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]本發(fā)明涉及一種坩禍，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，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一同旋轉(zhuǎn)，同時，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1550°C左右，此時，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]由于石英坩禍是一次性工裝，必須逐爐更換，當坩禍為整體結(jié)構(gòu)時，則石英坩禍去除較為困難，去除時甚至損壞坩禍禍體。當坩禍禍體采用多瓣結(jié)構(gòu)時，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體的問題，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體結(jié)構(gòu)，依然存在難于去除禍碗底部石英坩禍殘體的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(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體且又能保持坩禍圓度的單晶爐用炭素材料組合坩禍。
[0007]本發(fā)明解決其技術(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，凸臺上設(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。
[0008]進一步，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]進一步，為了更方便地去除禍碗底部石英坩禍殘體，禍碗底部圓孔直徑優(yōu)選150?420mm。
[0011]進一步，為了更方便地去除石英坩禍殘體，構(gòu)成禍碗的相鄰禍碗壁組件之間的間隙為0.5?3.0mm。
[0012]進一步，構(gòu)成禍碗的禍碗構(gòu)件數(shù)量優(yōu)選2?4瓣。
[0013]進一步，禍筒的高度為30?230mm。
[0014]進一步，禍托由等靜壓石墨材料制成。
[0015]進一步，所述炭-炭復(fù)合材料的密度彡1.2g/ cm3。
[0016]本發(fā)明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，由此即組裝成一個整體的組合坩禍。使用時，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]本發(fā)明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]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明組合坩禍，結(jié)構(gòu)簡單，使用操作簡便，可減輕工人的勞動強度，并能有效地減輕拆卸組合坩禍時對石英坩禍的損傷，且能有效地減少組合坩禍禍碗底部的石英坩禍殘體，延長組合坩禍的使用壽命。
[0019](2)本發(fā)明組合坩禍的圓度好，且穩(wěn)定，拉晶時整棒率和成晶率較高。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明單晶爐用炭素材料組合坩禍的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1所示組合坩禍的俯視圖。
[0021]其中:1_禍筒，2_禍碗，3_禍托，4_相鄰禍碗構(gòu)件之間的間隙。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例1
如圖1、2所示，本實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，凸臺上設(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。
[0024]本實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)過機加工成禍筒1、堝碗2，其密度為1.2g/ cm3;禍托3由等靜壓石墨材料制成。
[0025]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30mmo
[0026]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。
[0027]為了方便地去除禍碗2底部的石英坩禍殘體，禍碗2底部圓孔直徑為150mm，禍碗2每瓣之間的間隙為3.0_。
[0028]使用時，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)，在保護氣氛環(huán)境中將多晶硅等原材料加熱熔化進行單晶硅棒的生產(chǎn)。當單晶硅棒拉制完畢去除石英坩禍殘體時，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是一個整體的。
[0029]經(jīng)實踐試用，本發(fā)明操作方便，能有效地減輕了去除石英禍殘體時對組合坩禍的損傷，延長組合坩禍的使用壽命；此外，組合坩禍的圓度好且穩(wěn)定，相對于使用多瓣石墨禍拉晶，其整棒率提尚3 %?10 %。
[0030]實施例2
本實施例與實施例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230mm ；禍筒I和禍碗2的搭接高度為30mm ;禍碗2底部圓孔直徑為420mm，禍碗2每瓣之間的間隙為 0.5mmο
[0031]余同實施例1。
[0032]實施例3
本實施例與實施例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150mm ；禍筒I和禍碗2的搭接高度為20mm ;禍碗2底部圓孔直徑為300mm，禍碗2每瓣之間的間隙為 0.5mmο
[0033]余同實施例1。
[0034]實施例4
本實施例與實施例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150mm ；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
[0035]余同實施例1。
[0036]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
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(1)、禍碗(2)、禍托(3)，所述禍筒(I)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，凸臺上設(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(I)的底端與禍碗(2)上部搭接。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150~420mm。5.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⑴的高度為30?230mm。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:所述禍托(3)由等靜壓石墨材料制成。8.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)合材料的密度彡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，凸臺上設(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。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能有效地減輕去除石英堝殘體時對組合坩堝的損傷，延長了組合坩堝的使用壽命，此外，組合坩堝的圓度好且穩(wěn)定，拉晶時整棒率和成晶率較高。
【IPC分類】C30B15/10
【公開號】CN104894638
【申請?zhí)枴緾N201510369177
【發(fā)明人】戴開瑛, 崔金, 張治軍, 李猛
【申請人】湖南南方搏云新材料有限責任公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月30日