一種石墨彈性?shī)A具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種石墨彈性?shī)A具，其特征在于：包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座；石墨卡瓣具有卡接孔、外錐面、第一端面、第二端面和縫隙，卡接孔用于夾持硅棒；石墨卡帽具有內(nèi)錐面和外螺紋，內(nèi)錐面的直徑沿著硅棒伸入方向逐漸增大，石墨卡瓣的外錐面與所述石墨卡帽的內(nèi)錐面相適配；石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和內(nèi)螺紋，石墨卡帽的外螺紋和石墨卡座的內(nèi)螺紋構(gòu)成螺紋連接，轉(zhuǎn)動(dòng)該螺紋連接，可使石墨卡帽和石墨卡座作軸向相對(duì)移動(dòng)，石墨卡帽的內(nèi)錐面壓迫所述石墨卡瓣的外錐面，使得石墨卡瓣產(chǎn)生彈性變形而夾緊硅棒。本實(shí)用新型具有節(jié)約石墨材料消耗、硅棒與石墨彈性?shī)A具之間的接觸電阻小、石墨彈性?shī)A具的使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種石墨彈性?shī)A具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及夾具【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨彈性?shī)A具。
【背景技術(shù)】
[0002]在多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程中，石墨夾具的主要功能是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的水冷電極和用于沉積多晶硅的載體-硅棒之間的連接，其主要是利用了石墨良好的導(dǎo)電性能，如此，可將電流由溫度較低的水冷電極傳輸?shù)礁邷?1000°c到1500°C)的硅棒上。石墨有優(yōu)異的耐高溫性和足夠的強(qiáng)度，因此，其能夠支撐娃棒由直徑約8-10mm生長(zhǎng)為130mm-150mm娃棒后的重量，同時(shí)石墨在具有氣相反應(yīng)物(如三氯氫硅-SiHCl3、氫氣-H2)、氣相反應(yīng)產(chǎn)物(如氯化氫-HCl)及氣相副產(chǎn)物(如四氯化硅-SiCl4)的高溫環(huán)境中，具有良好的化學(xué)惰性，不會(huì)與這些物資反應(yīng)生成對(duì)多晶硅有害的雜質(zhì)。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)的多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程中，石墨夾具由石墨卡座I 6和石墨卡瓣I 7構(gòu)成，如圖1和圖2所示，圖2為圖1的B向視圖。石墨卡瓣I具有用于夾持硅棒的卡接孔71、縫隙72和凸起,石墨卡座I具有與石墨卡瓣I的凸起相適配的凹槽；卡接孔沿著娃棒伸入方向逐漸縮小，隨著娃棒在卡接孔中的不斷深入，卡接孔作用于娃棒的卡接力不斷增加而使石墨卡瓣I夾緊硅棒，保證硅棒與石墨卡瓣I的緊密接觸；石墨卡瓣I的縫隙沿卡接孔的軸向?qū)⑹ò闕分隔為多瓣夾頭，娃棒在插入石墨卡瓣I的卡接孔時(shí)，石墨卡瓣I的多瓣夾頭向外擴(kuò)而產(chǎn)生彈性變形，進(jìn)而卡接孔具有一定的擴(kuò)張空間而增大，硅棒更易于安裝于石墨卡瓣I中，當(dāng)硅棒安裝到位時(shí)，多瓣夾頭進(jìn)行彈性恢復(fù)力而使石墨卡瓣I進(jìn)一步夾緊硅棒，硅棒與石墨卡瓣I的接觸更加緊密。
[0004]在上述現(xiàn)有技術(shù)中，為了保證硅棒直立而不倒?fàn)t，石墨卡瓣I必須要有足夠的高度,如圖1所示中，該高度為98mm,以保證娃棒插入石墨卡瓣I的卡接孔有合適的長(zhǎng)度，石墨卡瓣I的外圓直徑 與石墨卡座I的外圓直徑相同為60mm。
[0005]石墨卡瓣I凸起高度和石墨卡座I的凹槽深度必要有足夠的配合長(zhǎng)度，以保證石墨卡瓣I和娃棒直立而不倒?fàn)t，圖1中，該長(zhǎng)度即為石墨卡座I的凹槽底部62到石墨卡座I的第一端部61的距離，也即石墨卡座I的凹槽深度，其值為40mm;石墨卡座I的凹槽底部到石墨卡座I的第二端部63的距離為多晶硅的生產(chǎn)設(shè)施所確定的，圖1中，該距離為60mm,因此石墨卡座I的整體長(zhǎng)度為:40mm+60mm=100mm。
[0006]在石墨夾具制造過(guò)程中，是按照?qǐng)D示最大外圓直徑度來(lái)選擇原材料，并以圖示最大長(zhǎng)度進(jìn)行下料，石墨材料消耗定額是按照?qǐng)D示最大外圓直徑和最大高度來(lái)計(jì)算，因此，石墨卡瓣I的石墨材料消耗定額是:
[0007]3.14159X (60 + 2) 2X98X v =274.2b v (cm3)(I)
[0008]石墨卡座I的石墨材料消耗定額是:
[0009]3.14159X (60^-2) 2X 100X ==282.74 1 (cm3)(2)
[0010]石墨夾具的石墨綜合材料消耗定額是:
[0011]274.26 T +282.74 > =557.0 v Ccm3)(3)[0012]上面各式中，r為石墨的密度，Y =2.09?2.23 g/cm3。
[0013]因此,在上述現(xiàn)有技術(shù)中，石墨夾具的石墨綜合材料消耗定額仍然比較聞。
[0014]在上述現(xiàn)有技術(shù)中，依靠硅棒在卡接孔中的不斷深入而產(chǎn)生的夾緊硅棒的卡接力是有限的，也是很小的，同時(shí)，多瓣夾頭的彈性恢復(fù)力也是很小的；當(dāng)硅棒在卡接孔中的伸入停止，外力撤銷，卡接力和彈性恢復(fù)力將變小而導(dǎo)致硅棒與石墨卡瓣的接觸不緊密，硅棒與石墨卡瓣的接觸電阻增大，導(dǎo)致石墨夾具溫度升高，而在溫度高的部位會(huì)產(chǎn)生無(wú)定形硅的沉積，不但降低了多晶硅的有效沉積率，而且造成石墨夾具各部件清洗困難，同時(shí)也影響了石墨夾具的使用壽命，特別是在高溫下，由于石墨的熱膨脹，更易發(fā)生這種情況。
[0015]石墨是一種比較貴重的材料，其材料消耗成本在多晶硅的生產(chǎn)成本中占有很大比重，石墨的材料消耗成本與石墨夾具的石墨綜合材料消耗定額和石墨夾具各部件的使用壽命直接相關(guān)。
[0016]因此，如何降低石墨夾具的石墨綜合材料消耗定額和降低硅棒與石墨夾具之間的接觸電阻，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的重要技術(shù)問題。
[0017]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本實(shí)用新型的目的是提供一種石墨彈性?shī)A具，以降低石墨夾具的石墨綜合材料消耗定額和降低硅棒與石墨夾具之間的接觸電阻。
[0019]本實(shí)用新型提供一種石墨彈性?shī)A具，包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座，石墨卡瓣具有卡接孔、外錐面、第一端面、第二端面和縫隙，卡接孔用于夾持硅棒，沿著硅棒伸入方向依次為第一端面、外錐面和第二端面，外錐面的直徑沿著第一端面到第二端面的方向逐漸增大，縫隙沿石墨卡瓣的徑向與卡接孔貫通、且沿石墨卡瓣的軸向?yàn)殚_口向第二端面的盲槽；石墨卡帽具有內(nèi)錐面和外螺紋，內(nèi)錐面的直徑沿著硅棒伸入方向逐漸增大，石墨卡瓣的外錐面與石墨卡帽的內(nèi)錐面相適配；石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和內(nèi)螺紋，第一凹槽開口朝向硅棒伸入的方向，石墨卡瓣的第二端面支撐在石墨卡座的第一凹槽底部上，內(nèi)螺紋設(shè)置在第一凹槽內(nèi)，石墨卡帽的外螺紋和石墨卡座的內(nèi)螺紋構(gòu)成螺紋連接，轉(zhuǎn)動(dòng)該螺紋連接，可使石墨卡帽和石墨卡座作軸向相對(duì)移動(dòng)，石墨卡帽的內(nèi)錐面壓迫石墨卡瓣的外錐面，使得石墨卡瓣產(chǎn)生彈性變形、石墨卡瓣的縫隙寬度變小、石墨卡瓣的卡接孔產(chǎn)生徑向收縮，從而夾緊娃棒。
[0020]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案中，在保證硅棒直立而不倒?fàn)t的前提下，由于石墨卡帽和石墨卡座采用螺紋連接，石墨卡帽與石墨卡座的配合長(zhǎng)度可以有較小的配合長(zhǎng)度，也就是降低了現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡座的整體長(zhǎng)度，因此，降低了石墨卡座的石墨材料消耗定額；石墨卡帽的長(zhǎng)度比現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡瓣的長(zhǎng)度小得多，石墨卡瓣比現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡瓣的直徑也小得多，因此，石墨卡帽和石墨卡瓣合計(jì)的石墨材料消耗定額也比現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡瓣的石墨材料消耗定額小很多；綜合上所述，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，在保證硅棒直立而不倒?fàn)t的前提下，具有較低的石墨綜合材料消耗定額。
[0021]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)動(dòng)石墨卡帽和石墨卡座螺紋連接，使得石墨卡瓣產(chǎn)生彈性變形和夾緊力并夾緊硅棒，該夾緊力比現(xiàn)有技術(shù)依靠硅棒在卡接孔中的不斷深入而增大的卡接力及其產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力大得多，硅棒與石墨卡瓣的接觸更緊密，硅棒與石墨卡辦的接觸電阻更小。由于石墨卡帽和石墨卡座的螺紋連接的自鎖功能，即使是在聞溫下，石墨卡瓣產(chǎn)生的彈性變形的恢復(fù)仍然比較小，石墨卡瓣產(chǎn)生的夾緊力仍然比較大，硅棒與石墨卡瓣的接觸仍然很緊密，娃棒與石墨卡瓣的接觸電阻仍然很小，不但提高了石墨彈性?shī)A具的使用壽命，還提聞了多晶娃的有效沉積率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的石墨夾具結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是圖1中現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡座結(jié)構(gòu)圖的B向視圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的石墨卡瓣結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5是圖4中本實(shí)用新型實(shí)施例的石墨卡瓣的A向視圖；
[0027]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的石墨卡帽結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖7是現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡座結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]具體實(shí)施例如圖3?圖7所示，包括石墨卡帽3、石墨卡瓣2和石墨卡座1，石墨卡瓣具有卡接孔23、外錐面21、第一端面22、第二端面24和縫隙25，卡接孔用于夾持硅棒，沿著娃棒伸入方向依次為石墨卡瓣的第一端面和第二端面，外錐面的直徑沿著石墨卡瓣的第一端面到第二端面的方向逐漸增大，縫隙沿石墨卡瓣的徑向與卡接孔貫通、且沿石墨卡瓣的軸向?yàn)殚_口向第二端面的盲槽；石墨卡帽具有內(nèi)錐面33、外螺紋35、第一端面32和第二端面34,沿著娃棒伸入方向依次為石墨卡帽的第一端面和第二端面，內(nèi)錐面的直徑沿著墨卡帽的第一端面到第二端面的方向逐漸增大，石墨卡瓣的外錐面與石墨卡帽的內(nèi)錐面相適配；石墨卡座具有第一凹槽11、第一凹槽底部14、第二凹槽13、內(nèi)螺紋15、第一端面16、第二端面17和連接第一凹槽與第二凹槽的連接孔12，第二凹槽13的開口背向第一凹槽11，沿著娃棒伸入方向依次為石墨卡座的第一端面和第二端面，第一凹槽開口朝向娃棒伸入的方向，石墨卡瓣的第二端面支撐在石墨卡座的第一凹槽底部上，內(nèi)螺紋設(shè)置在第一凹槽內(nèi)，石墨卡帽的外螺紋和石墨卡座的內(nèi)螺紋構(gòu)成螺紋連接5，轉(zhuǎn)動(dòng)該螺紋連接，可使石墨卡帽和石墨卡座作軸向相對(duì)移動(dòng)，石墨卡帽的內(nèi)錐面壓迫石墨卡瓣的外錐面，使得石墨卡瓣產(chǎn)生彈性變形、石墨卡瓣的縫隙寬度變小、石墨卡瓣的卡接孔產(chǎn)生徑向收縮，從而夾緊硅棒。
[0030]圖4是實(shí)施例的石墨卡瓣結(jié)構(gòu)圖，圖5是圖4的A向視圖，石墨卡瓣的卡接孔可以是直孔，加工工藝性好，但最好是內(nèi)錐孔，內(nèi)錐孔的直徑沿著硅棒的伸入方向逐漸減小，這樣更能增大夾緊力并使娃棒與石墨卡瓣的接觸更緊密；石墨卡瓣的縫隙寬度為l_4mm、長(zhǎng)度為從石墨卡瓣的第二端面為起點(diǎn)沿軸向的長(zhǎng)度為石墨卡瓣的第二端面到第一端面的軸向距離的0.3-0.7倍。石墨卡瓣的縫隙數(shù)量為I?8個(gè)；石墨卡瓣的縫隙數(shù)量?jī)?yōu)選為3、4或6個(gè)，且沿石墨卡瓣的圓周均勻分布。
[0031]圖6是實(shí)施例的石墨卡帽的結(jié)構(gòu)圖，石墨卡帽靠近石墨卡帽的第一端面還具有凸緣31，該凸緣的直徑大于石墨卡座的外圓直徑，因而具有遮蓋和保護(hù)石墨卡座的作用。為了降低石墨的材料消耗，石墨卡帽的凸緣外圓直徑比石墨卡座的外圓直徑大O?20mm為宜，優(yōu)選為石墨卡帽的凸緣外圓直徑比石墨卡座的外圓直徑大10mm。
[0032]在圖4、圖5中，石墨卡瓣的第二端面到第一端面的軸向距離即石墨卡瓣的長(zhǎng)度為55mm,外圓直徑為36mm,縫隙的寬度為1.5mm、長(zhǎng)度為22mm,石墨卡瓣的縫隙數(shù)量?jī)?yōu)選為4個(gè)且沿所述石墨卡瓣的圓周均勻分布。
[0033]在圖6中，石墨卡帽的外圓直徑為70mm、長(zhǎng)度為22mm。
[0034]在圖7中，石墨卡座的外圓直徑為60mm,石墨卡座的第一凹槽底部到第二端面的距離為60mm,石墨卡座的第一凹槽底部到第一端面的距離為23mm,石墨卡座的長(zhǎng)度即石墨卡座的第一端面到第二端面的距離為83mm。
[0035]因此，石墨卡瓣的石墨材料消耗定額是:
[0036]3.14159X (36 + 2) 2X55X > =55.98 1 (cm3)(4)
[0037]石墨卡座的石墨材料消耗定額是:
[0038]3.14159X (60 + 2) 2X85X 1 =240.33 T (cm3)(5)
[0039]石墨卡帽的石墨材料消耗足額是:
[0040]3.14159 X (70 + 2) 2X22X Y =84.bi * (cm3)(6)
[0041]因此本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)Ai的石墨綜合材料消耗定額是:
[0042]55.98 ^ + 240.33 Y + 84.67 ' = 380.98 Y (cm3)(7)
[0043]在保證硅棒直立而不倒?fàn)t的前提下，【背景技術(shù)】描述的現(xiàn)有技術(shù)的墨彈性?shī)A具的石墨綜合材料消耗定額是557.0 T (cm3)，相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具的石墨綜合材料消耗定額節(jié)約效果為:
[0044](557.0 T -380.98557.0^X 100% = 31.60%(8)
[0045]因此，本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具相比現(xiàn)有技術(shù)具有意想不到的、明顯節(jié)約石墨綜合材料消耗的技術(shù)效果。
[0046]假設(shè)條件:本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具的石墨卡座和石墨卡瓣的長(zhǎng)度分別于現(xiàn)有技術(shù)的石墨卡座和石墨卡瓣的長(zhǎng)度相等，即分別為IOOmm和97mm，則:本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具的石墨卡座和石墨卡瓣的石墨綜合材料消耗定額分別是:
[0047]假設(shè)條件下的石墨卡瓣的石墨材料消耗定額是:
[0048]3.14159X (36 + 2) 2X97X v =98.73 ^ (cm3)(9)
[0049]假設(shè)條件下的石墨卡座的石墨材料消耗定額是:
[0050]3.14159X (60^-2) 2X 100X J =282.74 > (cm3)(10)
[0051]在假設(shè)奪件下的本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具的石墨綜合材料消耗定額是:
[0052]98.1 i ^ + 282.74 1 + 84.67 ^ = 466.14 T (cm3)(11)
[0053]在假設(shè)條件下的本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具的石墨綜合材料消耗定額節(jié)約效果為:
[0054](557.0 T -466.14 1 ) + 557.0 Y X 100% = 16.31%(12)
[0055]也就是說(shuō)，在假設(shè)條件下的本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具相比現(xiàn)有技術(shù)仍然具有明顯的節(jié)約石墨綜合材料消耗的技術(shù)效果，而在假設(shè)條件下，本實(shí)用新型的石墨彈性?shī)A具具有更好的硅棒直立而不倒?fàn)t的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨彈性?shī)A具，其特征在于:包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座；所述石墨卡瓣具有卡接孔、外錐面、第一端面、第二端面和縫隙，卡接孔用于夾持硅棒，沿著硅棒伸入方向依次為第一端面、外錐面和第二端面，外錐面的直徑沿著第一端面到第二端面的方向逐漸增大，縫隙沿所述石墨卡瓣的徑向與卡接孔貫通、且沿所述石墨卡瓣的軸向?yàn)殚_口向第二端面的盲槽；所述石墨卡帽具有內(nèi)錐面和外螺紋，內(nèi)錐面的直徑沿著硅棒伸入方向逐漸增大，所述石墨卡瓣的外錐面與所述石墨卡帽的內(nèi)錐面相適配；所述石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和內(nèi)螺紋，第一凹槽開口朝向硅棒伸入的方向，所述石墨卡瓣的第二端面支撐在所述石墨卡座的第一凹槽底部上，內(nèi)螺紋設(shè)置在第一凹槽內(nèi)，所述石墨卡帽的外螺紋和所述石墨卡座的內(nèi)螺紋構(gòu)成螺紋連接，轉(zhuǎn)動(dòng)該螺紋連接，可使石墨卡帽和石墨卡座作軸向相對(duì)移動(dòng)，所述石墨卡帽的內(nèi)錐面壓迫所述石墨卡瓣的外錐面，使得石墨卡瓣產(chǎn)生彈性變形、石墨卡瓣的縫隙寬度變小、墨卡瓣的卡接孔產(chǎn)生徑向收縮。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡瓣的卡接孔是內(nèi)錐孔，內(nèi)錐孔的直徑沿著硅棒的伸入方向逐漸減小。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡瓣的縫隙寬度為I?4mm、長(zhǎng)度為從石墨卡瓣的第二端面為起點(diǎn)沿軸向的長(zhǎng)度為石墨卡瓣的第二端面到第一端面的軸向距離的0.3-0.7倍，所述石墨卡瓣的縫隙數(shù)量為I?8個(gè)。
4.如權(quán)利要求3所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡瓣的縫隙數(shù)量為3、4或6個(gè)，且沿所述石墨卡瓣的圓周均勻分布。
5.如權(quán)利要求3所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡瓣的縫隙的寬度為1.5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡帽靠近石墨卡帽的第一端面還具有凸緣，凸緣的外圓直徑大于所述石墨卡座的外圓直徑。
7.如權(quán)利要求6所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡帽的凸緣外圓直徑比所述石墨卡座的外圓直徑大O?20mm。
8.如權(quán)利要求7所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡帽的凸緣外圓直徑比所述石墨卡座的外圓直徑大10mm。
9.如權(quán)利要求1所述的石墨彈性?shī)A具，其特征在于:所述石墨卡座還具有第二凹槽、連接第一凹槽與第二凹槽的連接孔，第二凹槽的開口背向第一凹槽。
【文檔編號(hào)】C01B33/035GK203440093SQ201320367229
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月25日
【發(fā)明者】王志杰, 時(shí)加林, 孫志強(qiáng), 王菲, 楊麗麗, 張志華, 李春林 申請(qǐng)人:山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司