l'aluminium et de l'acier – ou
  • en tant que précurseur – par exemple dans l’industrie photovoltaïque (panneaux solaires), pour les silicones et pour le stockage d’énergie (batterie Lithium).
Metallurgical grade silicon can be used:
  • as an alloying element – for example in the aluminium and steel industry – or
  • as a pioneer – for example in the photovoltaic industry (solar panels), for silicones and for energy storage (lithium battery).

Les évolutions technologiques dans les domaines du photovoltaïque et du stockage d’énergie ont conduit le silicium de grade métallurgique à devenir un matériau stratégique.Technological developments in the fields of photovoltaics and energy storage have led metallurgical grade silicon to become a strategic material.

Par conséquent, l'approvisionnement en silicium de grade métallurgique de grande pureté à un coût raisonnable est devenu une nécessité.Therefore, the supply of high purity metallurgical grade silicon at a reasonable cost has become a necessity.

Or, les dispositifs et procédés de production de silicium métallurgique conventionnels présentent de nombreux inconvénients tels qu’une teneur élevée en impuretés.However, conventional metallurgical silicon production devices and processes have many drawbacks such as a high impurity content.

Pour remédier à cet inconvénient, il est possible d’utiliser une matière première (quartz) présentant une pureté élevée. Toutefois, cette solution augmente le coût de production du silicium métallurgique produit.To overcome this drawback, it is possible to use a raw material (quartz) with high purity. However, this solution increases the production cost of the metallurgical silicon produced.

Le document US 11 267 714 propose une autre solution consistant à mettre en œuvre la réduction carbothermique du quartz à haute température sous vide. Le fait de réaliser la réduction carbothermique du quartz sous vide permet de favoriser l’évaporation des impuretés présentes dans les réactifs (quartz et agents réducteurs) ainsi que dans le silicium de grade métallurgique liquide nouvellement produit.US 11,267,714 proposes another solution consisting of implementing the carbothermic reduction of quartz at high temperature under vacuum. Carrying out the carbothermic reduction of quartz under vacuum makes it possible to promote the evaporation of impurities present in the reactants (quartz and reducing agents) as well as in the newly produced liquid metallurgical grade silicon.

En référence à laFIG. 1, l’appareil selon US 11 267 714 comprend un four à arc FA électrique et une enceinte E fermée étanche contenant le four à arc FA. Cet agencement (enceinte E étanche contenant le four à arc FA) permet de contrôler la pression à laquelle la réduction carbothermique du quartz est mise en œuvre.In reference to the FIG. 1 , the apparatus according to US 11,267,714 comprises an electric arc furnace FA and a sealed enclosure E containing the arc furnace FA. This arrangement (sealed enclosure E containing the arc furnace FA) makes it possible to control the pressure at which the carbothermic reduction of quartz is carried out.

Cependant, les variantes de réalisation de l’appareil décrit dans US 11 267 714 présentent certaines limitations qui rendent difficile une utilisation de la solution selon US 11 267 714 à une échelle industrielle pour la production de silicium.However, the embodiments of the apparatus described in US 11,267,714 have certain limitations which make it difficult to use the solution according to US 11,267,714 on an industrial scale for the production of silicon.

2.2. Production de monoxyde de silicium (II)Production of silicon (II) monoxide

Le monoxyde de silicium (SiO) peut être obtenu par réduction chimique partielle de dioxyde de silicium (SiO2) en présence de silicium (Si) selon la réaction suivante :Silicon monoxide (SiO) can be obtained by partial chemical reduction of silicon dioxide (SiO 2 ) in the presence of silicon (Si) according to the following reaction:

SiO2+ Si ⇌ 2 SiO↑SiO 2 + Si ⇌ 2 SiO↑

Pour produire du monoxyde de silicium (SiO) en mettant en œuvre cette réaction, un mélange de silicium (Si) et de dioxyde de silicium (SiO2) est chauffé à une température de sublimation du monoxyde de silicium (II) (SiO). Lorsque la réaction se produit à pression atmosphérique, la température de sublimation est de 1600°C. Lorsque la réaction se produit sous vide, la température de sublimation est nettement inférieure, environ 1200°C.To produce silicon monoxide (SiO) using this reaction, a mixture of silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2 ) is heated to a sublimation temperature of silicon(II) monoxide (SiO). When the reaction occurs at atmospheric pressure, the sublimation temperature is 1600°C. When the reaction occurs in a vacuum, the sublimation temperature is significantly lower, about 1200°C.

Ceci permet la génération d’un gaz contenant le monoxyde de silicium (SiO) par réduction chimique. Ce gaz est ensuite refroidi à une température inférieure à 800°C. Le refroidissement du gaz contenant le monoxyde de silicium (SiO) est réalisé rapidement pour limiter les risques de restructuration, par dismutation, du monoxyde de silicium (SiO) sous la forme de silicium (Si) et de dioxyde de silicium (SiO2).This allows the generation of a gas containing silicon monoxide (SiO) by chemical reduction. This gas is then cooled to a temperature below 800°C. The cooling of the gas containing silicon monoxide (SiO) is carried out quickly to limit the risks of restructuring, by disproportionation, of silicon monoxide (SiO) in the form of silicon (Si) and silicon dioxide (SiO2).

Le refroidissement rapide du gaz contenant le monoxyde de silicium (SiO) induit, par condensation, la formation d’un matériau amorphe, (SiO)n.Rapid cooling of the gas containing silicon monoxide (SiO) induces, by condensation, the formation of an amorphous material, (SiO)n.

Un tel matériau vitreux à base de monoxyde de silicium (SiO) est disponible commercialement, et peut être utilisé pour différentes applications dans les domaines de l’optique ou de l’optoélectronique (dépôt de couche de Si0 sur un support), ou encore dans le domaine des batteries rechargeables à base de lithium (fabrication d’anodes notamment).Such a glassy material based on silicon monoxide (SiO) is commercially available and can be used for various applications in the fields of optics or optoelectronics (deposition of a SiO layer on a support), or in the field of rechargeable lithium-based batteries (manufacture of anodes in particular).

Même si cela n’a pas encore été réalisé, l’appareil selon US 11 267 714 pourrait convenir à la production de monoxyde de silicium (SiO).Although not yet realized, the apparatus according to US 11,267,714 could be suitable for the production of silicon monoxide (SiO).

Cependant, les variantes de réalisation de l’appareil décrit dans US 11 267 714 présentent certaines limitations qui rendent difficile une utilisation de la solution selon US 11 267 714 à une échelle industrielle pour la production de monoxyde de silicium.However, the alternative embodiments of the apparatus described in US 11,267,714 have certain limitations which make it difficult to use the solution according to US 11,267,714 on an industrial scale for the production of silicon monoxide.

Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant la production en continu d’un matériau à base de silicium, tel que du silicium (Si) et/ou du monoxyde de silicium (SiO).An aim of the present invention is to provide a method and a device allowing the continuous production of a silicon-based material, such as silicon (Si) and/or silicon monoxide (SiO).

Plus précisément, un but de la présente invention est de proposer une (ou plusieurs) amélioration(s) à l’appareil selon US 11 267 714 pour faciliter son utilisation à l’échelle industrielle pour la production d’un matériau à base de silicium, tel que du monoxyde de silicium.More specifically, an object of the present invention is to provide one (or more) improvement(s) to the apparatus according to US 11,267,714 to facilitate its use on an industrial scale for the production of a silicon-based material, such as silicon monoxide.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

A cet effet, l’invention propose un appareil pour la production d’un matériau à base de silicium (tel que du silicium et/ou du monoxyde de silicium) à partir de réactifs, lesdits réactifs comportant du quartz et au moins un agent réducteur dans lequel l’appareil comprend :

  • une chambre réactionnelle pour la mise en œuvre d’une réaction chimique à partir des réactifs, ladite chambre réactionnelle comportant :
    • une enceinte étanche raccordée à au moins une pompe d’aspiration pour générer une dépression à l’intérieur de l’enceinte lorsque la pompe d’aspiration est activée,
    • un four à arc électrique logé à l’intérieur de l’enceinte étanche pour chauffer les réactifs,
    • une cuve destinée à contenir les réactifs,
  • une chambre de condensation pour solidifier un composé chimique contenu dans le gaz issu de la chambre réactionnelle, ladite chambre de condensation incluant :
    • un caisson de précipitation définissant un espace pour la solidification du composé chimique contenu dans le gaz issu de la chambre réactionnelle, ledit caisson de précipitation comportant au moins une cloison latérale,
    • un système de refroidissement pour refroidir le gaz issu de la chambre réactionnelle, ledit système de refroidissement étant en contact thermique avec la cloison latérale, et
    • une buse d’extraction pour la collecte du composé chimique solidifié, ladite buse d’extraction étant connectée au caisson de précipitation,
  • une conduite d’acheminement pour la circulation du gaz entre la chambre réactionnelle et la chambre de condensation, ladite conduite d’acheminement étant raccordée à l’enceinte d’une part, et au caisson de précipitation d’autre part,
remarquable en ce que la chambre de condensation comprend en outre un vibrateur associé à la cloison latérale pour induire la génération de vibrations dans ladite cloison latérale.To this end, the invention provides an apparatus for producing a silicon-based material (such as silicon and/or silicon monoxide) from reactants, said reactants comprising quartz and at least one reducing agent wherein the apparatus comprises:
  • a reaction chamber for carrying out a chemical reaction from the reactants, said reaction chamber comprising:
    • a sealed enclosure connected to at least one suction pump to generate a vacuum inside the enclosure when the suction pump is activated,
    • an electric arc furnace housed inside the sealed enclosure to heat the reagents,
    • a tank intended to contain the reagents,
  • a condensation chamber for solidifying a chemical compound contained in the gas from the reaction chamber, said condensation chamber including:
    • a precipitation box defining a space for the solidification of the chemical compound contained in the gas from the reaction chamber, said precipitation box comprising at least one lateral partition,
    • a cooling system for cooling the gas from the reaction chamber, said cooling system being in thermal contact with the side partition, and
    • an extraction nozzle for collecting the solidified chemical compound, said extraction nozzle being connected to the precipitation box,
  • a conveying pipe for the circulation of gas between the reaction chamber and the condensation chamber, said conveying pipe being connected to the enclosure on the one hand, and to the precipitation box on the other hand,
remarkable in that the condensation chamber further comprises a vibrator associated with the side partition to induce the generation of vibrations in said side partition.

Comme il ressortira clairement dans la suite, la présence d’un vibrateur pour générer des vibrations dans la cloison latérale permet de faciliter le décrochement de la matière à base de silicium susceptible de se déposer sur ladite cloison latérale. Ceci améliore l’efficacité de l’appareil selon l’invention en limitant le risque de dépôt d’une couche épaisse de matière sur la cloison latérale, une telle couche épaisse réduisant l’efficacité du refroidissement du gaz issu de la chambre réactionnelle, et donc de l’appareil.As will become clear in the following, the presence of a vibrator to generate vibrations in the side wall makes it easier to detach the silicon-based material likely to be deposited on said side wall. This improves the efficiency of the apparatus according to the invention by limiting the risk of depositing a thick layer of material on the side wall, such a thick layer reducing the efficiency of the cooling of the gas from the reaction chamber, and therefore of the apparatus.

Des aspects préférés mais non limitatifs de l’appareil selon l’invention sont les suivants :

  • la cloison latérale peut avoir une forme en tronc de cône, une génératrice de la cloison latérale formant un angle non nul avec un axe vertical ;
  • le vibrateur peut être un vibrateur mécanique ;
  • le vibrateur mécanique peut être configuré pour exercer un effort sur la cloison latérale selon un axe principal incliné d’un angle non nul par rapport à la cloison latérale, ledit angle non nul étant supérieur à 45° et inférieur à 135°, de préférence compris entre 60° et 120°, notamment de l’ordre de 90° ;
  • le vibrateur mécanique peut s’étendre à l’extérieur de la cloison latérale, ledit vibrateur mécanique étant relié mécaniquement à la cloison latérale par un moyen de liaison mécanique, tel qu’une tige en contact d’une part avec la cloison latérale, et d’autre part avec le vibrateur mécanique ;
  • le vibrateur peut être un vibrateur acoustique ;
  • le vibrateur acoustique peut comprendre une pluralité de transducteurs disposés sur une face interne et/ou sur une face externe de la cloison, lesdits transducteurs ayant des fréquences de résonnance respectives ;
  • la cloison latérale peut comprendre une couche de matériau antiadhérent telle qu’une couche de céramique, ou une couche de fluoropolymere, ou une couche d’oxydes métallique ;
  • le système d’alimentation peut comprendre :
    • un bol de réception destiné à contenir une réserve de réactifs,
    • un canal de distribution pour la circulation des réactifs entre le bol de réception et la cuve, et
    • au moins deux valves pour autoriser ou stopper la circulation des réactifs entre le bol de réception et la cuve ;
  • la buse d’extraction peut comprendre :
    • un entonnoir tronconique composé d’un muret latérale tronconique, un bord supérieur de plus grand diamètre du muret latéral tronconique étant raccordé à la cloison latérale, et
    • un tube monté sur un bord inférieur de plus petit diamètre du muret latéral tronconique,
    • au moins deux clapets pour autoriser ou interdire la circulation du matériau à base de silicium entre l’entonnoir tronconique et l’extérieur de la chambre de condensation.
Preferred but non-limiting aspects of the apparatus according to the invention are as follows:
  • the side partition may have a truncated cone shape, a generator of the side partition forming a non-zero angle with a vertical axis;
  • the vibrator can be a mechanical vibrator;
  • the mechanical vibrator can be configured to exert a force on the side partition along a main axis inclined at a non-zero angle relative to the side partition, said non-zero angle being greater than 45° and less than 135°, preferably between 60° and 120°, in particular of the order of 90°;
  • the mechanical vibrator may extend outside the side partition, said mechanical vibrator being mechanically connected to the side partition by a mechanical connecting means, such as a rod in contact on the one hand with the side partition, and on the other hand with the mechanical vibrator;
  • the vibrator can be an acoustic vibrator;
  • the acoustic vibrator may comprise a plurality of transducers arranged on an internal face and/or on an external face of the partition, said transducers having respective resonance frequencies;
  • the side wall may comprise a layer of anti-adhesive material such as a ceramic layer, or a fluoropolymer layer, or a metal oxide layer;
  • the power supply system may include:
    • a receiving bowl intended to contain a reserve of reagents,
    • a distribution channel for the circulation of reagents between the receiving bowl and the tank, and
    • at least two valves to allow or stop the circulation of reagents between the receiving bowl and the tank;
  • the extraction nozzle may include:
    • a truncated funnel composed of a truncated side wall, a larger diameter upper edge of the truncated side wall being connected to the side partition, and
    • a tube mounted on a lower edge of smaller diameter of the truncated side wall,
    • at least two valves to allow or prevent the circulation of the silicon-based material between the truncated funnel and the outside of the condensation chamber.

D'autres avantages et caractéristiques de l’appareil et du procédé de production d’un matériau à base de silicium selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :

  • FIG. 1est une représentation schématique d’un appareil de production de silicium de l’art antérieur,
  • FIG. 2est une représentation schématique d’un appareil de production de matériau à base de silicium selon l’invention,
  • FIG. 3est une représentation schématique d’une chambre réactionnelle de l’appareil de production illustré à laFIG. 2,
  • FIG. 4est une représentation schématique d’une chambre de condensation de l’appareil de production illustré à laFIG. 2.
Other advantages and characteristics of the apparatus and method for producing a silicon-based material according to the invention will emerge more clearly from the following description of several variant embodiments, given as non-limiting examples, from the attached drawings in which:
  • FIG. 1 is a schematic representation of a prior art silicon production apparatus,
  • FIG. 2 is a schematic representation of an apparatus for producing silicon-based material according to the invention,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a reaction chamber of the production apparatus illustrated in FIG. 2 ,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a condensation chamber of the production apparatus illustrated in FIG. 2 .

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

On va maintenant décrire différents exemples de réalisation de l’invention en référence aux figures.We will now describe different examples of embodiments of the invention with reference to the figures.

1.1. GénéralitésGeneral information

En référence à laFIG. 2, l’appareil selon l’invention comprend :

  • une chambre réactionnelle 1,
  • une chambre de condensation 2, et
  • une conduite d’acheminement 3.
In reference to the FIG. 2 , the apparatus according to the invention comprises:
  • a reaction chamber 1,
  • a condensation chamber 2, and
  • a delivery line 3.

La chambre réactionnelle 1 permet la mise en œuvre de la réaction de réduction du quartz à haute température. En fonction de la nature des agents réducteurs, cette réaction permet la formation de monoxyde de silicium gazeux et/ou de silicium liquide :

  • en présence d’agents réducteurs tels que du silicium, la chambre réactionnelle permet la formation de monoxyde de silicium gazeux,
  • en présence d’agents réducteurs à base de carbone, la chambre réactionnelle permet la formation de silicium.
Reaction chamber 1 allows the implementation of the high-temperature quartz reduction reaction. Depending on the nature of the reducing agents, this reaction allows the formation of gaseous silicon monoxide and/or liquid silicon:
  • in the presence of reducing agents such as silicon, the reaction chamber allows the formation of gaseous silicon monoxide,
  • In the presence of carbon-based reducing agents, the reaction chamber allows the formation of silicon.

Dans la suite, l’invention sera présentée en référence à la production de monoxyde de silicium à partir de quartz et d’un agent réducteur tel que du silicium, étant entendu que l’invention peut également être utilisée :

  • pour la production de silicium, ou
  • pour la production à la fois de silicium et de monoxyde de silicium solide.
In the following, the invention will be presented with reference to the production of silicon monoxide from quartz and a reducing agent such as silicon, it being understood that the invention can also be used:
  • for the production of silicon, or
  • for the production of both silicon and solid silicon monoxide.

La chambre de condensation 2 permet de refroidir les gaz issus de la chambre réactionnelle 1.Condensation chamber 2 cools the gases from reaction chamber 1.

Avantageusement, la chambre réactionnelle 1 et la chambre de condensation 2 sont distinctes et séparées, lesdites chambres étant raccordées par l’intermédiaire de la conduite d’acheminement 3. Ceci permet notamment d’utiliser des chambres réactionnelle et de condensation 1, 2 de formes et dimensions différentes. Ceci permet également de réduire la hauteur de l’appareil.Advantageously, the reaction chamber 1 and the condensation chamber 2 are distinct and separate, said chambers being connected via the conveying pipe 3. This makes it possible in particular to use reaction and condensation chambers 1, 2 of different shapes and dimensions. This also makes it possible to reduce the height of the apparatus.

La conduite d’acheminement 3 permet la circulation des gaz entre la chambre réactionnelle 1 et la chambre de condensation 2. Elle peut comprendre un (ou plusieurs) tuyau(x) raccordé(s) d’une part à la chambre réactionnelle 1, et d’autre part à la chambre de condensation 2.The delivery pipe 3 allows the circulation of gases between the reaction chamber 1 and the condensation chamber 2. It may comprise one (or more) pipe(s) connected on the one hand to the reaction chamber 1, and on the other hand to the condensation chamber 2.

Dans certaines variantes de réalisation l’appareil peut de plus comprendre une structure thermiquement isolante associée à la conduite d’acheminement 3. Une telle structure thermiquement isolante permet :

  • de réduire les pertes thermiques lors du passage des gaz depuis la chambre réactionnelle 1 vers la chambre de condensation 2, et
  • de limiter la condensation parasite de monoxyde de silicium sur la (ou les) face(s) interne(s) du (ou des) tuyau(x) de la conduite d’acheminement 3 (ce qui baisse le rendement matière de la réaction et peut provoquer un bouchage de la conduite 3).
In certain embodiments, the device may further comprise a thermally insulating structure associated with the conveying pipe 3. Such a thermally insulating structure allows:
  • to reduce heat losses during the passage of gases from the reaction chamber 1 to the condensation chamber 2, and
  • to limit parasitic condensation of silicon monoxide on the internal face(s) of the pipe(s) of the delivery line 3 (which reduces the material yield of the reaction and can cause blockage of the line 3).

Une telle structure thermiquement isolante étant connue par l’homme du métier, elle ne sera pas décrite plus en détails dans la suite. Cette structure thermiquement isolante peut par exemple être composée d'un garnissage céramique d’oxyde d'aluminium (d’alumine ou de carbure de silicium) épais disposé autour ou à l’intérieur de la conduite d’acheminement 3.Since such a thermally insulating structure is known to those skilled in the art, it will not be described in more detail below. This thermally insulating structure may, for example, be composed of a thick ceramic lining of aluminum oxide (alumina or silicon carbide) arranged around or inside the conveying pipe 3.

2.2. Chambre réactionnelleReaction chamber

La chambre réactionnelle 1 permet :

  • d’une part de contenir les réactifs – à savoir le quartz et le (ou les) agent(s) réducteur(s) – utilisés pour la production du matériau à base de silicium, et
  • d’autre part de chauffer à haute température lesdits réactifs pour induire la réaction de réduction chimique partielle du quartz afin d’obtenir le gaz contenant le matériau à base de silicium.
Reaction chamber 1 allows:
  • on the one hand to contain the reagents – namely quartz and the reducing agent(s) – used for the production of the silicon-based material, and
  • on the other hand, heating said reagents at high temperature to induce the partial chemical reduction reaction of quartz in order to obtain the gas containing the silicon-based material.

En référence à laFIG. 3, la chambre réactionnelle 1 comprend :

  • un four à arc 11,
  • un enceinte étanche 12,
  • un système d’alimentation 13 en réactifs, et
  • une cuve 14 destinée à contenir les réactifs,
  • le four à arc 11 et la cuve 14 étant logés dans l’enceinte 12.
In reference to the FIG. 3 , reaction chamber 1 comprises:
  • an arc furnace 11,
  • a 12 waterproof enclosure,
  • a reagent supply system 13, and
  • a tank 14 intended to contain the reagents,
  • the arc furnace 11 and the tank 14 being housed in the enclosure 12.

2.1.2.1. Four à arcArc furnace

Le four à arc 11 permet de chauffer les réactifs à haute température (notamment supérieure ou égale à 1200°C) pour induire la réaction de réduction chimique du quartz afin de produire le gaz contenant le monoxyde de silicium (II).The arc furnace 11 allows the reactants to be heated to a high temperature (in particular greater than or equal to 1200°C) to induce the chemical reduction reaction of the quartz in order to produce the gas containing silicon monoxide (II).

Pour la formation d’un arc électrique permettant le chauffage des réactifs (quartz et réducteur), le four à arc 11 comprend des électrodes 111, 112 alimentées soit à partir d’une source de courant continu, soit à partir d’une source de courant alternatif. Chaque électrode 111, 112 peut consister en une barre cylindrique de graphite s’étendant verticalement.For the formation of an electric arc allowing the heating of the reactants (quartz and reducing agent), the arc furnace 11 comprises electrodes 111, 112 supplied either from a direct current source or from an alternating current source. Each electrode 111, 112 may consist of a cylindrical graphite bar extending vertically.

Le four à arc 11 peut comprendre :

  • une (ou plusieurs) électrode(s) mobile(s) 111 maintenue(s) par un (ou des) support(s) (non représenté(s)), la (ou chaque) électrode mobile 111 pouvant être introduite dans l’enceinte 12 en passant (chacune) par un orifice traversant ménagé dans l’enceinte 12,
  • une (ou plusieurs) électrode(s) fixe(s) 112 logée(s) dans le fond de la cuve 14.
The arc furnace 11 may include:
  • one (or more) mobile electrode(s) 111 held by one (or more) support(s) (not shown), the (or each) mobile electrode 111 being able to be introduced into the enclosure 12 by passing (each) through a through-orifice provided in the enclosure 12,
  • one (or more) fixed electrode(s) 112 housed in the bottom of the tank 14.

Le(s) support(s) maintenant l’électrode (ou les électrodes) 111 mobile(s) permet(tent) de faire varier la distance entre les extrémités des électrodes fixe(s) et mobile(s) pour contrôler la quantité d’énergie transférée aux réactifs contenus dans la cuve 14.The support(s) holding the movable electrode(s) 111 allow(s) the distance between the ends of the fixed and movable electrode(s) to be varied to control the quantity of energy transferred to the reagents contained in the tank 14.

Comme indiqué précédemment, chaque électrode 111, 112 est reliée à une source de courant continu ou à une source de courant alternatif. Un des avantages d’une alimentation en courant continu est que les électrodes ne sont pas soumises aux effets électromagnétiques que subissent les électrodes d'un four alimenté à partir d’une source de courant alternatif.As previously indicated, each electrode 111, 112 is connected to a direct current source or to an alternating current source. One of the advantages of a direct current supply is that the electrodes are not subject to the electromagnetic effects that the electrodes of a furnace supplied from an alternating current source undergo.

Dans le cas d’une alimentation en courant continu :

  • la (ou les) électrode(s) mobile(s) 111 peut (peuvent) être raccordée(s) au pôle positif de la source de courant continu pour former anode,
  • la (ou les) électrode(s) fixe(s) 112 peut (peuvent) être raccordée(s) au pôle négatif de la source de courant continu et former cathode.
In the case of a direct current power supply:
  • the movable electrode(s) 111 can be connected to the positive pole of the direct current source to form an anode,
  • the fixed electrode(s) 112 can be connected to the negative pole of the direct current source and form a cathode.

Le four à arc 11 étant de type connu en soit par l’homme du métier, son fonctionnement ne sera pas décrit plus en détails dans la suite.The arc furnace 11 being of a type known per se to those skilled in the art, its operation will not be described in more detail below.

2.2.2.2. EnceintePregnant

L’enceinte 12 étanche permet de définir un espace clos dans lequel il est possible de générer une dépression ou obtenir une atmosphère inerte, c’est-à-dire un espace dans lequel il est possible de diminuer la pression à une valeur inférieure à la pression atmosphérique.The sealed enclosure 12 makes it possible to define an enclosed space in which it is possible to generate a depression or obtain an inert atmosphere, that is to say a space in which it is possible to reduce the pressure to a value lower than atmospheric pressure.

Pour diminuer la pression dans l’enceinte, la chambre réactionnelle 1 comprend une (ou plusieurs) pompe(s) d’aspiration (non représentée) raccordée(s) à l’enceinte 12 pour générer une dépression dans l’enceinte 12 par aspiration.To reduce the pressure in the enclosure, the reaction chamber 1 comprises one (or more) suction pump(s) (not shown) connected to the enclosure 12 to generate a vacuum in the enclosure 12 by suction.

Le fait de diminuer la pression dans l’enceinte 12 à une valeur inférieure à la pression atmosphérique permet de limiter la température nécessaire à l’initiation de la réaction de réduction chimique du quartz.Reducing the pressure in enclosure 12 to a value below atmospheric pressure makes it possible to limit the temperature necessary to initiate the chemical reduction reaction of quartz.

Une telle enceinte 12 peut présenter différentes formes et être réalisée à partir de différents matériaux pour assurer cette fonction. Ainsi, on entend, dans le cadre de la présente invention, par « enceinte étanche », un compartiment composé d’au moins une paroi 121 – par exemple en acier – de part et d'autre de laquelle il existe une différence de pression. Ainsi, l’enceinte étanche permet de délimiter deux zones (i.e. une zone interne et une zone externe) entre lesquelles existe une différence de pression.Such an enclosure 12 may have different shapes and be made from different materials to perform this function. Thus, in the context of the present invention, the term “watertight enclosure” means a compartment composed of at least one wall 121 – for example made of steel – on either side of which there is a pressure difference. Thus, the watertight enclosure makes it possible to delimit two zones (i.e. an internal zone and an external zone) between which there is a pressure difference.

L’enceinte 12 étanche comprend un (ou plusieurs) orifice(s) traversant(s), éventuellement pour le passage :

  • d’un (ou de plusieurs) canal (canaux) d’injection de gaz 122, chaque canal 122 pouvant être connecté à une source d’alimentation en gaz (tel que de l’argon et l’azote),
  • d’un (ou de plusieurs) canal (canaux) d’aspiration 123 pouvant être connecté à une pompe d’aspiration pour permettre la génération d’une dépression à l’intérieur de l’enceinte 11,
  • d’un (ou plusieurs) canal (canaux) d’évacuation 124 destiné à être connecté à la conduite d’alimentation 3 pour le transfert du gaz issu de la chambre réactionnelle 1 vers la chambre de condensation 2,
  • d’une (ou de plusieurs) des électrodes 111,
  • de moyens de connexion électrique (tel qu’un câble électriquement conducteur, par exemple pour le raccordement électrique d’un capteur contenu dans l’enceinte, etc.),
  • d’un canal (ou des canaux) de coulée 144, etc.
The sealed enclosure 12 comprises one (or more) through orifice(s), possibly for the passage of:
  • of one (or more) gas injection channel(s) 122, each channel 122 being connectable to a gas supply source (such as argon and nitrogen),
  • of one (or more) suction channel(s) 123 which can be connected to a suction pump to enable the generation of a vacuum inside the enclosure 11,
  • of one (or more) evacuation channel(s) 124 intended to be connected to the supply pipe 3 for the transfer of the gas from the reaction chamber 1 to the condensation chamber 2,
  • of one (or more) of the electrodes 111,
  • electrical connection means (such as an electrically conductive cable, for example for the electrical connection of a sensor contained in the enclosure, etc.),
  • of a casting channel (or channels) 144, etc.

L’enceinte 12 est configuré pour supporter des températures supérieures ou égale à 1000°C, notamment comprise entre 1200°C et 1800°C.The enclosure 12 is configured to withstand temperatures greater than or equal to 1000°C, in particular between 1200°C and 1800°C.

Dans certaines variantes de réalisation la chambre réactionnelle 1 peut comprendre une structure thermiquement isolante associée l’enceinte 12 pour réduire les pertes thermiques dans le logement. Une telle structure thermiquement isolante peut être composée d'un garnissage céramique d’oxyde d'aluminium (d’alumine ou de carbure de silicium) épais disposé autour ou à l’intérieur de l’enceinte 12.In some embodiments, the reaction chamber 1 may comprise a thermally insulating structure associated with the enclosure 12 to reduce heat losses in the housing. Such a thermally insulating structure may be composed of a thick ceramic lining of aluminum oxide (alumina or silicon carbide) arranged around or inside the enclosure 12.

2.3.2.3. Système d’alimentationPower supply system

Le système d’alimentation 13 en réactifs permet de remplir la cuve 14 en quartz et en agent(s) réducteur(s).The reagent supply system 13 makes it possible to fill the tank 14 with quartz and reducing agent(s).

Le système d’alimentation 13 comprend :

  • un bol de réception 131 destiné à contenir une réserve de quartz et d’agent(s) réducteur(s),
  • un canal de distribution 132 pour la circulation du quartz et du (ou des) agent(s) réducteur(s), et
  • deux (ou plus de deux) valves 133a, 133b étanches pour autoriser ou stopper la circulation du quartz et du (ou des) agent(s) réducteur(s).
The power supply system 13 includes:
  • a receiving bowl 131 intended to contain a reserve of quartz and reducing agent(s),
  • a distribution channel 132 for the circulation of quartz and the reducing agent(s), and
  • two (or more than two) sealed valves 133a, 133b to allow or stop the circulation of quartz and the reducing agent(s).

Le bol de réception 131 comprend un fond dans lequel est ménagé une lumière traversante raccordée à une extrémité du canal de distribution 132, l’autre extrémité du canal de distribution 132 débouchant dans la cuve 14.The receiving bowl 131 comprises a bottom in which a through light is provided connected to one end of the distribution channel 132, the other end of the distribution channel 132 opening into the tank 14.

Les deux valves (ci-après dénommées première et deuxième valves) 133a, 133b sont montée(s) sur le canal de distribution 132. Un contrôleur (non représenté) permet de piloter les valves d’un état désactivé à un état activé (et d’un état activé à un état désactivé) :

  • chaque valve bloquant le passage des réactifs (quartz + agent(s) réducteur(s)) entre le bol de réception 131 et la cuve 14 dans l’état désactivé,
  • chaque valve autorisant le passage des réactifs (quartz + agent(s) réducteur(s)) entre le bol de réception 131 et la cuve 14 dans l’état activé.
The two valves (hereinafter referred to as first and second valves) 133a, 133b are mounted on the distribution channel 132. A controller (not shown) makes it possible to control the valves from a deactivated state to an activated state (and from an activated state to a deactivated state):
  • each valve blocking the passage of reagents (quartz + reducing agent(s)) between the receiving bowl 131 and the tank 14 in the deactivated state,
  • each valve allowing the passage of reagents (quartz + reducing agent(s)) between the receiving bowl 131 and the tank 14 in the activated state.

Les première et deuxième valves 133a, 133b définissent un compartiment C étanche entre le bol de réception 131 et la cuve 14 (et plus généralement entre l’extérieur et l’intérieur de l’enceinte 12).The first and second valves 133a, 133b define a sealed compartment C between the receiving bowl 131 and the tank 14 (and more generally between the exterior and the interior of the enclosure 12).

Pour le remplissage du compartiment C, le contrôleur active la première valve 133a et désactive la deuxième valve 133b. Les réactifs (quartz + agent(s) réducteur(s)) s’écoulent par gravité du bol de réception 131 vers le compartiment C. Lorsque le compartiment C est rempli de réactifs, le contrôleur désactive la première valve 133a, puis active la deuxième valve 133b. Les réactifs s’écoulent par gravité du compartiment C vers la cuve 14. Une fois le compartiment vidé, le contrôleur désactive la deuxième valve 133b et un nouveau cycle de remplissage peut être initié (activation première valve 133a pour le remplissage du compartiment C, etc.). La présence de deux valves 133a, 133b permet de maintenir l’enceinte 12 à une pression inférieure à la pression atmosphérique durant le remplissage de la cuve 14.To fill compartment C, the controller activates the first valve 133a and deactivates the second valve 133b. The reagents (quartz + reducing agent(s)) flow by gravity from the receiving bowl 131 to compartment C. When compartment C is filled with reagents, the controller deactivates the first valve 133a, then activates the second valve 133b. The reagents flow by gravity from compartment C to the tank 14. Once the compartment is emptied, the controller deactivates the second valve 133b and a new filling cycle can be initiated (activation of the first valve 133a for filling compartment C, etc.). The presence of two valves 133a, 133b makes it possible to maintain the enclosure 12 at a pressure lower than atmospheric pressure during the filling of the tank 14.

2.4.2.4. CuveTank

La cuve 14 peut être constituée par une carcasse en graphite revêtue extérieurement d’un garnissage réfractaire. En variante, la cuve 14 peut être réalisée en alumine, silice, en métal ou en carbure de silicium (SiC).The tank 14 may consist of a graphite frame coated externally with a refractory lining. Alternatively, the tank 14 may be made of alumina, silica, metal or silicon carbide (SiC).

La cuve 14 (ou creuset) est destinée à contenir les réactifs, mais également les produit et/ou sous-produits issus de la réaction de réduction chimique du quartz.Tank 14 (or crucible) is intended to contain the reagents, but also the products and/or by-products resulting from the chemical reduction reaction of quartz.

La cuve 14 comporte un fond 141, une (ou plusieurs) paroi(s) latérale(s) 142, et une ouverture supérieure 143. On note A-A’, un axe central longitudinal de la chambre réactionnelle 1 qui est vertical lorsque l’appareil est posé sur une surface plane horizontale.The tank 14 has a bottom 141, one (or more) side wall(s) 142, and an upper opening 143. We note A-A’, a longitudinal central axis of the reaction chamber 1 which is vertical when the device is placed on a horizontal flat surface.

Dans la suite, la description est orientée en considérant que les termes« supérieur »et« haut »correspondent à une direction globalement parallèle à l'axe A-A’ et allant du fond 141 vers l'ouverture 143, tandis que les termes« inférieur »et« bas »correspondent à une direction opposée.In the following, the description is oriented by considering that the terms "upper" and "high" correspond to a direction generally parallel to the axis A-A' and going from the bottom 141 towards the opening 143, while the terms "lower" and "lower" correspond to an opposite direction.

Le fond 141 de la cuve 14 peut comprendre un plot faisant saillie vers l’intérieur de la cuve 14. Plus précisément, le plot fait saillie à partir du fond 141 et s’étend le long de l’axe A-A’ vers l’ouverture 143. Le plot peut être réalisé dans un matériau électriquement conducteur et constituer l’une des électrodes du four à arc (typiquement l’électrode fixe). En variante, le fond 141 peut être dépourvu de plot et comprendre uniquement un évidement circulaire au travers duquel est monté l’une des électrodes du four à arc. En variante encore, le fond 141 de la cuve 14 peut être dépourvu de plot et d’évidement circulaire, notamment dans le cas où l’électrode (ou les électrodes) du four à arc est (sont) montée(s) au-dessus de la cuve 14.The bottom 141 of the tank 14 may comprise a stud projecting towards the inside of the tank 14. More precisely, the stud projects from the bottom 141 and extends along the axis A-A' towards the opening 143. The stud may be made of an electrically conductive material and constitute one of the electrodes of the arc furnace (typically the fixed electrode). Alternatively, the bottom 141 may be devoid of a stud and comprise only a circular recess through which one of the electrodes of the arc furnace is mounted. As a further variant, the bottom 141 of the tank 14 may be devoid of a stud and of a circular recess, in particular in the case where the electrode (or electrodes) of the arc furnace is (are) mounted above the tank 14.

La cuve 14 comporte également un canal (ou plusieurs canaux) de coulée 144 pour l’évacuation des produits et/ou sous-produits de réaction contenus dans la cuve 14 vers une poche externe destinée à le recevoir pour son stockage ultérieur. Un système d’obturation – tel qu’une busette ou un bouchon en matériau carboné – peut être prévu pour la fermeture du canal (ou des canaux) de coulée à l’issu de la réaction de réduction chimique du quartz.The tank 14 also comprises a pouring channel (or several channels) 144 for discharging the reaction products and/or by-products contained in the tank 14 to an external pocket intended to receive it for subsequent storage. A closure system – such as a nozzle or a plug made of carbon material – may be provided for closing the pouring channel (or channels) at the end of the chemical reduction reaction of the quartz.

3.3. Chambre de condensationCondensation chamber

La chambre de condensation 2 permet de solidifier le monoxyde de silicium (II) contenu dans le gaz issu de la chambre réactionnelle 1.Condensation chamber 2 solidifies the silicon monoxide (II) contained in the gas from reaction chamber 1.

La chambre de condensation 2 comprend un caisson de précipitation 21, un système de refroidissement 22, un vibrateur 23 et une buse d’extraction 24.The condensation chamber 2 comprises a precipitation box 21, a cooling system 22, a vibrator 23 and an extraction nozzle 24.

3.1.3.1. Caisson de précipitationPrecipitation box

Le caisson de précipitation 21 peut être de forme cylindrique. Il comprend par exemple une cloison supérieure 211, une cloison latérale 212 et éventuellement une cloison inférieure.The precipitation box 21 may be cylindrical in shape. It comprises, for example, an upper partition 211, a side partition 212 and possibly a lower partition.

La cloison supérieure 211 comprend un orifice 213 traversant raccordé à la conduite d’acheminement 3 pour permettre l’introduction – dans la chambre de précipitation 21 – du gaz issu de la chambre réactionnelle 1.The upper partition 211 comprises a through orifice 213 connected to the conveying pipe 3 to allow the introduction – into the precipitation chamber 21 – of the gas from the reaction chamber 1.

Avantageusement, la cloison latérale 212 (ou toutes les cloisons) du caisson de précipitation 21 peut comprendre une couche de matériau lisse antiadhérent telle qu’une couche de céramique, ou une couche d’oxydes métalliques ou une couche de fluoropolymère. Ceci permet de favoriser/simplifier le détachement du monoxyde de silicium solidifié se déposant sur la face interne de la cloison latérale 212.Advantageously, the lateral partition 212 (or all the partitions) of the precipitation box 21 may comprise a layer of smooth non-stick material such as a ceramic layer, or a layer of metal oxides or a fluoropolymer layer. This makes it possible to promote/simplify the detachment of the solidified silicon monoxide deposited on the internal face of the lateral partition 212.

Par ailleurs, la cloison latérale 212 du caisson de précipitation 21 peut présenter une forme en tronc de cône. En particulier, la génératrice de la cloison latérale 212 peut présenter un angle non nul (notamment compris entre 1 et 45°) avec l’axe A-A’ vertical. Ceci permet également de favoriser/simplifier le détachement du monoxyde de silicium solidifié se déposant sur la face interne de la cloison latérale 212.Furthermore, the lateral partition 212 of the precipitation box 21 may have a truncated cone shape. In particular, the generatrix of the lateral partition 212 may have a non-zero angle (in particular between 1 and 45°) with the vertical axis A-A’. This also makes it possible to promote/simplify the detachment of the solidified silicon monoxide deposited on the internal face of the lateral partition 212.

3.2.3.2. Système de refroidissementCooling system

La chambre de condensation 2 comprend également un système de refroidissement 22 composé par exemple d’un (ou plusieurs) échangeur(s) thermique(s) dans lequel (lesquels) circule(nt) un fluide caloporteur.The condensation chamber 2 also comprises a cooling system 22 composed for example of one (or more) heat exchanger(s) in which a heat transfer fluid circulates.

L’intégration d’un système de refroidissement 22 permet de refroidir rapidement le gaz issu de la chambre réactionnelle 1 afin de solidifier le monoxyde de silicium (II) sur la face interne de la cloison latérale 212.The integration of a cooling system 22 makes it possible to rapidly cool the gas coming from the reaction chamber 1 in order to solidify the silicon monoxide (II) on the internal face of the side partition 212.

Ce refroidissement rapide du gaz permet de limiter les risques de restructuration, par dismutation, du monoxyde de silicium (SiO) sous la forme de silicium (Si) et de dioxyde de silicium (SiO2).This rapid cooling of the gas limits the risks of restructuring, by disproportionation, of silicon monoxide (SiO) in the form of silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2 ).

Dans le mode de réalisation illustré à laFIG. 4, le système de refroidissement 22 comprend un serpentin 221 entourant la cloison latérale 212 sur toute sa hauteur. Un fluide caloporteur 222 – tel que de l’eau – circule dans le serpentin 221.In the embodiment illustrated in the FIG. 4 , the cooling system 22 comprises a coil 221 surrounding the side partition 212 over its entire height. A heat transfer fluid 222 – such as water – circulates in the coil 221.

Ceci permet de réduire la température du gaz contenant le monoxyde de silicium (II) :

  • d’une température de 1200°C à une température inférieure à 800°C lorsque l’appareil est utilisé à une pression inférieure à la pression atmosphérique, ou
  • d’une température de 1600°C à une température inférieure à 800°C lorsque l’appareil est utilisé à la pression atmosphérique.
This allows the temperature of the gas containing silicon monoxide (II) to be reduced:
  • from a temperature of 1200°C to a temperature below 800°C when the device is used at a pressure below atmospheric pressure, or
  • from a temperature of 1600°C to a temperature below 800°C when the device is used at atmospheric pressure.

Le refroidissement du gaz induit la solidification du monoxyde de silicium contenu dans celui-ci. Ce monoxyde de silicium solidifié se dépose sur la face interne de la cloison latérale 212 du caisson de précipitation 21.The cooling of the gas induces the solidification of the silicon monoxide contained therein. This solidified silicon monoxide is deposited on the internal face of the lateral partition 212 of the precipitation box 21.

3.3.3.3. VibrateurVibrator

Afin de garantir l’efficacité du refroidissement du gaz, la chambre de condensation 2 comprend également un vibrateur 23 configuré pour générer des vibrations sur la surface de la cloison latérale 212. La génération de vibrations permet de décrocher le monoxyde de silicium (II) solidifié déposé sur la face interne de la cloison latérale 212.In order to ensure the efficiency of the gas cooling, the condensation chamber 2 also comprises a vibrator 23 configured to generate vibrations on the surface of the side partition 212. The generation of vibrations makes it possible to detach the solidified silicon monoxide (II) deposited on the internal face of the side partition 212.

Ainsi, la présence d’un vibrateur 23 permet de limiter l’épaisseur de la couche de monoxyde de silicium « d » déposé sur la face interne du caisson de précipitation afin d’assurer un refroidissement efficace du gaz contenu dans la chambre de condensation 2 : en effet, le dépôt d’une couche trop épaisse de monoxyde de silicium sur la face interne de la cloison latérale empêcherait le transfert efficace de la chaleur entre l’intérieur et l’extérieur de la chambre de condensation, ce qui va empêcherait le refroidissement rapide de gaz contenant le monoxyde de silicium (II).Thus, the presence of a vibrator 23 makes it possible to limit the thickness of the layer of silicon monoxide “d” deposited on the internal face of the precipitation box in order to ensure effective cooling of the gas contained in the condensation chamber 2: in fact, the deposition of too thick a layer of silicon monoxide on the internal face of the side partition would prevent the effective transfer of heat between the inside and the outside of the condensation chamber, which would prevent the rapid cooling of gas containing silicon monoxide (II).

Le vibrateur 23 peut être de type acoustique, c’est-à-dire un système convertissant une énergie électrique en énergie acoustique, par exemple dans la gamme des ultrasons.The vibrator 23 may be of the acoustic type, that is to say a system converting electrical energy into acoustic energy, for example in the ultrasonic range.

En variante, le vibrateur 23 peut être de type mécanique, c’est-à-dire un système mécanique générant des vibrations à l'aide d'un mécanisme rotatif, linéaire ou électromagnétique.Alternatively, the vibrator 23 may be of the mechanical type, that is to say a mechanical system generating vibrations using a rotary, linear or electromagnetic mechanism.

3.3.1.3.3.1. Vibrateur acoustiqueAcoustic vibrator

Dans le cas d’un vibrateur acoustique, celui-ci comprend un (ou plusieurs) transducteur(s) et un (ou plusieurs) générateur(s) distant(s) du (ou des) transducteur(s) pour alimenter le (ou les) transducteur(s) en énergie électrique.In the case of an acoustic vibrator, this comprises one (or more) transducer(s) and one (or more) generator(s) remote from the transducer(s) to supply the transducer(s) with electrical energy.

Chaque transducteur est composé :

  • d'une céramique réalisée à partir d'un matériau homogène ou piézocomposite
  • et éventuellement d’un module de réglage (non représenté).
Each transducer is composed of:
  • of a ceramic made from a homogeneous or piezocomposite material
  • and possibly an adjustment module (not shown).

Chaque transducteur constitue un élément résonant, comme un diapason. Le (ou les) transducteur(s) peut (peuvent) être disposé(s) sur la face interne ou (préférablement sur) la face externe de la cloison latérale 212.Each transducer constitutes a resonant element, like a tuning fork. The transducer(s) may be arranged on the internal face or (preferably on) the external face of the side partition 212.

Dans le mode de réalisation illustré à laFIG. 4, le vibrateur 23 comprend une pluralité de transducteurs disposés sur la face externe de la cloison latérale 212, et plus précisément autour du système de refroidissement 22.In the embodiment illustrated in the FIG. 4 , the vibrator 23 comprises a plurality of transducers arranged on the external face of the side partition 212, and more precisely around the cooling system 22.

Selon l’invention, chaque transducteur produit, dans la cloison latérale 212, des ondes d’une fréquence comprise entre 20 kHz et 5 MHz, préférentiellement de l’ordre de 100kHz. Ceci permet de favoriser le décrochement du monoxyde de silicium (II) solidifié déposé sur la face interne de la cloison latérale 212.According to the invention, each transducer produces, in the lateral partition 212, waves with a frequency between 20 kHz and 5 MHz, preferably of the order of 100 kHz. This makes it possible to promote the detachment of the solidified silicon monoxide (II) deposited on the internal face of the lateral partition 212.

Avantageusement, les ondes sont bien réparties dans le caisson de précipitation 21 grâce au fait que les transducteurs sont placés de manière homogène sur la cloison latérale 212. Pour obtenir un champ acoustique homogène, des transducteurs de petites tailles, c’est-à-dire inférieures à 10 cm et préférentiellement comprises entre 2 cm et 5 cm peuvent être utilisées. Cela permet un pavage optimal. La forme de chaque transducteur peut par exemple être circulaire, carrée ou polygonale.Advantageously, the waves are well distributed in the precipitation box 21 thanks to the fact that the transducers are placed homogeneously on the lateral partition 212. To obtain a homogeneous acoustic field, small transducers, i.e. less than 10 cm and preferably between 2 cm and 5 cm, can be used. This allows optimal paving. The shape of each transducer can, for example, be circular, square or polygonal.

De préférence, chaque transducteur possède sa propre fréquence de résonnance. Le fait que les fréquences propres des transducteurs soient différentes évite que des ondes stationnaires s'établissent dans le caisson de précipitation 21. Ceci a pour avantage d’améliorer l'homogénéité acoustique dans le caisson de précipitation 21.Preferably, each transducer has its own resonant frequency. The fact that the natural frequencies of the transducers are different prevents standing waves from being established in the precipitation box 21. This has the advantage of improving the acoustic homogeneity in the precipitation box 21.

Comme indiqué précédemment, chaque transducteur peut également comprendre un module de réglage, qui peut être une carte électronique de puissance. Dans ce cas, la céramique piézoélectrique du transducteur est alimentée par la carte électronique de puissance lui fournissant une tension alternative correspondant à son propre mode de vibration.As mentioned earlier, each transducer may also include a tuning module, which may be a power electronics board. In this case, the transducer's piezoelectric ceramic is powered by the power electronics board, providing it with an alternating voltage corresponding to its own vibration mode.

3.3.2.3.3.2. Vibrateur mécaniqueMechanical vibrator

Dans le cas d’un vibrateur mécanique, celui-ci peut comprendre un noyau (ou masselotte) monté(e) mobile en translation linéaire (selon ledit axe principal) sur deux paliers alignés, et mue par l'action d'un champ électromagnétique périodique et alternatif.In the case of a mechanical vibrator, this may include a core (or weight) mounted mobile in linear translation (along said main axis) on two aligned bearings, and driven by the action of a periodic and alternating electromagnetic field.

Un tel vibrateur mécanique est configuré pour exercer un effort axial (c'est-à-dire dirigé selon un axe (ou direction) principal) sur la cloison latérale 212, cet effort étant invariable dans le temps.Such a mechanical vibrator is configured to exert an axial force (i.e. directed along a main axis (or direction)) on the lateral partition 212, this force being invariable over time.

Avantageusement, l'axe principal selon lequel l'effort est exercé, peut être incliné par rapport à la cloison latérale 212 à faire vibrer, d'un angle supérieur à 45° et inférieur à 135°, de préférence compris entre 60° et 120°, notamment voisin de 90°. Ceci permet de favoriser le décrochement du monoxyde de silicium (II) solidifié déposé sur la face interne de la cloison latérale 212.Advantageously, the main axis along which the force is exerted may be inclined relative to the lateral partition 212 to be vibrated, by an angle greater than 45° and less than 135°, preferably between 60° and 120°, in particular close to 90°. This makes it possible to promote the detachment of the solidified silicon (II) monoxide deposited on the internal face of the lateral partition 212.

Le vibrateur mécanique peut être disposé à l'extérieur du caisson de précipitation 21 et notamment autour du système de refroidissement 22 s’étendant en regard de la face externe de la cloison latérale 212. Dans ce cas, le vibrateur mécanique est relié à la cloison latérale 212 par un moyen de liaison mécanique, tel qu’une (ou plusieurs) tige(s) en contact d’une part avec la face externe de la cloison latérale 212, et d’autre part avec le vibrateur mécanique.The mechanical vibrator can be arranged outside the precipitation box 21 and in particular around the cooling system 22 extending opposite the external face of the lateral partition 212. In this case, the mechanical vibrator is connected to the lateral partition 212 by a mechanical connection means, such as one (or more) rod(s) in contact on the one hand with the external face of the lateral partition 212, and on the other hand with the mechanical vibrator.

L’utilisation d'un vibrateur mécanique de type électromagnétique permet de proposer une solution de génération de vibration dont le coût est très faible.The use of an electromagnetic mechanical vibrator makes it possible to offer a vibration generation solution with a very low cost.

De tels vibrateurs mécaniques présentent en outre les avantages suivants :

  • ils sont compacts,
  • ils sont de faible masse,
  • ils sont robustes,
  • ils permettent un fonctionnement en continu ; et
  • ils sont capables d'appliquer au caisson de précipitation 21 – par l'intermédiaire du moyen de liaison mécanique – des efforts relativement importants, par exemple de l'ordre de quelques dizaines de newtons.
Such mechanical vibrators also have the following advantages:
  • they are compact,
  • they are of low mass,
  • they are robust,
  • they allow continuous operation; and
  • they are capable of applying relatively significant forces to the precipitation box 21 – via the mechanical connection means – for example of the order of a few tens of newtons.

3.4.3.4. Buse d’extractionExtraction nozzle

La buse d’extraction 24 permet de collecter la poudre de monoxyde de silicium (II) décrochée de la cloison latérale 212.The extraction nozzle 24 makes it possible to collect the silicon monoxide (II) powder detached from the side partition 212.

Avantageusement, la buse d’extraction 24 peut être positionnée sous le caisson de précipitation 21 pour récupérer la poudre de monoxyde de silicium (II) décrochée tombant par gravité.Advantageously, the extraction nozzle 24 can be positioned under the precipitation box 21 to recover the detached silicon monoxide (II) powder falling by gravity.

La buse d’extraction 24 comprend :

  • un entonnoir 241 tronconique composé d’un muret latérale tronconique dont :
  • le bord supérieur définit une base supérieure de grand diamètre fixée à la cloison latérale 212 (ou à la cloison inférieure si le caisson de précipitation 21 comprend une telle cloison inférieure), et
  • le bord inférieur définit une base inférieure de plus petit diamètre, et
  • un tube 242 monté au niveau de la base inférieure de l’entonnoir 241.
The extraction nozzle 24 includes:
  • a truncated funnel 241 composed of a truncated side wall of which:
  • the upper edge defines a large diameter upper base attached to the side partition 212 (or to the lower partition if the precipitation box 21 includes such a lower partition), and
  • the lower edge defines a lower base of smaller diameter, and
  • a tube 242 mounted at the lower base of the funnel 241.

La buse d’extraction 24 comprend également deux (ou plus de deux) clapets 243a, 243b étanche(s) pour autoriser ou stopper la circulation de la poudre de monoxyde de silicium (II) solidifié entre l’entonnoir 241 tronconique et l’extérieur de la chambre de condensation 2. Les clapets 243a, 243b sont montés sur le tube 242.The extraction nozzle 24 also comprises two (or more than two) sealed valves 243a, 243b to allow or stop the circulation of the solidified silicon monoxide (II) powder between the truncated funnel 241 and the outside of the condensation chamber 2. The valves 243a, 243b are mounted on the tube 242.

Un contrôleur (non représenté) permet de piloter les clapets 243a, 243b d’un état désactivé à un état activé (et d’un état activé à un état désactivé) :

  • chaque clapet 243a, 243b bloquant le passage de la poudre de monoxyde de silicium (II) entre l’entonnoir 241 et un récipient externe dans l’état désactivé,
  • chaque clapet 243a, 243b autorisant le passage de la poudre de monoxyde de silicium (II) entre l’entonnoir 241 et le récipient externe dans l’état activé.
A controller (not shown) makes it possible to control the valves 243a, 243b from a deactivated state to an activated state (and from an activated state to a deactivated state):
  • each valve 243a, 243b blocking the passage of the silicon monoxide (II) powder between the funnel 241 and an external container in the deactivated state,
  • each valve 243a, 243b allowing the passage of the silicon monoxide (II) powder between the funnel 241 and the external container in the activated state.

Les deux clapets 243a, 243b – ci-après dénommés« premier clapet »et« deuxième clapets »– définissent un compartiment étanche CE entre l’entonnoir 241 et le récipient externe 5 (et plus généralement entre l’extérieur et l’intérieur de la chambre de condensation 2).The two valves 243a, 243b – hereinafter referred to as “first valve” and “second valves” – define a sealed compartment CE between the funnel 241 and the external container 5 (and more generally between the exterior and the interior of the condensation chamber 2).

Pour le remplissage du compartiment CE, le contrôleur active le premier clapet 243a et désactive le deuxième clapet 243b. La poudre de monoxyde de silicium (II) s’écoule par gravité de l’entonnoir 241 vers le compartiment CE. Lorsque le compartiment CE est rempli de poudre, le contrôleur désactive le premier clapet 243a, puis active le deuxième clapet 243b. La poudre s’écoule par gravité du compartiment CE vers le récipient externe 5. Une fois le compartiment CE vidé, le contrôleur désactive le deuxième clapet 243b et un nouveau cycle de remplissage peut être initié (activation du premier clapet 243a pour le remplissage du compartiment CE, etc.). La présence de deux clapets 243a, 243b permet de maintenir le caisson de précipitation 21 à une pression inférieure à la pression atmosphérique durant le remplissage du récipient externe.To fill the CE compartment, the controller activates the first valve 243a and deactivates the second valve 243b. The silicon monoxide (II) powder flows by gravity from the funnel 241 to the CE compartment. When the CE compartment is filled with powder, the controller deactivates the first valve 243a, then activates the second valve 243b. The powder flows by gravity from the CE compartment to the external container 5. Once the CE compartment is emptied, the controller deactivates the second valve 243b and a new filling cycle can be initiated (activation of the first valve 243a for filling the CE compartment, etc.). The presence of two valves 243a, 243b makes it possible to maintain the precipitation box 21 at a pressure lower than atmospheric pressure during the filling of the external container.

4.4. ConclusionsConclusions

L’appareil décrit précédemment permet la production en continu d’un matériau à base de silicium :

  • tel qu’une poudre de monoxyde de silicium (II), ou
  • du silicium, ou
  • du silicium et du monoxyde de silicium, ou
  • un oxyde intermédiaire, SiOx (0<x<2).
The apparatus described above allows the continuous production of a silicon-based material:
  • such as silicon(II) monoxide powder, or
  • silicon, or
  • silicon and silicon monoxide, or
  • an intermediate oxide, SiOx (0<x<2).

L’intégration d’un vibrateur 23 permet de décrocher le monoxyde de silicium (II) se solidifiant sur les parois du caisson de précipitation 21 de la chambre de condensation 2.The integration of a vibrator 23 makes it possible to detach the silicon monoxide (II) solidifying on the walls of the precipitation box 21 from the condensation chamber 2.

Ceci limite les risques de dismutation du monoxyde de silicium en garantissant un refroidissement rapide et efficace du gaz généré dans la chambre réactionnelle.This limits the risks of disproportionation of silicon monoxide by ensuring rapid and efficient cooling of the gas generated in the reaction chamber.

Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.The reader will understand that numerous modifications can be made to the invention described above without materially departing from the new teachings and advantages described herein.

Claims (10)

Appareil pour la production d’un matériau à base de silicium à partir de réactifs, lesdits réactifs comportant du quartz et au moins un agent réducteur dans lequel l’appareil comprend :
  • une chambre réactionnelle (1) pour la mise en œuvre d’une réaction chimique à partir des réactifs, ladite chambre réactionnelle (1) comportant :
    • une enceinte (121) étanche raccordée à au moins une pompe d’aspiration pour générer une dépression à l’intérieur de l’enceinte (121) lorsque la pompe d’aspiration est activée,
    • un four à arc électrique (11) logé à l’intérieur de l’enceinte (121) étanche pour chauffer les réactifs,
    • une cuve destinée à contenir les réactifs,
  • une chambre de condensation (2) pour solidifier un composé chimique contenu dans le gaz issu de la chambre réactionnelle (1), ladite chambre de condensation (2) incluant :
    • un caisson de précipitation (21) définissant un espace pour la solidification du composé chimique contenu dans le gaz issu de la chambre réactionnelle (1), ledit caisson de précipitation (21) comportant au moins une cloison latérale (212),
    • un système de refroidissement (22) pour refroidir le gaz issu de la chambre réactionnelle (1), ledit système de refroidissement (22) étant en contact thermique avec la cloison latérale (212), et
    • une buse d’extraction (24) pour la collecte du composé chimique solidifié, ladite buse d’extraction étant connectée au caisson de précipitation (21),
  • une conduite d’acheminement (3) pour la circulation du gaz entre la chambre réactionnelle (1) et la chambre de condensation (2), ladite conduite d’acheminement (3) étant raccordée à l’enceinte (11) d’une part, et au caisson de précipitation (21) d’autre part,
caractérisé en ce que la chambre de condensation (2) comprend en outre un vibrateur (23) associé à la cloison latérale (212) pour induire la génération de vibrations dans ladite cloison latérale (212).
Apparatus for producing a silicon-based material from reactants, said reactants comprising quartz and at least one reducing agent wherein the apparatus comprises:
  • a reaction chamber (1) for carrying out a chemical reaction from the reactants, said reaction chamber (1) comprising:
    • a sealed enclosure (121) connected to at least one suction pump to generate a vacuum inside the enclosure (121) when the suction pump is activated,
    • an electric arc furnace (11) housed inside the sealed enclosure (121) for heating the reactants,
    • a tank intended to contain the reagents,
  • a condensation chamber (2) for solidifying a chemical compound contained in the gas coming from the reaction chamber (1), said condensation chamber (2) including:
    • a precipitation box (21) defining a space for the solidification of the chemical compound contained in the gas coming from the reaction chamber (1), said precipitation box (21) comprising at least one lateral partition (212),
    • a cooling system (22) for cooling the gas coming from the reaction chamber (1), said cooling system (22) being in thermal contact with the side partition (212), and
    • an extraction nozzle (24) for collecting the solidified chemical compound, said extraction nozzle being connected to the precipitation box (21),
  • a conveying pipe (3) for the circulation of gas between the reaction chamber (1) and the condensation chamber (2), said conveying pipe (3) being connected to the enclosure (11) on the one hand, and to the precipitation box (21) on the other hand,
characterized in that the condensation chamber (2) further comprises a vibrator (23) associated with the side partition (212) to induce the generation of vibrations in said side partition (212).
Appareil selon la revendication 1, dans lequel la cloison latérale (212) a une forme en tronc de cône, une génératrice de la cloison latérale (212) formant un angle non nul avec un axe vertical (A-A’).Apparatus according to claim 1, wherein the side partition (212) has a truncated cone shape, a generatrix of the side partition (212) forming a non-zero angle with a vertical axis (A-A'). Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le vibrateur est un vibrateur mécanique.Apparatus according to any one of claims 1 or 2, wherein the vibrator is a mechanical vibrator. Appareil selon la revendication 3, dans lequel le vibrateur mécanique est configuré pour exercer un effort sur la cloison latérale (212) selon un axe principal incliné d’un angle non nul par rapport à la cloison latérale (212), ledit angle non nul étant supérieur à 45° et inférieur à 135°, de préférence compris entre 60° et 120°, notamment de l’ordre de 90°.Apparatus according to claim 3, wherein the mechanical vibrator is configured to exert a force on the lateral partition (212) along a main axis inclined at a non-zero angle relative to the lateral partition (212), said non-zero angle being greater than 45° and less than 135°, preferably between 60° and 120°, in particular of the order of 90°. Appareil selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel le vibrateur mécanique s’étend à l’extérieur de la cloison latérale (212), ledit vibrateur mécanique étant relié mécaniquement à la cloison latérale (212) par un moyen de liaison mécanique, tel qu’une tige en contact d’une part avec la cloison latérale (212), et d’autre part avec le vibrateur mécanique.Apparatus according to any one of claims 3 or 4, wherein the mechanical vibrator extends outside the side partition (212), said mechanical vibrator being mechanically connected to the side partition (212) by a mechanical connecting means, such as a rod in contact on the one hand with the side partition (212), and on the other hand with the mechanical vibrator. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le vibrateur est un vibrateur acoustique.Apparatus according to any one of claims 1 or 2, wherein the vibrator is an acoustic vibrator. Appareil selon la revendication 6, dans lequel le vibrateur acoustique comprend une pluralité de transducteurs disposés sur une face interne et/ou sur une face externe de la cloison latérale (212), lesdits transducteurs ayant des fréquences de résonnance respectives.Apparatus according to claim 6, wherein the acoustic vibrator comprises a plurality of transducers arranged on an inner face and/or on an outer face of the side partition (212), said transducers having respective resonant frequencies. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la cloison latérale (212) comprend une couche de matériau antiadhérent telle qu’une couche de céramique, ou une couche de fluoropolymere, ou une couche d’oxydes métallique.Apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the side wall (212) comprises a layer of non-stick material such as a ceramic layer, or a fluoropolymer layer, or a metal oxide layer. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le système d’alimentation (12) comprend :
  • un bol de réception (121) destiné à contenir une réserve de réactifs,
  • un canal de distribution (122) pour la circulation des réactifs entre le bol de réception (121) et la cuve (14), et
  • au moins deux valves (123a, 123b) pour autoriser ou stopper la circulation des réactifs entre le bol de réception (121) et la cuve (14).
Apparatus according to any one of claims 1 to 8, in which the power supply system (12) comprises:
  • a receiving bowl (121) intended to contain a reserve of reagents,
  • a distribution channel (122) for the circulation of reagents between the receiving bowl (121) and the tank (14), and
  • at least two valves (123a, 123b) for authorizing or stopping the circulation of reagents between the receiving bowl (121) and the tank (14).
Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la buse d’extraction comprend :
  • un entonnoir tronconique composé d’un muret latérale tronconique, un bord supérieur de plus grand diamètre du muret latéral tronconique étant raccordé à la cloison latérale (212), et
  • un tube monté sur un bord inférieur de plus petit diamètre du muret latéral tronconique,
  • au moins deux clapets pour autoriser ou interdire la circulation du matériau à base de silicium entre l’entonnoir tronconique et l’extérieur de la chambre de condensation (2).
Apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the extraction nozzle comprises:
  • a truncated funnel composed of a truncated side wall, a larger diameter upper edge of the truncated side wall being connected to the side partition (212), and
  • a tube mounted on a lower edge of smaller diameter of the truncated side wall,
  • at least two valves to allow or prohibit the circulation of the silicon-based material between the truncated funnel and the exterior of the condensation chamber (2).
FR2309889A 2023-09-19 2023-09-19 APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM Pending FR3153001A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2309889A FR3153001A1 (en) 2023-09-19 2023-09-19 APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM
PCT/IB2024/059105 WO2025062336A1 (en) 2023-09-19 2024-09-19 Device for producing a silicon-based material under vacuum

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2309889A FR3153001A1 (en) 2023-09-19 2023-09-19 APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM
FR2309889 2023-09-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3153001A1 true FR3153001A1 (en) 2025-03-21

Family

ID=88965346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2309889A Pending FR3153001A1 (en) 2023-09-19 2023-09-19 APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3153001A1 (en)
WO (1) WO2025062336A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2186288A1 (en) * 1970-08-06 1974-01-11 Inst Metallurgii Imeni
RU2207979C1 (en) * 2001-10-18 2003-07-10 Восточно-Сибирский государственный технологический университет Method and apparatus for producing silicon monoxide
DE10220075A1 (en) * 2002-05-04 2003-11-13 Fne Gmbh High-purity, solar cell-grade silicon production involves reacting gaseous silicon monoxide and solid carbon in an oxygen-free atmosphere
JP4465206B2 (en) * 2004-02-20 2010-05-19 新日鉄マテリアルズ株式会社 SiO manufacturing method and manufacturing apparatus
JP2013121915A (en) * 2013-01-25 2013-06-20 Shin-Etsu Chemical Co Ltd Apparatus and method for producing silicon monoxide
US11267714B2 (en) 2015-08-07 2022-03-08 Hpq-Silicon Resources Inc. Silica to high purity silicon production process

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3865033B2 (en) * 2000-02-04 2007-01-10 信越化学工業株式会社 Continuous production method and continuous production apparatus for silicon oxide powder
JP2005220002A (en) * 2004-02-09 2005-08-18 Nippon Steel Corp SiO purification apparatus, SiO purification method using such a purification apparatus, and method for producing high-purity silicon using the obtained SiO
JP2005225729A (en) * 2004-02-13 2005-08-25 Nippon Steel Corp SiO purification apparatus, SiO purification method using such apparatus, and high-purity silicon production method
JP6352917B2 (en) * 2013-07-30 2018-07-04 東京印刷機材トレーディング株式会社 SiOX powder manufacturing method and SiOX powder manufacturing apparatus
CN203419759U (en) * 2013-08-15 2014-02-05 蚌埠中恒新材料科技有限责任公司 Device for collecting silicon monoxide generated in process of melting zircon sand by electric-arc furnace
CN107289788A (en) * 2017-07-08 2017-10-24 深圳市汇美新科技有限公司 Continuous vacuum stove
CN109205631A (en) * 2018-11-12 2019-01-15 杭州致德新材料有限公司 Silicon monoxide nano material continuous production device and production technology

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2186288A1 (en) * 1970-08-06 1974-01-11 Inst Metallurgii Imeni
RU2207979C1 (en) * 2001-10-18 2003-07-10 Восточно-Сибирский государственный технологический университет Method and apparatus for producing silicon monoxide
DE10220075A1 (en) * 2002-05-04 2003-11-13 Fne Gmbh High-purity, solar cell-grade silicon production involves reacting gaseous silicon monoxide and solid carbon in an oxygen-free atmosphere
JP4465206B2 (en) * 2004-02-20 2010-05-19 新日鉄マテリアルズ株式会社 SiO manufacturing method and manufacturing apparatus
JP2013121915A (en) * 2013-01-25 2013-06-20 Shin-Etsu Chemical Co Ltd Apparatus and method for producing silicon monoxide
US11267714B2 (en) 2015-08-07 2022-03-08 Hpq-Silicon Resources Inc. Silica to high purity silicon production process

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025062336A1 (en) 2025-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0007063B1 (en) Process and device for the manufacture of polycrystalline silicon
FR2480272A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING SILICA GLASS CUP AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD
EP1613795B1 (en) Crucible for a device used for the production of a block of crystalline material, and production method
WO2010119129A1 (en) Method and apparatus for purifying a silicon feedstock
CA1260363A (en) Method and device for producing a block of polycrystalline semi-conducting material
FR3153001A1 (en) APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL UNDER VACUUM
FR2799194A1 (en) Polycrystalline alkali or alkaline earth fluoride balls of high apparent density (approaching theoretical density) useful for the preparation of the equivalent monocrystalline compounds
EP2753732B1 (en) Device for manufacturing a crystalline material from a crucible having non-uniform heat resistance
FR3153002A1 (en) APPARATUS FOR PRODUCING A SILICON-BASED MATERIAL
FR2566805A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR COATING QUARTZ CRUCIBLES WITH PROTECTIVE LAYERS
EP2601147A1 (en) Vitreous silica crucible having a polygonal opening, and method for manufacturing same
FR2548820A1 (en) PROCESS FOR FILLING METALLIC CONTAINERS WITH A RADIOACTIVE FONDUE MASS MASS AND DEVICE FOR RECEIVING A RADIOACTIVE FONDUE MASS MASS
EP2769160B1 (en) Facility for purifying a material
EP3601909B1 (en) Cooling device
FR2479276A1 (en) Growth of monocrystalline semiconductor rods - from melt continuously supplied with semiconductor material
CH370926A (en) Apparatus for the preparation, in the pure state, of chemical elements of a metallic character
WO2025238540A1 (en) Apparatus and method for the continuous or semi-continuous production of a silicon-based material suitable for the manufacture of an anode of an li-ion battery
CH646402A5 (en) Method for producing and garnet gadolinium gallium.
WO2014045252A1 (en) Method for forming an epitaxial silicon layer
EP3802422A1 (en) Device for producing molten silicon
FR3145359A1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING SILICON BY CARBOREDUCTION
WO2009083694A1 (en) Apparatus including a plasma torch for purifying a semiconductor material
WO2024189227A1 (en) Method using a directional solidification furnace to produce 3n or higher purity silicon suitable for the manufacture of li-ion battery anodes
JP2008111147A (en) Method for supplying solid organometallic compound
CN110551987A (en) Method and equipment for manufacturing annular single crystal inorganic nonmetal component and flywheel

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20250321

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3