專利名稱：一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方形電磁冷坩堝，具體涉及一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅 的方形電磁冷坩堝。
背景技術(shù)：
冷坩堝是用具有水冷的純銅制造的坩堝，由于坩堝為水冷結(jié)構(gòu)，在使用過程中坩 堝溫度很低，所以坩堝本身對坩堝內(nèi)的材料幾乎沒有污染，根據(jù)坩堝的加熱方式不同，可以 分為不開縫的外熱式坩堝和開縫的感應(yīng)加熱式坩堝，外熱式冷坩堝是依靠能量發(fā)生器產(chǎn)生 的能量熔化材料，而感應(yīng)熔化冷坩堝則依靠感應(yīng)加熱熔化材料，又稱為電磁冷坩堝，是目前 應(yīng)用廣泛的冷坩堝，它是將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場內(nèi)，利用交變電磁場產(chǎn)生的 渦流化金屬，并依靠電磁力使金屬熔體與坩堝壁保持軟接觸或者非接觸狀態(tài)，并對爐料進 行感應(yīng)熔煉或者成形的技術(shù)，目前現(xiàn)有連續(xù)熔化與凝固用電磁冷坩堝的尺寸一般較小(直 徑小于30mm，或變長小于25mm)，或者內(nèi)腔橫截面積較小，很難用于連續(xù)熔化和凝固多晶 硅，這是由硅的自身物理性質(zhì)決定的，硅自身密度較小(2330kg/m3)，熔點較高(1414°C )且 硅在低溫(600°C)以下不能被感應(yīng)加熱，因為在感應(yīng)熔化多晶硅時，必須使原料硅有足夠 的溫度，這要求已經(jīng)熔化的熔體硅必須具備一定的過熱度和一定的體積，以便通過傳導(dǎo)加 熱新加入的硅料，因此小尺寸電磁冷坩堝不能用于連續(xù)熔化和凝固多晶硅，更重要的是硅 在凝固時會發(fā)生膨脹，這與其他材料的凝固時收縮的特性恰好相反，因此坩堝的底部尺寸 應(yīng)該較頂部尺寸加大，現(xiàn)有電磁冷坩堝由于內(nèi)腔尺寸較小，導(dǎo)致坩堝損耗過大，新成形的硅 錠容易卡在坩堝腔內(nèi)，連續(xù)熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有電磁冷坩堝由于內(nèi)腔尺寸較小，導(dǎo)致坩堝損耗過大，新形成的 硅錠容易卡在坩堝腔內(nèi)，連續(xù)熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好的 問題，進而提出一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝。本發(fā)明為了解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括坩堝主體、進水管、出水 管、若干個細水管和感應(yīng)線圈，所述坩堝主體由上半體和下半體組成，所述上半體與下半體 固接，所述進水管通過細水管與下半體連通，所述出水管通過細水管與下半體連通，所述感 應(yīng)線圈套在上半體上，所述坩堝主體的橫截面為方環(huán)狀的空腔體，所述上半體分割成十六 個截面為花瓣狀的柱體，十六個截面為花瓣狀的柱體沿坩堝主體截面上的水平軸和垂直軸 對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主體水平截面上的中心重合，每個截面為花瓣狀的柱 體的內(nèi)部設(shè)有通孔，所述下半體的底面上與截面為花瓣狀的柱體的通孔對應(yīng)位置開有縱向 盲孔，每個縱向盲孔與對應(yīng)的通孔連通，十六個盲孔分為八組，每組兩個盲孔連通，每個盲 孔通過細水管與出水管連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體之間留有間隙，所述間隙內(nèi) 填充有絕緣密封材料層。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明充分保持了原料硅的高純度，同時防止在熔煉或凝固過程中各種間隙元素的污染，實現(xiàn)硅的低成本熔煉和凝固，由于采用感應(yīng)加熱，本發(fā)明可 以熔化溫度較高的顆粒硅，電磁力的強烈攪拌使熔體組織成分均勻，與現(xiàn)有冷坩堝相比，本 發(fā)明內(nèi)腔尺寸較大，且內(nèi)腔橫截面積上小下大，便于硅凝固膨脹時能順利連續(xù)抽拉，及時調(diào) 整預(yù)熱棒速度，以準確制備出所需組織的硅錠，消除了硅顆粒預(yù)熱度不夠而造成感應(yīng)熔化 不良或感應(yīng)熔化終止的現(xiàn)象，降低了坩堝自身的能量損耗，提高坩堝的電源利用率。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1中A-A向的剖 視圖，圖4是圖3中I處的放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝包括坩堝主體1、進水管2、出水管3、若干個細水管4和感應(yīng)線圈 5，所述坩堝主體1由上半體1-1和下半體1-2組成，所述上半體1-1與下半體1-2固接，所 述進水管2通過細水管4與下半體1-2連通，所述出水管3通過細水管4與下半體1-2連 通，所述感應(yīng)線圈5套在上半體1-1上，所述坩堝主體1的橫截面為方環(huán)狀的空腔體，所述 上半體1-1分割成十六個截面為花瓣狀的柱體6，十六個截面為花瓣狀的柱體6沿坩堝主 體1截面上的水平軸和垂直軸對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主體1水平截面上的中 心重合，每個截面為花瓣狀的柱體6的內(nèi)部設(shè)有通孔7，所述下半體1-2的底面上與截面為 花瓣狀的柱體6的通孔7對應(yīng)位置開有縱向盲孔8，每個縱向盲孔8與對應(yīng)的通孔7連通， 十六個盲孔8分為八組，每組內(nèi)的兩個盲孔8連通，每個盲孔8通過細水管4與出水管3 連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體6之間留有間隙9，所述間隙9內(nèi)填充有絕緣密封材 料層10。本實施方式充分保持了原料硅的高純度，同時在熔煉或凝固過程中各種間隙元素 的污染，實現(xiàn)硅的低成本熔煉和凝固，由于采用感應(yīng)加熱，本發(fā)明可以熔化溫度較高的顆粒 硅，電磁力的強烈攪拌時熔體組織成分均勻，與現(xiàn)有冷坩堝相比，本發(fā)明內(nèi)腔尺寸較大，且 內(nèi)腔橫截面積上小下大，便于硅凝固膨脹時能順利連續(xù)抽拉，及時調(diào)整預(yù)熱棒速度，以準確 制備出所需組織的硅錠，消除了硅顆粒預(yù)熱度不夠而造成感應(yīng)熔化不良或感應(yīng)熔化終止的 現(xiàn)象，降低了坩堝自身的能量損耗，提高坩堝的電源利用率。
具體實施方式
二 如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的絕緣密封材料層10為天然云母片和環(huán)氧樹脂制成的絕緣密封 材料層10。由于天然云母的高熔點，在使用過程中不熔化，在不同分瓣間起到良好的絕緣作 用，同時環(huán)氧樹脂的使用，使坩堝外壁與線圈之間有很好的絕緣效果。其它組成及連接關(guān)系 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的細水管4與進水管2、細水管4與出水管3、細水管4與坩堝主 體1的下半體1-2均通過焊接連接。本實施方式所述連接方式焊接量小，通水量大，冷卻效 果更好。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的坩堝主體1的長度L為80mm 100mm，所述坩堝主體1的寬度(W)為80mm 100mm，所述坩堝主體1的高度H為IOOmm 130mm。本實施方式保證了硅凝 固膨脹時能順利連續(xù)抽拉，便于及時調(diào)節(jié)預(yù)熱棒速度，以準確制備出所需組織硅錠，同時消 除了因坩堝內(nèi)腔尺寸較小硅顆粒預(yù)熱度不夠而造成感應(yīng)熔化不良或感應(yīng)熔化終止的現(xiàn)象， 由于內(nèi)腔尺寸大，因此適用范圍廣，可熔煉不同成分的合金和材料。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控 制多晶硅的方形電磁冷坩堝的間隙9的長度a為90mm 120mm，所述間隙9的寬度b為 0. 4mm 0. 6mm。本實施方式所述縫隙結(jié)構(gòu)有利于提高坩堝內(nèi)的磁場強度，同時符合硅熔體 液柱較高的特點。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特征在于所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形 電磁冷坩堝還包括絕緣帶(11)，所述絕緣帶(11)的外表面上涂有一層環(huán)氧樹脂層，所述絕 緣帶(11)纏繞在坩堝主體(1)的外表面上，且絕緣帶(11)位于坩堝主體(1)的外表面與感 應(yīng)線圈(5)之間。本實施方式所述絕緣結(jié)構(gòu)能在坩堝外壁和線圈之間有很好的絕緣效果， 在很大程度上避免發(fā)生電離。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、二、三、四或五相同。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，它包括坩堝主體(1)、進 水管(2)、出水管(3)、若干個細水管(4)和感應(yīng)線圈(5)，所述坩堝主體(1)由上半體(1-1) 和下半體(1-2)組成，所述上半體(1-1)與下半體(1-2)固接，所述進水管(2)通過細水管 (4)與下半體(1-2)連通，所述出水管(3)通過細水管(4)與下半體(1-2)連通，所述感應(yīng) 線圈(5)套在上半體(1-1)上，其特征在于所述坩堝主體(1)的橫截面為方環(huán)狀的空腔 體，所述上半體(1-1)分割成十六個截面為花瓣狀的柱體(6)，十六個截面為花瓣狀的柱體 (6)沿坩堝主體(1)水平截面上的水平軸和垂直軸對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主 體(1)水平截面上的中心重合，每個截面為花瓣狀的柱體(6)的內(nèi)部設(shè)有通孔(7)，所述下 半體(1-2)的底面上與截面為花瓣狀的柱體(6)的通孔(7)對應(yīng)位置開有縱向盲孔(8)，每 個縱向盲孔(8)與對應(yīng)的通孔(7)連通，十六個盲孔(8)分為八組，每組內(nèi)的兩個盲孔(8) 連通，每個盲孔(8)通過細水管(4)與出水管(3)連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體 (6)之間留有間隙(9)，所述間隙(9)內(nèi)填充有絕緣密封材料層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述絕緣密封材料層(10)為天然云母片和環(huán)氧樹脂制成的絕緣密封材料層(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述細水管(4)與進水管(2)、細水管(4)與出水管(3)、細水管(4)與坩堝主體 (1)的下半體(1-2)均通過焊接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述坩堝主體(1)的長度(L)為80mm 100mm，所述坩堝主體(1)的寬度(W)為 80mm 100mm，所述坩堝主體(1)的高度(H)為IOOmm 130mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述間隙(9)的長度(a)為90mm 120mm，所述間隙(9)的寬度(b)為0. 4mm 0. 6mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷 坩堝，其特征在于所述一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝還包括絕 緣帶(11)，所述絕緣帶(11)的外表面上涂有一層環(huán)氧樹脂層，所述絕緣帶(11)纏繞在坩堝 主體(1)的外表面上，且絕緣帶(11)位于坩堝主體(1)的外表面與感應(yīng)線圈(5)之間。
全文摘要
一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，它涉及一種方形電磁冷坩堝。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電磁冷坩堝由于內(nèi)腔尺寸較小，導(dǎo)致坩堝損耗過大，新形成的硅錠容易卡在坩堝腔內(nèi)，連續(xù)熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好的問題。本發(fā)明包括坩堝主體、進水管、出水管、若干個細水管和感應(yīng)線圈，坩堝主體由上半體和下半體組成，感應(yīng)線圈套在上半體上，坩堝主體的橫截面為方環(huán)狀的空腔體，上半體分割成十六個截面為花瓣狀的柱體，下半體的底面上與截面為花瓣狀的柱體的通孔對應(yīng)位置開有縱向盲孔，每個盲孔與出水管連通。本發(fā)明用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅顆粒。
文檔編號C30B28/06GK102108548SQ20101060976
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者丁宏升, 傅恒志, 李新中, 蘇彥慶, 郭景杰, 陳瑞潤, 黃鋒 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)