具体实施方式

下面图1和图2详细说明根据本公开的超高纯铝的制备方法。

根据本公开的超高纯铝的制备方法包括步骤：

步骤一，将5N原料铝锭放入石墨舟原料槽1，石墨舟原料槽1与石墨舟产品槽2相邻、彼此间隔且上方连通，盖上石墨盖3以使石墨盖3与石墨舟原料槽1和石墨舟产品槽2形成除在石墨舟产品槽2的远离石墨舟原料槽1的一侧具有连通口P1外其余部位均封闭的腔体S，将石墨盖3、石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2连同原料铝锭装入真空蒸馏炉，再装入带有抽真空口(P2)的粉尘收集槽4以使粉尘收集槽4的内腔与连通口P1连通，盖好炉盖5，进行真空蒸馏，在进行真空蒸馏时将与石墨舟原料槽1对应的第一区温度、与石墨舟产品槽2对应的第二区温度以及粉尘收集槽4的温度控制成，进行蒸馏时，在原料铝锭中的相对铝高沸点的至少包含钛、钒、铬的杂质在第一区温度下不气化、铝和相对铝低沸点的杂质在第一区温度下气化、低沸点的杂质在第二区温度下不冷凝，在石墨舟产品槽2蒸馏出的气化的铝进入石墨舟产品槽2，在石墨舟产品槽2中冷凝成液，在石墨舟产品槽2蒸馏出的气化的低沸点的杂质经由石墨舟产品槽2进入粉尘收集槽4并在粉尘收集槽4中冷凝收集；降温后取出石墨舟产品槽2中的铝；

步骤二，将玻璃碳舟或氮化硼舟用王水浸泡后，用纯水清洗干净，烘干备用；

步骤三，将步骤一所得到的铝在高纯石墨坩埚内熔化后倒入步骤二所准备好的玻璃碳舟或氮化硼舟内，冷却后倒出铝锭；

步骤四，将步骤三所制得的铝锭用纯水:UP级的硝酸:UP级的氢氟酸体积比为(1-5):(1-5):1的溶液进行腐蚀后，用纯水清洗至中性后真空烘干；

步骤五，将步骤四所得到的铝锭装入步骤三所准备好的另一玻璃碳舟或氮化硼舟20内，然后放入区熔炉的石英管21内，将石英管21两端封管且石英管21两端设有气体出入口211，关闭区熔炉炉盖；

步骤六，开启惰性气体阀门，将7N高纯惰性气体经由石英管21的气体出入口211通入到石英管21内，一段时间后，关闭惰性气体阀门，开启氢气阀门，将7N高纯氢气通入石英管21内；或者，先对区熔炉的石英管21通过石英管21的气体出入口211的抽真空至0.1Pa以下，然后充入7N高纯氢气至常压，打开尾气阀门，调节氢气流量，继续通氢气；

步骤七，将加热器22打开，待所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的舟头部的铝锭开始熔化后开启运行，在运行过程的同时调节加热器22温度，使得铝锭熔化后形成的熔区M的长度维持在一定范围内；

步骤八，加热器22行至所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的舟尾部时，停止加热，按照设定程序加热器22自动返回至舟头部处的原点，进行第二次区熔作业，重复进行不少于N次区域作业；

步骤九，区熔完成后，停止加热，待铝锭冷却后，关闭氢气阀门，打开区熔炉炉盖，将铝锭取出，去铝锭的头尾，得到中间部分的铝产品；

步骤十，将得到中间部分的铝产品按步骤四至步骤九再操作一次，即得到6.5N的铝。

在步骤一中，通过设置石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2以及粉尘收集槽4并在对三者的温度进行控制下进行真空蒸馏，将相对铝高沸点的至少包含钛、钒、铬的杂质、铝以及相对铝低沸点的杂质作为三个部分进行分离，从而提高了真空熔炼所获得的铝的纯度，进而为通过后续步骤获得6.5N(即杂质总量小于500ppb)的铝提供了基础保障。此外，通过真空蒸馏将所述三个部分同时分离，缩短了提纯的时间，提高了生产的效率。

在步骤一中，石墨舟原料槽1与石墨舟产品槽2彼此间隔，避免真空蒸馏时处于石墨舟原料槽1内的熔融的原料铝锭和处于石墨舟产品槽2中的冷凝成液的铝再次朝向彼此流动，确保石墨舟产品槽2的冷凝成液的铝的纯度。在一些实施例中，如图1所示，石墨舟原料槽1与石墨舟产品槽2通过间隔件13彼此间隔。在一些实施例中，石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2以及间隔件13一体成型。

在一些实施例中，参照图1，在步骤一中，第一区温度的控制通过控制第一温度区感应加热线圈6A来进行，第二区温度的控制通过控制第二温度区感应加热线圈6B来进行。第一区温度的实时检测过第一区温度热电偶9A来实现。第二区温度的实时检测过第二区温度热电偶9B。

在一些实施例中，参照图1，在步骤一中，为了提高对第一区温度和第二区温度的温度精度，还可设置端部保温层7和周向保温层8。端部保温层7设置在产品原料槽1的背离粉尘收集槽4的轴向的一端，周向保温层8沿周向包围石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2以及石墨盖3形成的组合体，周向保温层8与端部保温层7密封连接。在设置有端部保温层7和周向保温层8的情况下，第一温度区感应加热线圈6A和第二温度区感应加热线圈6B设置在周向保温层8与石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2以及石墨盖3形成的组合体之间。

在一些实施例中，参照图1，在步骤一中，炉盖5设置有真空接口10。真空接口10连接外部抽真空设备，经由真空接口10和粉尘收集槽4带有的抽真空口P2，对连接好的石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2、石墨盖3以及粉尘收集槽4进行抽真空。

粉尘收集槽4的温度可以采用常温，由此保证石墨舟产品槽2蒸馏出的气化的低沸点的杂质经由连通口P1进入粉尘收集槽4并在粉尘收集槽4中冷凝。在一替代实施例中，炉盖5设置有冷却水第一进口11A、冷却水第二进口11B、冷却水第一出口12A、冷却水第二出口12B，相应地流道设置在炉盖5自身的内部，如图1所示，具体地，冷却水第一进口11A经由炉盖5自身的内部的对应流道与冷却水第一出口12A连通，冷却水第二进口11B经由炉盖5自身的内部的对应流道与冷却水第二出口12B连通。如图所示，炉盖5覆盖粉尘收集槽4的整个周面和粉尘收集槽4的轴向一端，由此，通过对流换热还保证从石墨舟产品槽2蒸馏出的气化的低沸点的杂质经由连通口P1进入粉尘收集槽4并在粉尘收集槽4中冷凝。

在一些实施例中，在步骤一中，真空度为1Pa以下，第一区温度的范围为1100℃-1400℃，第二区温度的范围为670℃-720℃，蒸馏时间范围为6h-16h，石墨舟产品槽2中铝的收率为60％-80％。

在一些实施例中，在步骤一中，真空度为1Pa以下，第一区温度的范围为1200℃-1300℃，第二区温度的范围为680℃-700℃，蒸馏时间范围为12h-16h。

在步骤二中，采用玻璃碳舟或者PBN(氮化硼)舟为盛料工具，解决了使用石墨舟作为区熔舟，物料与石墨舟紧密粘连、难以取出的问题。

在步骤二中，玻璃碳舟或氮化硼舟使用王水浸泡能够除去玻璃碳舟或氮化硼舟的表面的杂质，避免这些杂质带入最终产品而影响产品的纯度。

在一些实施例中，在步骤二中，王水浸泡玻璃碳舟或氮化硼舟的时间为4h以上。

在一些实施例中，在步骤三中，高纯石墨坩埚的灰分＜20ppm，避免从石墨坩埚中引入杂质，如钙、硅、硫、磷等。

在步骤四中，使用一定体积比的纯水:UP级的硝酸:UP级的氢氟酸的溶液腐蚀步骤三所制得的铝锭，能去除铝锭表面的氧化物，避免这些杂质带入最终产品，进而影响产品的纯度。在一些实施例中，在步骤四中，腐蚀时间为0.5h-2h。

在步骤六中，采用惰性气体或氢气对区熔前的石英管21进行空气清除(或清扫)，避免原有的空气所含有的各种可能的杂质对产品的纯度的影响。此外，采用惰性气体或氢气作为保护气体，可防止所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的铝锭被氧化，此外，氢气可与铝锭中的部分杂质反应生成气体而排出(如硒可以与氢气反应生成硒化氢气体)，由此提高提纯效果。

在一些实施例中，在步骤六中，惰性气体为氮气或氩气；惰性气体的流量为2L/min-4L/min；通入惰性气体的时间为4h-8h；氢气的流量为1L/min-3L/min。

在一些实施例中，在步骤七中，加热器22的运行速度为20mm/h-40mm/h。在一些实施例中，在步骤七中，熔区M的长度为8cm±2cm，换句话说熔区M的长度为6cm-10cm。在一些实施例中，在步骤七中，加热器22的运行速度为25mm/h-35mm/h。

在步骤八中，由于在区熔过程中，钛、钒、铬等杂质会富集到区熔锭的头部(即区熔锭在加热器22的单向行进方向的末端)，在一些实施例中，在步骤八中，N按下列公式计算：N＝[L/F]+1，其中L为舟的长度，f为熔区M的长度，[L/F]为对L/F的结果取整数。

在一些实施例中，在步骤八中，区域炼熔的次数N为8-12次。

在一些实施例中，在步骤九中，所得产物铝头尾分别去掉的长度范围为10cm-15cm。在一些实施例中，在步骤九中，所得产物铝头尾分别去掉的长度范围为12cm-15cm。去掉尾部的原因是因为在区熔过程中，另外一些杂质会富集在尾部，如：硅、铁、铜、镁等。

综上所述，在本公开的超高纯铝的制备方法中，通过步骤一的真空蒸馏将相对铝高沸点的至少包含钛、钒、铬的杂质、铝以及相对铝低沸点的杂质作为三个部分进行分离、通过步骤二中除去玻璃碳舟或氮化硼舟的表面的杂质、通过步骤四去除铝锭表面的氧化物、通过步骤六去除石英管原有的空气的影响并使惰性气体或氢气起到保护作用、通过步骤七至步骤九的区熔过程以及提过步骤十的重复过程，最终获得6.5N超高纯的铝。

接下来说明本公开实施例的测试过程。

实施例1

按照下列方法制备超高纯铝。

步骤一：将5N原料铝锭放入石墨舟原料槽1，石墨舟原料槽1与石墨舟产品槽2相邻、彼此间隔且上方连通，盖上石墨盖3以使石墨盖3与石墨舟原料槽1和石墨舟产品槽2形成除在石墨舟产品槽2的远离石墨舟原料槽1的一侧具有连通口P1的腔体S，将石墨盖3、石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2连同原料铝锭装入真空蒸馏炉，再装入带有抽真空口P2的粉尘收集槽4以使粉尘收集槽4的内腔与连通口P1连通，盖好炉盖5，外部抽真空设备经由真空接口10和粉尘收集槽4带有的抽真空口P2，对连接好的石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2、石墨盖3以及粉尘收集槽4进行抽真空，以使连接好的石墨舟原料槽1、石墨舟产品槽2、石墨盖3以及粉尘收集槽4内的真空度达到1Pa以下，之后真空接口10封闭，启动冷却水冷却，冷却水通过冷却水第一进口11A、炉盖5自身的内部的对应流道与冷却水第一出口12A形成的流动通路以及冷却水第二进口11B、炉盖5自身的内部的对应流道与冷却水第二出口12B形成的流动通路流动，同时启动第一温度区感应加热线圈6A和第二温度区感应加热线圈6B，进行真空蒸馏，在进行真空蒸馏时通过检测一区温度热电偶9A和第二区温度热电偶9B控制与石墨舟原料槽1对应的第一区温度为1200℃、与石墨舟产品槽2对应的第二区温度控制为680℃，蒸馏时间为16h，降温后取出石墨舟产品槽2中的铝，称重，石墨舟产品槽2中铝的收率为75％(即石墨舟产品槽2中的铝的重量除以原料铝锭的重量)；

步骤二：将玻璃碳舟或氮化硼舟用王水浸泡4h后，用纯水清洗干净，烘干备用；

步骤三：将步骤一所得到的铝在高纯石墨坩埚内熔化后倒入步骤二所准备好的玻璃碳舟或氮化硼舟内，冷却后倒出铝锭；

步骤四：将步骤三所得到的铝锭用纯水:UP级的硝酸:UP级的氢氟酸体积比为2:2:1的溶液进行腐蚀1h后，用纯水清洗至中性后真空烘干；

步骤五：将步骤四所得到的铝锭装入步骤三所准备好的另一玻璃碳舟或氮化硼舟20内，然后放入区熔炉的石英管21内，将石英管21两端封管且石英管21两端设有气体出入口211，关闭区熔炉炉盖，其中所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的长度为66cm；

步骤六：开启惰性气体阀门，将7N高纯惰性气体经由石英管21的气体出入口211通入到石英管21内，氮气的流量为2L/min，8h后关闭惰性气体阀门，开启氢气阀门，将7N高纯氢气通入石英管21内，氢气流量为2L/min；

步骤七：将加热器22打开，待所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的舟头部的铝锭开始熔化后开启运行，加热器运行的速度为30mm/h。在运行过程的同时调节加热器22温度，使得铝锭熔化后形成的熔区M的长度维持在6cm；

步骤八：加热器22行至所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的舟尾部时，停止加热，按照设定程序加热器22自动返回至舟头部处的原点，进行第二次区熔作业，重复共进行12次区域作业，其中所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的长度为L，f为熔区M的长度，[L/F]+1＝12；

步骤九：区熔完成后，停止加热，待铝锭冷却后，关闭氢气阀门，打开区熔炉炉盖，将铝锭取出，去铝锭的头尾各12cm，得到中间部分的铝产品；

步骤十：将得到中间部分的铝产品按步骤四至步骤九再操作一次，即得到6.5N的铝，送GDMS检测分析。

实施例2

操作步骤与实施例1相同，不同之处在于，

在步骤一中，与石墨舟原料槽1对应的第一区温度为1300℃、与石墨舟产品槽2对应的第二区温度控制为700℃，蒸馏时间为12h，石墨舟产品槽2中铝的收率为71％；

在步骤五中，所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的长度为72cm；

在步骤七中，加热器22的运行速度为25mm/h铝锭熔化后形成的熔区M的长度维持在8cm；

在步骤八中，重复共进行10次区域作业；

在步骤九中，去铝锭的头尾各15cm。

实施例3

操作步骤与实施例1相同，不同之处在于，

在步骤一中，石墨舟原料槽1对应的第一区温度为1250℃、与石墨舟产品槽2对应的第二区温度控制为680℃，蒸馏时间为14h，，石墨舟产品槽2中铝的收率为78％；

在步骤四中，纯水:UP级的硝酸:UP级的氢氟酸体积比为3:2:1；

在步骤五中，所述另一玻璃碳舟或氮化硼舟20的长度为80cm；

在步骤六中，氮气的流量为4L/min，8h后关闭氮气气体阀门，氢气流量为2L/min；

在步骤七中，加热器22的运行速度为35mm/h，熔区M的长度维持在10cm；

在步骤八中：重复共进行9次区域作业；

在步骤九中：去铝锭的头尾各15cm。

表1给出了实施例1-3的最终铝产品的GDMS检测结果。

表1实施例1-3的最终铝产品的GDMS检测结果(单位：ppbw)

由表1可以看出，经过一次真空蒸馏和若干次区域熔炼后，铝的杂质的总含量都控制在500ppb以下，即获得6.5N超高纯铝，且单个杂质都在标准范围内(同样地，现有技术中难去除的钛、钒、铬也被去除且达标)，符合超高纯铝杂质含量要求，完全满足目前市场上MBE领域对超高纯铝的使用需求。