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FFC剑桥工艺是以固体金属氧化物作为阴极,在低于金属熔点的温度下进行电解,其中金属氧化物得到电子被还原,氧离子则通过熔盐迁移至阳极放电,最终在阴极留下金属、非金属或合金。FFC剑桥工艺具有工艺流程短,操作简单,能耗低和环保等优点,且特别适合于难熔金属的制备,因而近些年成为研究的热点。本文采用FFC剑桥工艺,以CaCl2熔盐为电解质,以石墨坩埚作为阳极和SiO2作为阴极,制备得到了高纯Si。以SiO2-NiO混合物作为阴极,制备得到了Ni3Si和NiSi2合金。当采用纳米SiO2作为原料时,电解制备得到了硅纳米线。采用预电解的方法对CaCl2电解质进行提纯,预电解后,电解质中的B浓度从7ppmw降至4.1ppmw, P从10.1ppmw降至4.8ppmw,Fe从105.1ppmw降至40.1ppmw, B、P和Fe的去除率分别为41.43%、52%和61.85%。研究了预电解电压、温度和时间等因素对B,P、Fe去除率的影响,预电解电压从2.5V增加至3.1V,B、P和Fe的去除率分别提高了4.39%、6%和9.23%；预电解温度从850℃提高至900℃,B、P、Fe的去除率分别提高了5.71%、3%、2.86%。结果表明,提高预电解电压和预电解温度以及延长预电解时间均能提高B、P、Fe等杂质的去除率,并由此最终得到合理的预电解工艺条件。通过比较产物硅中B、P、Fe、Al、Ca等杂质的理论浓度和实际浓度,研究了阴极中各杂质在电解还原过程中的含量变化。以高纯的石英砂(B和P浓度均小于1ppmw)为原料,得到最终产物硅中的B浓度为4.8ppmw,P为3.5ppmw。当对电解质进行预电解除杂处理后,得到的产物硅中B浓度为3.1ppmw,P为2.2ppmw。通过对比表明,降低电解质中的杂质含量能提高产物硅的纯度。采用3%HNO3+3%HF的混合酸对产物硅进行酸浸后,得到的硅中各杂质的浓度为：B0.3ppmw, P0.2ppmw, Fe0.4ppmw, A10.1ppmw,Ca小于0.1ppmw,符合太阳能级硅杂质含量的要求。以SiO2-NiO的烧结混合物作为阴极,用FFC剑桥工艺制备得到了硅镍合金。通过控制阴极片中SiO2和NiO的摩尔比,可以制备得到相应组分的硅镍合金化合物。当混合物中SiO2与NiO的摩尔比为1：3时,得到的最终电解产物为Ni3Si;当混合物中SiO2与NiO的摩尔比为2：1时,最终电解产物为NiSi2。对阴极反应过程进行研究,得到了以SiO2-NiO混合物为原料电解制备硅镍合金的阴极反应过程：NiO优先于SiO2被还原,NiO被完全还原镍后,SiO2才开始被还原,随着还原出硅的不断增加,硅和镍依次形成了Ni3Si、Ni2Si、NiSi中间产物,最终生成了NiSi2,硅镍的合金化过程为Ni3Si→Ni2Si→NiSi→NiSi2。