| dc.description.abstract | Denne masteroppgaven beskriver en undersøkelse av smelteegenskaper til tre forskjellige kvartstyper, som brukes i silisiumproduksjon, og effekten kvartskvalitet kan ha på ovnens ytelse. Dette ble gjort ved å:
• Måle myknings- og smeltetemperatur, og studere smeltekinetikk, ved forskjellige holdetemperaturer i en mykningsovn.
• Finne fasesammensetingen i varmebehandlet kvarts ved XRD-analyse.
• Modellere varmefordelingen i kvarts med ulike størrelser.
• Implementere målt myknings- og smeltetemperatur i en temperaturprofil for en
silisiumovn.
Fra undersøkelser av smeltekinetikk i mykningsovnen ble det observert at kvarts har en lav smeltehastighet som øker med økende holdetemperatur. Det ble også observert at smeltehastigheten avtok med økende konsentrasjon av urenheter. Målt smeltetemperatur var høyere enn den teoretiske på 1713 C.
Modellering av varmefordeling i kvarts indikerer at varmeoverføring ikke er den hastighetsbegrensende faktoren som fører til den langsomme smeltekinetikken og de høye myknings- og smeltetemperaturene. Ettersom myknings- og smeltetemperatur ble anslått ved å studere en video av smelteprosessen, kan det virke som at den høye viskositeten til kvarts kan være den viktigste egenskapen som fører til de høye verdiene.
XRD-analysene etter varmebehandling til 1650 C viste en variasjon i fasesammensetning mellom de ulike kvartstypene. Ingen sammenheng mellom konsentrasjon av de ulike fasene og smeltehastighet ble observert. | |
| dc.description.abstract | This master ́s thesis describes an investigation of melting behavior of three different quartz types, used in the silicon production process, and the effect quartz quality might have on furnace performance. This was done by:
• Measure the softening and melting temperature, and study the melting kinetics, at different holding temperatures in a sessile drop furnace.
• Phase mapping of heat treated quartz, in a rapid heating furnace, with XRD analysis.
• Model the heat distribution in quartz of different sample sizes.
• Implementation of apparent softening and melting temperature to a temperature profile
in a silicon production furnace.
From investigations of melting kinetics in a sessile drop furnace, it was observed that quartz has a slow melting rate that increase with increasing holding temperature. It was also observed that melting rate decrease with increasing impurity concentration. Apparent melting temperature were higher than the theoretical of 1713 C.
Models of heat transfer in quartz indicate that heat conduction is not the rate-limiting factor leading to the slow melting kinetics and high apparent softening and melting temperatures. Since apparent softening and melting temperature were determined by visual inspection of a recorded video of the melting process, the high viscosity of quartz seems to be the main property leading to the high values.
XRD analysis after heat treatment to 1650 C showed a variation in phase composition between the different quartz types. No correlation between concentration of the different phases and melting kinetics was observed.
The temperature profile with apparent softening and melting temperatures, indicates how the furnace can be divided into the following zones: solid quartz heating zone, softening zone, melting zone and molten quartz zone. | |
