Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4025
Die Trichlorsilansynthese (SiHCl3), der erste Teilschritt der Si-Reinigung, erfordert Temperaturen bis
zu 650°C und einen Prozeßdruck von 30 bar. Die dabei auftretende chlorierende und silizierende
Atmosphäre stellt besonders hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der Konstruktionswerkstoffe.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Korrosionsuntersuchungen an verschiedenen
Werkstoffgruppen durchgeführt . Dabei wurden die Bedingungen der SiHCl3-Synthese simuliert, um
einen geeigneten Werkstoff für den Wirbelschichtreaktor auszuwählen.
Handelsübliche Fe- und Ni-Basislegierungen zeigten durchweg eine deutliche Zunahme der
Korrosionsraten bei einer Temperaturerhöhung von 600°C auf 700°C und einem konstanten
Betriebsdruck von 1 bar.
Insbesondere bei den Fe-Basiswerkstoffen war der Anstieg der Korrosionsrate charakterisiert durch
ein starkes Silizidwachstum, zunehmende Porosität der Schichten, verstärkte Chloridbildung und
reduzierte Schichthaftung durch abdampfende Chloride. Die Druckerhöhung auf 30 bar führte zu einer
erhöhten Stabilität der Chloride, d.h., daß flüchtige Chloride die langsam wachsende Silizidschicht
zerstörten und die fortwährende Chloreinwirkung hohe Korrosionsraten verursachte.
Eine erhöhte Beständigkeit konnte für Ni-Basiswerkstoffe mit hohen Cr- und Mo-Gehalten wie
MITSUBISHI alloy T21 und HASTELLOY alloy C-276 nachgewiesen werden . Eine Mo-Anreicherung
an der Phasengrenze Legierung/Korrosionsschicht verminderte die Bildung von
schädlichem, flüchtigen Chromchlorid . Das Silizidschichtwachstum wurde durch den Einbau von Cr
und Mo in das Ni-Silizidgitter gehemmt. Die Legierungszusammensetzung Ni25Cr20Mo zeigte die
besten Resultate. Sie war allen anderen untersuchten temären Modellegierungen hinsichtlich
Korrosionsbeständigkeit unter SiHCl3-Synthesebedingungen überlegen.
Die vorliegende Arbeit soll die Auswahl eines geeigneten Werkstoffes für einen Wirbelschichtreaktor
zur Herstellung von SiHCl3 unterstützen . Die Korrosionskinetik unter silizierenden und chlorierenden
Atmosphären wird ausführlich beschrieben.
The basic material in photovoltaics is solar grade silicon. lt is the price of this material, which is one
of the major obstacles, when thinking of a commercial use of solar energy . Most efficient cost
reduction is expected by improving the refining process of metallurgical grade silicon. The
hydrochlorination, i.e. the Synthesis of Trichlorsilane (SiHCl3), is the first step of the refining process.
Hydrochlorination requires a special material for the high-Pressure fluidized bed reactor and other
components of the installation, able to resist the corrosioe nature of the process gases. Some Fe and Ni
base alloys, metals and ceramics as well, have been studied in order to find suitable materials for the
reactor and to gather basic knowledge of the corrosion mechanisms .
The obtained results prove that under conditiones of the syntheses of Trichlorsilane the reaction of
silicon with the base metal initially produces a silicide film. However, with increasing temperatures up
to 700°C and Pressure up to 30 bar the increased partial pressure of chlorine leads to a formation of
volatile metal chlorides. Consequently the porosity of the silicide scale increases and scale spallation
occurs especially at the iron base alloys indicating high corrosion rates.
The best resistance in chlorinizing and silicizing atmospheres were found for commercial Ni base
alloys and temary model alloys with a molybdenum and chromium compound such as MITSUBISHI
alloy T21 and HASTELLOY alloy C-276, i.e. alloys similar to Ni25Cr20Mo.
This work presents fundamental corrosion data which might be useful for the design of future
hydrochlorination reactors . Corrosion mechanisms, as a function of temperature (600°C - 700°C) and
pressure (1 bar and 30 bar resp.), in chlorinizing and silicizing environment will be explained.
Kraus, Christina; Quadakkers, Wilhelm Joseph
Korrosionsverhalten metallischer und keramischer Werkstoffe in Prozeßgasen zur Herstellung von Solarsilizium
III, 157 S., 2003
Unter dem Gesichtspunkt der notwendigen Verminderung der weltweiten C02-Emissionen stellt die
Photovoltaik eine Schlüsseltechnologie zur emissionsfreien Stromerzeugung dar. Die Herstellung von
Solarsilizium, dem Basismaterial für Solarzellen, ist aufgrund der aufwendigen Reinigung des
Rohsiliziums sehr teuer. Eine Optimierung dieses Reinigungsverfahrens kann daher die Gesamtherstellungskosten
deutlich senken .
The increasing emission of C02, due to the growing Power consumption, requires more and more
efforts to replace fossile fuels by sophisticated no-emission systems in Power generation . Using
photovoltaics is one possible option . Producing electricity by solar energy, photovoltaics may
contribute to a significant reduction of C02 emissions .
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