專利名稱：具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及硅單晶生產(chǎn)的單晶爐設(shè)備，特別涉及一種具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸。
背景技術(shù)：
在直拉法硅單晶生長爐的生產(chǎn)運行中，是通過坩堝軸運動控制坩堝的旋轉(zhuǎn)和升降的。坩堝和其它熱場部件采用石墨材料加工而成，在使用過程中可以承受內(nèi)部環(huán)境約 1600°C的高溫。單晶爐與熱場坩堝部件通過不銹鋼坩堝軸連接，不銹鋼本身不能承受連接處高溫，需要在坩堝軸內(nèi)部通以冷卻水以起到保護作用。目前普遍采用的坩堝軸如圖1所示。其后端設(shè)置進出水管，因其前端無特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，冷卻水被引入后即返回，冷卻水流通行程短，冷卻效果差。這樣在長時間運行后，坩堝軸端部較熱，經(jīng)常會發(fā)生石墨坩堝軸與不銹鋼坩堝軸被燒結(jié)在一起，將兩者分離困難，較大的外力沖擊下造成石墨軸損壞、不銹鋼軸產(chǎn)生微裂紋以致漏水的情況，更嚴重的會造成軸鎖緊螺絲熔斷在不銹鋼軸的螺孔內(nèi)，拆除更加困難。使用傳統(tǒng)水冷結(jié)構(gòu)的不銹鋼坩堝軸這些現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，使用壽命受嚴重影響，給生產(chǎn)和日常的檢查、維修都帶來不便。自直拉法硅單晶生長爐投入使用以來，迄今已有93年，但坩堝軸水冷卻結(jié)構(gòu)始終未能有效改進， 給相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)帶來嚴重困擾。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸。為解決技術(shù)問題，本實用新型提供的方案是提供一種具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應(yīng)的外部形狀，坩堝軸的后端沿軸向設(shè)置冷卻水的進水管和出水管；坩堝軸的內(nèi)部設(shè)有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結(jié)構(gòu)；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿環(huán)設(shè)一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端殼體之間、擋水板與坩堝軸側(cè)面殼體之間成為冷卻水的流動通道。作為一種改進，所述坩堝軸的前端具備內(nèi)凹或外凸的錐臺形狀，所述空腔中的擋水板具備與該錐臺形狀相適應(yīng)的形狀。作為一種改進，所述進水管和出水管為同心環(huán)狀設(shè)置；即，在坩堝軸的后端沿軸向開設(shè)一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設(shè)一管道，該管道的內(nèi)部通道作為進水管或出水管，而管道外壁與通孔內(nèi)壁之間的通道則相應(yīng)地作為出水管或進水管。作為一種改進，所述擋水板與坩堝軸的側(cè)面殼體內(nèi)壁之間，設(shè)置用于固定連接的筋條。作為一種改進，所述坩堝軸的前端以及與前端相接的部分側(cè)面殼體是一個單獨的預(yù)制件，通過坩堝軸側(cè)面殼體上一個沿徑向圓周方向的連接部位，與坩堝軸后端相接的側(cè)面殼體實現(xiàn)連接。作為一種改進，所述連接部位的連接方式是焊接連接或螺紋密封連接中的任意一種。本實用新型的有益效果是在原有坩堝軸的基礎(chǔ)上，對坩堝軸的內(nèi)部冷卻水流通水路的結(jié)構(gòu)作了合理的優(yōu)化，通過增加擋水板、改變流道的位置，增大散熱面積，減小水道與散熱面的距離，來提升坩堝軸的冷卻效果。經(jīng)實際運用的檢測，采用本實用新型后，坩堝軸冷卻效率由原來的30%提高至80%，坩堝軸使用過程中未曾發(fā)生與石墨軸燒結(jié)、坩堝軸緊固螺絲熔斷等現(xiàn)象。

圖1為原有的坩堝軸示意圖；圖2為具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸。圖3為圖2中A-A向截面圖；附圖標記J甘堝軸1，筋條2，連接部位3，擋水板4，管道5。
具體實施方式
本實施例中的具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸如圖2所示。坩堝軸1的前端具備與熱場石墨軸端部相適應(yīng)的外部形狀。本實施例中為內(nèi)凹的錐臺形狀，錐臺的底端設(shè)置具有內(nèi)螺紋的沉孔。這樣的設(shè)計適應(yīng)于目前通常所用的熱場石墨軸端部形狀。當然，如果將熱場石墨軸端部形狀改為內(nèi)凹狀，也可以將坩堝軸前端設(shè)計為外凸的錐臺形狀與之相配。坩堝軸1的后端沿軸向設(shè)置冷卻水的進水管和出水管；進水管和出水管為同心環(huán)狀設(shè)置；即，在坩堝軸的后端沿軸向開設(shè)一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設(shè)一管道 5，管道5的內(nèi)部通道作為進水管或出水管，而管道5外壁與通孔內(nèi)壁之間的通道則相應(yīng)地作為出水管或進水管。坩堝軸1的內(nèi)部設(shè)有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸1呈空心的殼體狀結(jié)構(gòu)； 進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿環(huán)設(shè)一擋水板4，使得擋水板4與坩堝軸1前端殼體之間、擋水板4與坩堝軸1側(cè)面殼體之間成為冷卻水的流動通道。因為空腔的形狀是根據(jù)坩堝軸的前端變化的，為適應(yīng)于空腔的形狀，擋水板4也具備與坩堝軸的前端相適應(yīng)的形狀。擋水板4與坩堝軸1的側(cè)面殼體內(nèi)壁之間，可以根據(jù)實際需要設(shè)置用于固定連接的筋條2 ；筋條2的數(shù)量根據(jù)實際需求設(shè)定，均勻分布。因為擋水板4是置于坩堝軸1的空腔之中的，所以基于其安裝的需要，坩堝軸1的殼體必須采用分體式設(shè)計。本實用新型中的方法是設(shè)計一個沿徑向圓周方向的連接部位 3。S卩，坩堝軸1的前端以及與前端相接的部分側(cè)面的殼體是一個單獨的預(yù)制件，先將擋水板4、筋條2焊接固定在坩堝軸1后端的側(cè)面殼體內(nèi)壁，然后將預(yù)制件連接至與坩堝軸1后端相接的側(cè)面殼體。本實施例中，連接部位3選用的連接方式是焊接連接。當然，螺栓密封連接也是可選方式。本實施例中，坩堝軸1、擋水板4和管道5都以不銹鋼材料制備而成。管道5的內(nèi)部作為進水管，管道5與坩堝軸1后端通孔內(nèi)壁之間存在5mm環(huán)狀間隙，作為出水管。[0024]本實用新型的具體使用舉例如下單晶爐開始拉晶工作時，隨著坩堝爐溫度的升高，坩堝軸溫度也隨之升高，冷卻水從進水管進入，在末端依次通過擋水板4與坩堝軸1前端部殼體之間的通道、擋水板4與坩堝軸1側(cè)面殼體之間的通道，最后從進水管與坩堝軸后端通孔內(nèi)壁之間的環(huán)狀間隙流出。 單晶爐內(nèi)部溫度達到1400°C時，冷卻水流量控制為10 15L/min，單晶爐內(nèi)部溫度達到 1600°C時，冷卻水流量控制為15 20L/min。冷卻水進水溫度范圍控制在 ^°C，當冷卻水出水溫度超過35°C，發(fā)出超溫報警信號。
權(quán)利要求1.具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應(yīng)的外部形狀，坩堝軸的后端沿軸向設(shè)置冷卻水的進水管和出水管；其特征在于，坩堝軸的內(nèi)部設(shè)有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結(jié)構(gòu)；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿環(huán)設(shè)一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端部殼體之間、擋水板與坩堝軸側(cè)面殼體之間成為冷卻水的流動通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，其特征在于，所述坩堝軸的前端具備內(nèi)凹或外凸的錐臺形狀，所述空腔中的擋水板具備與該錐臺形狀相適應(yīng)的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，其特征在于，所述進水管和出水管為同心環(huán)狀設(shè)置；即，在坩堝軸的后端沿軸向開設(shè)一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設(shè)一管道，該管道的內(nèi)部通道作為進水管或出水管，而管道外壁與通孔內(nèi)壁之間的通道則相應(yīng)地作為出水管或進水管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項中所述的具備水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，其特征在于，所述擋水板與坩堝軸的側(cè)面殼體內(nèi)壁之間，設(shè)置用于固定連接的筋條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項中所述的具備水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，其特征在于，所述坩堝軸的前端以及與前端相接的部分側(cè)面殼體是一個單獨的預(yù)制件，通過坩堝軸側(cè)面殼體上一個沿徑向圓周方向的連接部位，與坩堝軸后端相接的側(cè)面殼體實現(xiàn)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具備水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸，其特征在于，所述連接部位的連接方式是焊接連接或螺紋密封連接中的任意一種。
專利摘要本實用新型涉及硅單晶生產(chǎn)的單晶爐設(shè)備，旨在提供一種具備改進的水冷卻結(jié)構(gòu)的坩堝軸。該坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應(yīng)的外部形狀，坩堝軸的后端沿軸向設(shè)置冷卻水的進水管和出水管；坩堝軸的內(nèi)部設(shè)有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結(jié)構(gòu)；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿環(huán)設(shè)一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端殼體之間、擋水板與坩堝軸側(cè)面殼體之間成為冷卻水的流動通道。在原有坩堝軸的基礎(chǔ)上，對坩堝軸的內(nèi)部冷卻水流通水路的結(jié)構(gòu)作了合理的優(yōu)化，坩堝軸冷卻效率由原來的30％提高至80％，坩堝軸使用過程中未曾發(fā)生與石墨軸燒結(jié)、坩堝軸緊固螺絲熔斷等現(xiàn)象。
文檔編號C30B15/10GK202202014SQ20112023407
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者曹建偉, 朱亮, 王魏, 邱敏秀, 郭建宇 申請人:浙江晶盛機電股份有限公司