專利名稱：多晶硅棒破碎設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種多晶硅棒破碎設(shè)備。
背景技術(shù)：
多晶硅是制備半導(dǎo)體器件和太陽能電池的原材料，是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的 基石。按照純度和用途可以分為太陽能級多晶硅和電子級多晶硅。目前制備多晶硅的主要 方法為改良西門子法，該法是用硅芯棒作發(fā)熱和硅沉積載體，在1050 1150°C下通入三氯 氫硅和氫氣，三氯氫硅被氫氣還原成硅并沉積在硅芯棒表面，形成多晶硅棒。為方便多晶硅 棒的包裝運輸及制備硅錠和硅單晶，需要把多晶硅棒破碎成塊狀。通常方法是將多晶硅棒 置于金屬或者塑料操作臺上，用硬質(zhì)合金材質(zhì)的錘或者鑿、軋輥、鉆等通過機械力來破碎， 由于硅的莫氏硬度高達7.0，用硬質(zhì)合金材料的錘打擊多晶硅棒時，會造成與多晶硅棒接觸 的錘體受到磨損，造成對多晶硅棒的金屬粒子污染，同時由于多晶硅棒和錘之間的強烈撞 擊會產(chǎn)生細硅粉，造成浪費。中國專利申請200810146324. 0公開了一種多晶硅破碎錘，該破碎錘的打擊部的 圓周方向比較圓滑，不存在角部，因此打擊時能夠防止打擊部的缺損，避免金屬粒子對多晶 硅棒的污染。同時在打擊部上設(shè)有呈凸曲面的打擊面，在打擊多晶硅棒的結(jié)晶體時，打擊面 相對于結(jié)晶體的接觸面較小，因此不會將多晶硅棒破碎的很細碎，能夠抑制細硅粉的產(chǎn)生。 雖然該破碎錘可以有效改善機械打擊的破碎效果，但是該破碎錘破碎多晶硅棒仍是機械打 擊，在破碎多晶硅棒的過程中仍會產(chǎn)生雜質(zhì)，對多晶硅棒造成雜質(zhì)玷污。同時，該破碎錘依 靠純?nèi)肆Σ僮?，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，進而不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種多晶硅棒破碎設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù) 依靠純?nèi)肆Σ僮鲗?dǎo)致的雜質(zhì)玷污以及操作人員勞動強度大，生產(chǎn)效率低，進而導(dǎo)致不適宜 大規(guī)模生產(chǎn)的問題。本實用新型提供一種多晶硅棒破碎設(shè)備，包括急冷裝置；與所述急冷裝置相連的加熱裝置，所述加熱裝置通過設(shè)在其內(nèi)的傳動機構(gòu)將加熱 后的多晶硅棒傳送到所述急冷裝置內(nèi)急速冷卻。優(yōu)選地，還包括與所述加熱裝置相連的、控制所述加熱裝置溫度的加熱溫度控制
直ο優(yōu)選地，還包括與所述加熱裝置相連的、對所述加熱裝置內(nèi)的氣體置換的真空及 惰性氣體置換裝置。優(yōu)選地，還包括與所述急冷裝置相連的、控制所述急冷裝置冷卻速率的冷卻速率 控制裝置。[0011]優(yōu)選地，所述加熱裝置還包括設(shè)有底蓋的工作倉，所述工作倉內(nèi)裝有與傳動機構(gòu)相連的物料托盤，內(nèi)壁上設(shè)有 與所述加熱溫度控制裝置相連的電發(fā)熱體，內(nèi)壁和外壁之間設(shè)有保溫層；所述工作倉的底蓋與傳動機構(gòu)相連，并且與所述物料托盤分別位于所述傳動機構(gòu) 的兩側(cè)。優(yōu)選地，所述真空及惰性氣體置換裝置包括通過抽氣閥與所述工作倉相連的抽空單元；分別與所述工作倉的兩側(cè)相連的充氣閥和流通閥。優(yōu)選地，所述急冷裝置包括內(nèi)壁上裝有風(fēng)機的急冷倉；設(shè)在所述急冷倉外壁上的安全閥。優(yōu)選地，所述冷卻速率控制裝置包括與所述急冷倉相連的冷卻速率控制單元；分別連接在所述急冷倉兩側(cè)的進水閥和出水閥。優(yōu)選地，還包括與傳動機構(gòu)相連的電機。優(yōu)選地，還包括與所述加熱溫度控制裝置、所述抽空單元、所述冷卻速率控制單 元和所述電機相連的開/關(guān)控制裝置。應(yīng)用上述技術(shù)方案，多晶硅棒在加熱裝置中加熱到預(yù)先設(shè)定在溫度后，通過加熱 裝置中的傳送機構(gòu)將加熱后的多晶硅棒送到與加熱裝置相連的急冷裝置中，該急冷裝置內(nèi) 有流動的冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)使多晶硅棒急速冷卻，因此，多晶硅棒產(chǎn)生熱應(yīng)力而破碎。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)依靠純?nèi)肆Σ僮鲗?dǎo)致的雜質(zhì)玷污以及操作人員 勞動強度大，生產(chǎn)效率低，進而不適用于大規(guī)模生產(chǎn)的問題。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動 的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示設(shè)備的組成示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實 施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所 獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備，使多晶硅棒在熱應(yīng)力的作用下破 碎，解決現(xiàn)有技術(shù)依靠人力破碎多晶硅棒所導(dǎo)致的雜質(zhì)玷污和操作人員勞動強度大，生產(chǎn) 效率低，進而不適用于大規(guī)模生產(chǎn)的問題。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括加熱裝置1和急冷裝置2，還包括加熱溫度控制裝置3、真空及惰性氣體置換裝置4和冷卻速率控 制裝置5。其中加熱裝置1對放置在其內(nèi)的多晶硅棒加熱到400 1000°C之后，通過設(shè)置在其內(nèi) 傳動機構(gòu)將加熱后的多晶硅棒傳送到急冷裝置2中，急冷裝置2內(nèi)有流動的低溫高純水，低 溫高純水作為冷卻介質(zhì)使多晶硅棒急速冷卻。多晶硅棒在急速冷卻的過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力， 熱應(yīng)力的釋放使得多晶硅棒破碎。應(yīng)用本技術(shù)方案，不需要操作人員使用破碎錘等機械器 件即可實現(xiàn)多晶硅棒的破碎，減輕操作人員的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。加熱溫度控制裝置3與加熱裝置1相連，加熱溫度控制裝置3內(nèi)設(shè)有溫度控制程 序，該程序控制加熱裝置1的加熱速率為5 25°C /min，加熱溫度為400 1000°C。真空及惰性氣體置換裝置4與加熱裝置1相連，在加熱裝置1加熱之前，對加熱裝 置1進行抽真空作業(yè)，待空氣被完全排除之后，向加熱裝置1內(nèi)充入惰性氣體氬氣，并同時 保證加熱裝置1工作在微正壓的工作環(huán)境。充入的氬氣用于對多晶硅棒進行保護。冷卻速率控制裝置5與急冷裝置2相連的，控制急冷裝置2的冷卻速率，例如急 冷裝置2內(nèi)有流動的低溫高純水，冷卻速率控制裝置5可以控制低溫高純水的溫度和水流 量，可以調(diào)節(jié)硅棒的冷卻速率，進而控制多晶硅棒碎塊的尺寸。例如當(dāng)?shù)蜏馗呒兯臏囟?為5 10°C，水流量為0. 3 0. 8m3，多晶硅棒碎塊的尺寸為150mm 25mm。本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備中各個裝置的組成示意圖如圖2所 示。其中加熱裝置1包括傳動機構(gòu)11和工作倉12，工作倉12設(shè)有底蓋13，工作倉12內(nèi)裝 有物料托盤14，內(nèi)壁上設(shè)有與加熱溫度控制裝置3相連的電發(fā)熱體15，內(nèi)壁和外壁之間設(shè) 有保溫層16。底蓋13和物料托盤14分別于傳動機構(gòu)11的兩側(cè)相連，物料托盤14上裝有 高純石英襯底，防止物料托盤14對多晶硅棒造成金屬粒子污染。真空及惰性氣體置換裝置4包括通過抽氣閥41與工作倉12相連的抽空單元42， 分別與工作倉12的兩側(cè)相連的充氣閥43和流通閥44。充氣閥43的流量稍大于流通閥44 的流量，以保證工作倉12工作在微正壓的工作環(huán)境。急冷裝置2包括內(nèi)壁上裝有風(fēng)機22的急冷倉21，設(shè)在急冷倉21外壁上的安全閥 23。多晶硅棒在急冷倉21內(nèi)急速冷卻時，會產(chǎn)生大量的蒸汽，風(fēng)機22將蒸汽抽至急冷倉21 外。為了保證生產(chǎn)安全，當(dāng)急冷倉21內(nèi)的壓力超過預(yù)先設(shè)定的壓力時，安全閥23開啟卸壓， 保證急冷倉21的安全。冷卻速率控制裝置5包括與急冷倉21相連的冷卻速率控制單元51，分別連接在 急冷倉21兩側(cè)的進水閥52和出水閥53。進水閥52和出水閥53保證急冷倉21內(nèi)低溫高 純水流動，并由冷卻速率控制單元51控制控制低溫高純水的水流量和其溫度。冷卻速率控 制裝置5通過控制低溫高純水的溫度和其水流量來控制多晶硅棒碎塊的尺寸。加熱裝置1內(nèi)的傳動機構(gòu)11還與電機17連接，用于為傳動機構(gòu)11提供動力，當(dāng) 傳動機構(gòu)11工作時，會帶動與其連接的底蓋13和物料托盤14同步運動，即在傳動機構(gòu)11 作用下，底蓋13打開，物料托盤14向下傾斜，將加熱后的多晶硅棒傾倒入急冷裝置2內(nèi)流 動的低溫高純水中。此外，本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備還包括與加熱溫度控制裝置 3、抽空單元42、冷卻速率控制單元51和電機17相連的開/關(guān)控制裝置6，如圖2所示。該開/關(guān)控制裝置6控制加熱溫度控制裝置3、抽空單元42、冷卻速率控制單元51和電機17
的開/關(guān)。本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備的工作過程為將多晶硅棒10放入工作倉12中裝有高純石英襯底的物料托盤14上，關(guān)閉充氣閥 43、流通閥44，打開抽氣閥41，開啟抽空單元42對工作倉12進行抽真空作業(yè)，待工作倉12 真空度小于IO2Pa時，關(guān)閉抽氣閥41，開啟充氣閥43充入惰性氣體氬氣，壓力上升至1標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓時，關(guān)閉充氣閥43，開啟抽氣閥41繼續(xù)抽空，如此反復(fù)置換工作倉12內(nèi)的空氣3次， 以保證工作倉12內(nèi)的空氣被完全排出。關(guān)閉抽氣閥41，打開充氣閥43并持續(xù)通入氬氣，打 開流通閥44，并維持其流量低于與充氣閥43的流量，以保證工作倉12工作在微正壓的工作 環(huán)境。加熱溫度控制裝置3啟動，電發(fā)熱體15開始升溫，通過熱輻射將熱量傳至工作 倉12內(nèi)，為加強工作倉12的保溫效果，內(nèi)壁與外壁間設(shè)有保溫層16。溫度上升至400 1000°C，保溫0. 5小時后通過開/關(guān)控制裝置6啟動電機17，使工作倉底蓋13和物料托盤 14在傳動機構(gòu)11作用下同步動作，即工作倉底蓋13打開，物料托盤14傾斜，將熱的多晶硅 棒10傾倒入急冷倉21內(nèi)流動的低溫高純水中。多晶硅棒10在急速冷卻過程中產(chǎn)生熱應(yīng) 力，熱應(yīng)力的釋放使得多晶硅棒10碎碎。低溫高純水的水流量通過進水閥52和出水閥53 控制。低溫高純水的溫度由冷卻速率控制單元51控制。急冷過程中產(chǎn)生的蒸汽由風(fēng)機22 抽至急冷倉21外，同時為保證安全，當(dāng)急冷倉壓力超過預(yù)先設(shè)定的壓力時，安全閥23即開 啟卸壓。本實用新型實施例提供的多晶硅棒破碎設(shè)備除了采用低溫高純水作為冷卻介質(zhì)， 還可以使用其他的冷卻介質(zhì)，例如液氮、液氬等，本實用新型實施例對此不再加以介紹。應(yīng)用上述技術(shù)方案，多晶硅棒10在加熱裝置1中加熱到預(yù)先設(shè)定在溫度后，通過 加熱裝置1中的傳送機構(gòu)11將加熱后的多晶硅棒10送到與加熱裝置1相連的急冷裝置2 中，該急冷裝置2內(nèi)有流動的低溫高純水，低溫高純水作為冷卻介質(zhì)使多晶硅棒10急速冷 卻，因此，多晶硅棒10產(chǎn)生熱應(yīng)力而破碎。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)依 靠純?nèi)肆Σ僮鲗?dǎo)致的雜質(zhì)玷污以及操作人員勞動強度大，生產(chǎn)效率低，進而不適用于大規(guī) 模生產(chǎn)的問題。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說是顯而易見的，本文中所定義 的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此， 本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新 穎特點相一致的最寬范圍。
權(quán)利要求一種多晶硅棒破碎設(shè)備，其特征在于，包括急冷裝置；與所述急冷裝置相連的加熱裝置，所述加熱裝置通過設(shè)在其內(nèi)的傳動機構(gòu)將加熱后的多晶硅棒傳送到所述急冷裝置內(nèi)急速冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與所述加熱裝置相連的、控制所 述加熱裝置溫度的加熱溫度控制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與所述加熱裝置相連的、對所述 加熱裝置內(nèi)的氣體置換的真空及惰性氣體置換裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與所述急冷裝置相連的、控制所 述急冷裝置冷卻速率的冷卻速率控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱裝置還包括設(shè)有底蓋的工作倉，所述工作倉內(nèi)裝有與傳動機構(gòu)相連的物料托盤，內(nèi)壁上設(shè)有與所 述加熱溫度控制裝置相連的電發(fā)熱體，內(nèi)壁和外壁之間設(shè)有保溫層；所述工作倉的底蓋與傳動機構(gòu)相連，并且與所述物料托盤分別位于所述傳動機構(gòu)的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述真空及惰性氣體置換裝置包括 通過抽氣閥與所述工作倉相連的抽空單元；分別與所述工作倉的兩側(cè)相連的充氣閥和流通閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述急冷裝置包括 內(nèi)壁上裝有風(fēng)機的急冷倉；設(shè)在所述急冷倉外壁上的安全閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻速率控制裝置包括 與所述急冷倉相連的冷卻速率控制單元；分別連接在所述急冷倉兩側(cè)的進水閥和出水閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與傳動機構(gòu)相連的電機。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與所述加熱溫度控制裝置、所述抽空單元、所述冷卻速率控制單元和所述電機相連的 開/關(guān)控制裝置。
專利摘要本實用新型公開一種多晶硅棒破碎設(shè)備，包括急冷裝置；與所述急冷裝置相連的加熱裝置，所述加熱裝置通過設(shè)在其內(nèi)的傳動機構(gòu)將加熱后的多晶硅棒傳送到所述急冷裝置內(nèi)急速冷卻。應(yīng)用上述技術(shù)方案，多晶硅棒在加熱裝置中加熱到預(yù)先設(shè)定在溫度后，通過加熱裝置中的傳送機構(gòu)將加熱后的多晶硅棒送到與加熱裝置相連的急冷裝置中，該急冷裝置內(nèi)有流動的冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)使多晶硅棒急速冷卻，因此，多晶硅棒產(chǎn)生熱應(yīng)力而破碎。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)依靠純?nèi)肆Σ僮鲗?dǎo)致的雜質(zhì)污染以及操作人員勞動強度大，生產(chǎn)效率低，進而不適用于大規(guī)模生產(chǎn)的問題。
文檔編號C01B33/02GK201729664SQ201020210759
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者侯俊峰, 吳多楠, 孟慶庫, 張濱泉, 楊光軍, 羅少林 申請人:國電寧夏太陽能有限公司