多晶硅是光伏产业和半导体产业的重要基础,是制作太阳能电池和电子硅芯片的原料,其提纯过程多采用反复的破碎、焙烧等,其中破碎过程的过粉碎现象易导致材料浪费过大。目前行业上多采用人工敲击破碎法。本文结合企业迫切需求针对材料浪费与效率低等问题提出了一种自动化破碎方法,并优化设计了自动化多晶硅破碎装置,主要针对多晶硅棒和切割后的多晶硅板的初次破碎,力图减少过粉碎比例,降低再破碎的次数。主要研究内容包括:首先,分析了多晶硅受冲击下裂纹产生的机理,建立了载荷下多晶硅积累损伤的阈值与多晶硅本体的晶体错位和微裂隙的关系模型。其次,基于AUTODYN软件结合多晶硅材料模型和脆性材料损伤模型,模拟多晶硅在受到锤头冲击时裂纹的产生和扩展的过程。结果可知敲击多晶硅板中心的时候,裂纹的分布较均匀,碎块粒度适中;当以2.5m/s的敲击速度敲击多晶硅棒时,过粉碎比例最小(小于20mm碎块数量少);分析了不同的锤头形状对裂纹产生的影响。最后,基于视觉装置和机械臂实现了仿生的自动化敲击破碎装置,并对其中的关键零部件进行了有限元分析和优化设计。通过大量的敲击实验后,统计分析得出采用中心定位,2.5m/s的敲击速度时,尺寸小于20mm的碎块比例为4.32%,小于其它形式的破碎,达到了企业的应用要求。