区域熔炼制备高纯金属的综述.pdf

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1、第l9卷第2期矿冶Vo1．I9，No．22010年6月MINING&METALLURGYJune2010文章编号：1005—7854(2010)02—0057—06区域熔炼制备高纯金属的综述李文良，罗远辉(北京有色金属研究总院，北京100088)摘要：在电子和半导体工业中需要纯度很高的金属，普遍用于这些金属和半导体提纯的有效方法就是区域熔炼。目前1／3的元素和数百种无机、有机化合物都能通过区域熔炼提纯到很高的纯度。本文对区域熔炼的原理、实际操作的影响因素、设备选择及应用方面进行了综述。关键词：区域熔

2、炼；高纯；提纯；高纯金属；半导体材料中图分类号：TFI14．3l文献标识码：ATHEREVIEW0FHIGHPURITYMETALPR0DUCEDBYZONEREFININGLIWen—liang，LUOYuan—hui(GeneralResearchInstituteforNonferrousMetals，Beng100088，China)ABSTRACT：Thehigh—puritymetalsarerequiredinelectronicandsemiconductorindustry．Ane

3、ffectivemethodusuallyusedtopurifythesemetalsandsemiconductoriszonemelting．Atpresent，1／3elementsandhundredsofinorganicandorganiccompoundscanbepurifiedtoahighpuritybyzonemelting．Thisarticlesummarizesaboutprinciple，applicationandinfluencefactorsofzonemelt

4、ing．KEYWORDS：zonemelting；highpurity；purification；high—puritymetal；semiconductor当今科学技术的飞速发展，电子工业、半导体行化在晶体管所用的元素锗，经过5O多年的发展，业等尖端技术对材料的要求越来越高，尤其对所使区域熔炼已经发展成为制备高纯材料的重要方法。用的基本材料的纯度要求特别高。就材料本身而目前1／3的元素和数百种无机、有机化合物都能通言，一直认为材料的某种独特性质是取决于杂质的过区域熔炼提纯到很高的纯度。事实上，任何

5、晶状含量，纯度越高的金属往往改变材料的性质。物质只要能稳定的熔化，并且在液体与凝固的固体因此为了发现有色金属及其化合物的光、电、磁等潜之间能显示出不同的杂质浓度都可以应用区域熔炼在性质，也需要更高纯度的金属。高纯材料的制备方法进行提纯。分为物理精炼和化学精炼。物理精炼主要有区域熔炼法、结晶法等；化学精炼主要有电解法、真1区域熔炼的原理空蒸馏、离子交换法等。化学精炼提纯法由于容器区域熔炼是利用杂质在金属的凝固态和熔融态与材料中杂质的污染，使得到的金属纯度受到一定中溶解度的差别，使杂质析出或改变其分布的

6、一种的限制，只有用化学方法将金属提纯到一定纯度之方法。当固液共存时，杂质在固相中的浓度C和液后，再用物理方法如区熔提纯，才能将金属纯度提到相中的浓度C．是不相同的，两者之比称为分布系一个新的高度。本文主要介绍区域熔炼技术在金属数，即K=C。／C．．。区域熔炼的示意图如图1所提纯和化合物制备中的相关应用。示，假设锭料的初始浓度为C，在锭料中保持一区域熔炼的第一个重要应用是w．G．Pfann纯个(或数个)熔区，并使熔区从一端缓慢移动到另一收稿日期：2009—09—15端。在熔区从左端向右端移动过程中，左

7、端慢慢凝作者简介：李文良，硕士研究生。固，而凝固出来的固相杂质浓度为C，最左端熔区．一卜艇蟋缝·58·矿冶中C。=．C。，如果K<1，则固态杂质浓度为C=KC。<，可见，开始凝固部分的纯度有所提高。而由于；从熔区右端熔化面熔入的杂质大于左端凝固面进入固相的杂质而右端又慢慢熔化，则熔区中的杂质浓，度就会随着熔区移动不断增加，相应析出得固相杂0￡质浓度也增加。当熔区杂质浓度增加到C：C。／K时，进入熔区和离开熔区杂质是相等的，这样区熔就嚣进人一个浓度均匀区，直到最后一个熔区中杂质急毒”剧增加，一次通过后

8、锭料的杂质浓度分布如图201所示加热器J】23456789以熔区长度为单位表示的距离图3单熔区区熔一次后不同分布系数I+⋯一；⋯_。·J一．IK的杂质分布曲线图1区域熔炼示意图Fig．3Curvesofsingle—passzonemeltingshowingFig．1Schematicplanofzonerefiningsolu￡econcentrationforvariousvaluesofthedistributioncoefficientK的效率将会越来越低，