金属硅多组元系活度及SiO2-CaO-MeO熔渣与硼反应机理和动力学研究

金属硅中杂质元素硼的去除是当前冶金法制备太阳能级硅的难题之一。.本项目利用饱和溶解度法测定三元系Si-j-B（j=Fe、Al、Ca、Cr、Ni、Cu、C、P等）中组元的活度相互（交互）作用系数，通过MacLaurin级数关系式建立组元活度系数的解析表达式，获得硅熔体中各组元的活度。通过SiO2-CaO-MeO（Me=Na、Mg、Al等）熔渣与硅熔体中杂质元素硼之间的反应机理研究，建立熔渣对杂质硼氧化去除能力的热力学计算模型，并探讨精炼过程中其他杂质组元对硼去除的影响以及硼物相的存在形态和变化规律。研究平衡时硼在硅相和渣相中的分配关系，通过硅相和渣相中硼含量的变化规律，建立除硼过程的动力学方程；通过探讨杂质硼在硅熔体中的扩散传质过程，及扩散过程对硼氧化去除影响的动力学规律，最终提出强化和改善除硼的动力学条件。.为当今冶金法多晶硅除硼技术提供基础理论支撑。

本项目利用MIVM热力学模型和同一活度及同一浓度法计算和测定了Si-Fe、Si-B、Si-P和Si-Al二元系以及Si-Al-B和Si-Fe-B三元系中组元的活度、活度系数以及活度相互（交互）作用系数。研究了SiO2-CaO、SiO2-CaO-MeO（Me=Li、Mg、K等）熔渣与硅熔体中杂质元素硼间的反应机理，确定了熔渣对杂质硼氧化去除能力的热力学关系并建立了电化学反应模型，探讨了精炼过程其他杂质组元对硼去除的影响以及硼物相的存在形态和变化规律。研究了平衡时硼在硅相和渣相中的分配关系，探讨了熔渣碱度对杂质硼去除的影响，研究和建立了CaO-SiO2、CaO-SiO2-LiF、CaO-SiO2-Li2O和CaO-SiO2-K2CO3等多种渣系除硼的反应动力学方程，获得了反应速率常数，最后分析了这些熔渣除硼时的限制性环节，并提出了强化和改善除硼的动力学条件。通过金属硅组元活度的计算和测定以及熔渣与杂质硼反应机理和动力学的研究，为冶金法多晶硅在除硼技术环节提供了基础理论和工艺技术的支撑。在本项目资助下，发表本领域的学术论文17篇，SCI收录12篇（其中3篇已录用，待刊），EI收录2篇，申请国内发明专利3项，参加冶金和材料类国际国内学术会议7人次，培养博士研究生1名、硕士研究生5名（其中3人在读）。