一種單晶爐用炭素材料組合坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種坩禍，具體涉及一種單晶爐用炭素材料組合坩禍。
技術(shù)背景
[0002]目前，單晶爐拉制單晶硅棒時(shí)，盛裝多晶硅塊等原料的石英坩禍放入位于禍托之上的坩禍內(nèi)，在保護(hù)性氣氛中加熱熔化，調(diào)控到工藝溫度后，籽晶經(jīng)導(dǎo)流筒插入熔融多晶硅液中，坩禍放在禍托上由其下的禍托軸帶動(dòng)一同旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，籽晶也逆向旋轉(zhuǎn)并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列順序結(jié)晶凝固成單晶硅棒。在單晶硅棒拉制過程中，爐內(nèi)溫度高達(dá)1550°C左右，此時(shí)，石英坩禍變軟，要靠外面的坩禍承托，拉晶后殘留的石英坩禍常緊貼坩禍內(nèi)壁。
[0003]由于石英坩禍?zhǔn)且淮涡怨ぱb，必須逐爐更換，當(dāng)坩禍為整體結(jié)構(gòu)時(shí)，則石英坩禍去除較為困難，去除時(shí)甚至損壞坩禍禍體。當(dāng)坩禍禍體采用多瓣結(jié)構(gòu)時(shí)，如石墨坩禍，因其力學(xué)性能較差，在高溫環(huán)境中使用，要承托石英坩禍及原材料的重量，并處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在外力的作用下容易破裂。為提高坩禍的力學(xué)性能，也有采用碳/碳復(fù)合材料制備多瓣結(jié)構(gòu)坩禍。
[0004]多瓣結(jié)構(gòu)坩禍雖然能解決去除石英坩禍殘?bào)w的問題，但其多瓣結(jié)構(gòu)僅靠其底錐面與禍托的內(nèi)錐面配合而成為一體，由于多瓣結(jié)構(gòu)坩禍的圓度不佳，且在使用過程中，其圓度還有可能發(fā)生變化，影響拉晶環(huán)境的穩(wěn)定，整棒率和成晶率均受到影響，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本增加。
[0005]CN 201110146108.8公開了一種炭素材料組合坩禍的組合方法及組合坩禍。該組合坩禍禍碗的底部為實(shí)體結(jié)構(gòu)，依然存在難于去除禍碗底部石英坩禍殘?bào)w的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種可方便去除石英坩禍殘?bào)w且又能保持坩禍圓度的單晶爐用炭素材料組合坩禍。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種單晶爐用炭素材料組合坩禍，包括由炭-炭復(fù)合材料或石墨材料制成的組合坩禍禍體，所述組合坩禍禍體包括禍筒、禍碗、禍托，所述禍筒為圓筒狀，所述禍碗底部設(shè)有圓孔，禍碗由至少2瓣禍碗構(gòu)件組成；所述禍托中間設(shè)有與禍碗底部圓孔相適配的凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有與石英坩禍相適配的凹圓弧，禍碗裝配在禍托上，禍筒裝配在禍碗上，禍筒的底端與禍碗上部搭接；所述禍筒的高度為40 ?220mm。
[0008]進(jìn)一步，為確保禍筒和禍碗的同軸度，禍筒和禍碗的搭接處為錐面搭接。錐角可為90。?110。。
[0009]進(jìn)一步，為了確保禍筒和禍碗搭接的穩(wěn)定性，禍筒和禍碗的搭接接口高度優(yōu)選10?30mm。
[0010]進(jìn)一步，為了更方便地去除禍碗底部石英坩禍殘?bào)w，禍碗底部圓孔直徑優(yōu)選150?420mm。
[0011]進(jìn)一步，為了更方便地去除石英坩禍殘?bào)w，構(gòu)成禍碗的相鄰禍碗壁組件之間的間隙為0.5?3.0mm。
[0012]進(jìn)一步，構(gòu)成禍碗的禍碗構(gòu)件數(shù)量?jī)?yōu)選2?4瓣。
[0013]進(jìn)一步，禍筒的高度優(yōu)選140?160mm。
[0014]進(jìn)一步，禍托由等靜壓石墨材料制成。
[0015]進(jìn)一步，所述炭-炭復(fù)合材料的密度彡L 2g/ cm3。
[0016]本實(shí)用新型組合坩禍的制造裝配過程:先制備禍筒、禍碗、禍托；再將禍托放置于單晶爐內(nèi)的托桿軸上，接著將禍碗構(gòu)件一瓣瓣安裝在禍托上，然后將禍筒裝配在禍碗的上部，搭接扣緊，由此即組裝成一個(gè)整體的組合坩禍。使用時(shí)，將石英坩禍安裝在組合坩禍內(nèi)，再將硅料裝入石英坩禍內(nèi)即可。
[0017]本實(shí)用新型組合坩禍的拆卸過程:先將組合坩禍連同石英坩禍一起從單晶爐內(nèi)吊出，去除禍托，再從石英坩禍外表面一瓣瓣拆卸禍碗構(gòu)件，最后拆卸禍筒。這樣拆卸，不必將石英坩禍敲碎，組合坩禍拆卸后，石英坩禍整體仍可保持基本完整。
[0018]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]( I)本實(shí)用新型組合坩禍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用操作簡(jiǎn)便，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并能有效地減輕拆卸組合坩禍時(shí)對(duì)石英坩禍的損傷，且能有效地減少組合坩禍禍碗底部的石英坩禍殘?bào)w，延長(zhǎng)組合坩禍的使用壽命。
[0020](2)本實(shí)用新型組合坩禍的圓度好，且穩(wěn)定，拉晶時(shí)整棒率和成晶率較高。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型單晶爐用炭素材料組合坩禍的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1所示組合坩禍的俯視圖。
[0023]其中:1_禍筒，2_禍碗，3_禍托，4_相鄰禍碗構(gòu)件之間的間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]如圖1、2所示，本實(shí)施例單晶爐用炭素材料組合坩禍，包括由炭-炭復(fù)合材料與石墨材料制成的組合坩禍禍體，所述組合坩禍禍體包括禍筒1、禍碗2、禍托3，所述禍筒I為圓筒狀，所述禍碗2的底部設(shè)有圓孔，禍碗2由2瓣禍碗構(gòu)件組成；所述禍托3中間設(shè)有與禍碗2的底部圓孔相適配的凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有與石英坩禍相適配的凹圓弧，禍碗2裝配在禍托3上，禍筒I裝配在禍碗2上，禍筒的底端與禍碗上部搭接。
[0027]本實(shí)施例組合坩禍的禍筒I和禍碗2采用炭-炭復(fù)合材料制備，所述的炭-炭復(fù)合材料是由純碳元素組成的炭纖維增強(qiáng)炭基體復(fù)合材料，其成型由炭纖維網(wǎng)胎和炭布經(jīng)疊層復(fù)合成預(yù)制件，再通過化學(xué)氣相沉積增密和/或浸漬增密后制成坯體，最后經(jīng)過機(jī)加工成禍筒1、禍碗2，其密度為1.2g/ cm3;禍托3由等靜壓石墨材料制成。
[0028]為確保禍筒I和禍碗2的同軸度，禍筒I和禍碗2的搭接處為錐面搭接，錐面的錐角為90°，禍筒I的高度為40mmo
[0029]為了確保禍筒I和禍碗2搭接的穩(wěn)定性，禍筒I和禍碗2的搭接高度為10mm。
[0030]為了方便地去除禍碗2底部的石英i甘禍殘?bào)w，禍碗2底部圓孔直徑為150mm，禍碗2每瓣之間的間隙為3.0_。
[0031 ] 使用時(shí)，先將禍托3放于單晶爐內(nèi)的托桿上，然后將禍碗2、禍筒I組裝成一個(gè)整體坩禍，將石英坩禍放入組合坩禍之中，再將多晶硅等原材料放入石英坩禍內(nèi)，在保護(hù)氣氛環(huán)境中將多晶硅等原材料加熱熔化進(jìn)行單晶硅棒的生產(chǎn)。當(dāng)單晶硅棒拉制完畢去除石英坩禍殘?bào)w時(shí)，先將組合坩禍連同石英坩禍一起從爐內(nèi)吊出，去除禍托3，一瓣瓣從石英坩禍表面拆卸禍碗2，最后除去禍筒I ;這樣拆卸的石英坩禍?zhǔn)且粋€(gè)整體的。
[0032]經(jīng)實(shí)踐試用，本實(shí)用新型操作方便，能有效地減輕了去除石英禍殘?bào)w時(shí)對(duì)組合坩禍的損傷，延長(zhǎng)組合坩禍的使用壽命；此外，組合坩禍的圓度好且穩(wěn)定，相對(duì)于使用多瓣石墨禍拉晶，其整棒率提尚3 %?10 %。
[0033]實(shí)施例2
[0034]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，禍筒1、禍碗2由炭-炭復(fù)合材料制成，其密度為1.5g/cm3 ;禍筒I和禍碗2的接觸面為錐面配合，其錐角為110°，禍筒I的高度為220mm ;禍筒I和禍碗2的搭接高度為30mm ;禍碗2底部圓孔直徑為420臟，禍碗2每瓣之間的間隙為0.5mm。
[0035]余同實(shí)施例1。
[0036]實(shí)施例3
[0037]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，禍筒1、禍碗2由炭-炭復(fù)合材料制成，其密度為1.7g/ cm3;禍筒I和禍碗2的接觸面為錐面配合，其錐角為100°，禍筒I的高度為140mm ;禍筒I和禍碗2的搭接高度為20mm ;禍碗2底部圓孔直徑為300臟，禍碗2每瓣之間的間隙為0.5mm。
[0038]余同實(shí)施例1。
[0039]實(shí)施例4
[0040]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，禍筒1、禍碗2由炭-炭復(fù)合材料制成，其密度為1.4g/ cm3;禍筒I和禍碗2的接觸面為錐面配合，其錐角為95°，禍筒I的高度為160mm ;禍筒I和禍碗2的搭接高度為15mm ;禍碗2底部圓孔直徑為350mm，禍碗2每瓣之間的間隙為 1.5mmο
[0041]余同實(shí)施例1。
[0042]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單晶爐用炭素材料組合坩禍，包括由炭-炭復(fù)合材料或石墨材料制成的組合坩禍禍體，所述組合坩禍禍體包括禍筒(I)、堝碗⑵、禍托(3)，所述禍筒⑴為圓筒狀，其特征在于，所述禍碗(2)底部設(shè)有圓孔，禍碗(2)由至少2瓣禍碗構(gòu)件組成；所述禍托(3)中間設(shè)有與禍碗(2)底部圓孔相適配的凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有與石英坩禍相適配的凹圓弧，禍碗(2)裝配在禍托⑶上，禍筒⑴裝配在禍碗⑵上，禍筒⑴的底端與禍碗⑵上部搭接；所述禍筒⑴的高度為40?220mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍筒(I)和禍碗(2)的搭接處為錐面搭接，錐面的錐角為90°?110°。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍筒(I)和禍碗(2)的搭接接口的高度為10~30mmo4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍碗⑵底部的圓孔直徑為150~420mmo5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:構(gòu)成所述禍碗(2)的相鄰禍碗構(gòu)件之間的間隙(4)為0.5?3.0mm。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:構(gòu)成所述禍碗(2)的相鄰禍碗構(gòu)件之間的間隙(4)為0.5?3.0mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍筒(I)的高度為140?160mm。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍筒(I)的高度為140?160mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述禍托(3)由等靜壓石墨材料制成。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單晶爐用炭素材料組合坩禍，其特征在于:所述炭-炭復(fù)合材料的密度多1.2g/cm3。
【專利摘要】一種單晶爐用炭素材料組合坩堝，包括由炭-炭復(fù)合材料或石墨材料制成的組合坩堝堝體，所述組合坩堝堝體包括堝筒(1)、堝碗(2)、堝托(3)，所述堝筒(1)為圓筒狀，所述堝碗(2)底部設(shè)有圓孔，堝碗(2)由至少2瓣堝碗構(gòu)件組成；所述堝托(3)中間設(shè)有與堝碗(2)底部圓孔相適配的凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有與石英坩堝相適配的凹圓弧，堝碗(2)裝配在堝托(3)上，堝筒(1)裝配在堝碗(2)上沿，堝筒(1)的底端與堝碗(2)上部搭接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能有效地減輕去除石英堝殘?bào)w時(shí)對(duì)組合坩堝的損傷，延長(zhǎng)了組合坩堝的使用壽命，此外，組合坩堝的圓度好且穩(wěn)定，拉晶時(shí)整棒率和成晶率較高。
【IPC分類】C30B29/06, C30B15/10
【公開號(hào)】CN204727984
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520456283
【發(fā)明人】戴開瑛, 崔金, 張治軍, 李猛
【申請(qǐng)人】湖南南方搏云新材料有限責(zé)任公司
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月30日