Кадмийн процессын алхамууд ба параметрүүд

I. Түүхий эдийг урьдчилан боловсруулах ба анхдагч цэвэршүүлэлт

1. .Өндөр цэвэршилттэй кадмийн түүхий эд бэлтгэх.

• .Хүчиллэг угаах‌: Гадаргуугийн исэл болон металл хольцыг арилгахын тулд үйлдвэрлэлийн зориулалттай кадмийн гулдмайг 5%-10% азотын хүчлийн уусмалд 40-60°C температурт 1-2 цагийн турш дүрнэ. Саармаг рН хүртэл ионгүйжүүлсэн усаар зайлж, вакуумд хатаана.
• .Гидрометаллургийн уусгалт‌: Кадми агуулсан хаягдлыг (жишээ нь, зэс-кадми шаар) хүхрийн хүчил (15-20% агууламжтай)-аар 80-90°C-д 4-6 цагийн турш боловсруулж, ≥95% кадми уусгах үр ашгийг гаргана. Хөвөн кадми авахын тулд шүүж, цайрын нунтаг (1.2-1.5 дахин их стехиометрийн харьцаа) нэмнэ.

1. .Хайлуулах ба цутгах.

• Хөвөн кадмиг өндөр цэвэршилттэй бал чулуун тигельд хийж, аргоны агаар мандал дор 320-350°C температурт хайлуулж, бал чулуун хэвэнд хийж удаан хөргөнө. ≥8.65 г/см³ нягтралтай гулдмай үүсгэнэ.

II. Бүсийн цэвэршүүлэлт

1. .Тоног төхөөрөмж ба параметрүүд.

• Хайлмал бүсийн өргөн нь 5-8 мм, 3-5 мм/цаг хурдтай, 8-12 цэвэршүүлэх гарцтай хэвтээ хөвөгч бүсийн хайлуулах зуух ашиглана. Температурын градиент: 50-80°C/см; вакуум ≤10⁻³ Па
• .Бохирдлыг ялгах‌: Давтагдсан бүс нь баяжуулсан хар тугалга, цайр болон бусад хольцыг ембүүний сүүл хэсэгт дамжуулдаг. Эцсийн 15-20% хольцоор баялаг хэсгийг зайлуулж, завсрын цэвэршилт ≥99.999% хүрнэ.

1. .Товчлуурын удирдлага.

• Хайлсан бүсийн температур: 400-450°C (кадмийн хайлах цэг болох 321°C-аас арай өндөр);
• Хөргөлтийн хурд: торны согогийг багасгахын тулд 0.5-1.5°C/мин;
• Аргоны урсгалын хурд: исэлдэлтээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд 10-15 л/мин

III. Электролитийн цэвэршүүлэлт

1. .Электролитийн найрлага.

• Электролитийн найрлага: Кадмийн сульфат (CdSO₄, 80-120 г/л) ба хүхрийн хүчил (рН 2-3), катодын тунадасны нягтралыг нэмэгдүүлэхийн тулд 0.01-0.05 г/л желатин нэмсэн

1. .Процессийн параметрүүд.

• Анод: Түүхий кадмийн хавтан; Катод: Титан хавтан;
• Гүйдлийн нягтрал: 80-120 А/м²; Үүрэн хүчдэл: 2.0-2.5 В;
• Электролизийн температур: 30-40°C; Үргэлжлэх хугацаа: 48-72 цаг; Катодын цэвэршилт ≥99.99%

IV. Вакуум бууруулагч нэрэлт

1. .Өндөр температурын бууралт ба ялгаруулалт.

• Кадмийн гулдмайг вакуум зууханд (даралт ≤10⁻² Па) хийж, устөрөгчийг бууруулагч болгон оруулж, кадмийн ислийг хийн кадми болгон бууруулахын тулд 800-1000°C хүртэл халаана. Конденсаторын температур: 200-250°C; Эцсийн цэвэршилт ≥99.9995%

1. .Бохирдлыг арилгах үр нөлөө.

• Үлдэгдэл хар тугалга, зэс болон бусад металл хольц ≤0.1 ppm;
• Хүчилтөрөгчийн агууламж ≤5 ppm

В. Чохралски Ганц талст өсөлт

1. .Хайлалтын хяналт ба үрийн талст бэлтгэх.

• Өндөр цэвэршилттэй кадмийн гулдмайг өндөр цэвэршилттэй кварцын тигельд хийж, 340-360°C-д аргон дор хайлуулна. Дотоод стрессийг арилгахын тулд 800°C-д урьдчилан халаасан <100> чиглэлтэй дан талст кадмийн үр (диаметр 5-8 мм) ашиглана.

1. .Кристал татах параметрүүд.

• Татах хурд: 1.0-1.5 мм/мин (эхний үе шат), 0.3-0.5 мм/мин (тогтвортой өсөлт);
• Тигелийн эргэлт: 5-10 эрг/мин (эсрэг эргэлт);
• Температурын градиент: 2-5°C/мм; Хатуу-шингэний интерфэйсийн температурын хэлбэлзэл ≤±0.5°C

1. .Согогийг арилгах аргууд.

• .Соронзон орны тусламжХайлмал турбуленцийг дарах, хольцын зураасжилтыг багасгахын тулд 0.2-0.5 Т тэнхлэгийн соронзон орон хэрэглэнэ.
• .Хяналттай хөргөлт‌: Ургамлын дараах 10-20°C/цаг хөргөлтийн хурд нь дулааны стрессээс үүдэлтэй мултрал үүсэх согогийг багасгадаг.

VI. Боловсруулалтын дараах болон чанарын хяналт

1. .Кристал Боловсруулалт.

• .ЗүсэлтАлмазан утсан хөрөө ашиглан 20-30 м/с хурдтайгаар 0.5-1.0 мм-ийн вафли болгон зүснэ;
• .Өнгөлгөө‌: Азотын хүчил-этанолын холимогоор (1:5 эзэлхүүний харьцаа) химийн механик өнгөлгөө (CMP) хийж, гадаргуугийн барзгаржилтыг Ra ≤0.5 нм болгоно.

1. .Чанарын стандартууд.

• .Цэвэр ариун байдал‌: GDMS (Гялалзсан цэнэг алдалтын массын спектрометр) нь Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm-ийг баталгаажуулдаг;
• .Эсэргүүцэл‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (цэвэршилт ≥99.9999%);
• .Кристаллографийн чиглэл‌: Хазайлт <0.5°; Мулгуурын нягтрал ≤10³/см²

VII. Процесс оновчлолын чиглэл

1. .Зорилтот хольцыг зайлуулах.

• 6N зэрэглэлийн цэвэршилт (99.9999%)-д хүрэхийн тулд Cu, Fe гэх мэтийг сонгон шингээхэд ион солилцооны давирхайг олон үе шаттай бүсийн цэвэршүүлэлттэй хослуулан ашиглана.

1. .Автоматжуулалтын шинэчлэлтүүд.

• Хиймэл оюун ухааны алгоритмууд нь татах хурд, температурын градиент гэх мэтийг динамикаар тохируулж, гарцыг 85%-иас 93% хүртэл нэмэгдүүлдэг;
• Тигелийн хэмжээг 36 инч хүртэл нэмэгдүүлж, 2800 кг жинтэй нэг удаагийн түүхий эдийг ашиглах боломжтой болгож, эрчим хүчний хэрэглээг 80 кВт.ц/кг хүртэл бууруулна.

1. .Тогтвортой байдал ба нөөцийн нөхөн сэргээлт.

• Ион солилцоогоор хүчиллэг угаалгын хаягдлыг нөхөн төлжүүлэх (Cd нөхөн сэргэлт ≥99.5%);
• Идэвхжүүлсэн нүүрсний адсорбци + шүлтлэг цэвэрлэгээгээр утааны хийг цэвэрлэнэ (Cd уурын нөхөн сэргэлт ≥98%)

Хураангуй

Кадмийн талстын өсөлт ба цэвэршүүлэх үйл явц нь гидрометаллурги, өндөр температурт физик цэвэршүүлэлт, нарийвчлалтай талстын өсөлтийн технологийг нэгтгэдэг. Хүчиллэг уусгалт, бүсийн цэвэршүүлэлт, электролиз, вакуум нэрэлт, Чохралскийн өсөлтөөр дамжуулан автоматжуулалт болон байгаль орчинд ээлтэй практиктай хослуулан 6N зэрэглэлийн хэт өндөр цэвэршилттэй кадмийн дан талстыг тогтвортой үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Эдгээр нь цөмийн илрүүлэгч, фотоволтайк материал, дэвшилтэт хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн эрэлтийг хангадаг. Ирээдүйн дэвшил нь том хэмжээний талстын өсөлт, зорилтот хольцыг ялгах, бага нүүрстөрөгчийн үйлдвэрлэлд чиглэгдэх болно.