一種新型坩堝及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型坩堝，應(yīng)用于單晶硅或多晶硅的制造過程中，包括：上環(huán)部、中環(huán)部和下碗裝部依序連接；其中，上環(huán)部為一環(huán)狀中空體，由若干個(gè)弧形第一組合片平行于底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，上環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)；中環(huán)部為一環(huán)狀中空體，由若干個(gè)弧形第二組合片平行于底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，中環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)；下碗裝部為一弧形碗狀體，包括：若干個(gè)第三組合片和一碗底部，第三組合片垂直與碗底部連接形成碗壁。本發(fā)明的坩堝性價(jià)比高、耐腐蝕能力強(qiáng)，可以有效對抗硅蒸汽的侵蝕，使用壽命長。
【專利說明】一種新型坩堝及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單晶硅或多晶硅的制造過程中的一種碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，具體涉及一種采用碳纖維復(fù)合材料制作的新型坩堝以及這種新型坩堝的加工制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在單晶硅的制作中，目前普遍采用直拉法(CZ法)，就是沿著垂直方向從熔體中拉制單晶的方法。在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中，有一個(gè)部件是石墨坩堝，它是用來承載內(nèi)部的石英坩堝的。在使用過程中，由于石英坩堝和石墨坩堝的膨脹系數(shù)不同，而且硅蒸汽與石墨會(huì)產(chǎn)生侵蝕反應(yīng)的原因，存在石墨坩堝龜裂、侵蝕失強(qiáng)等問題。而且，隨著單晶硅生長的晶體直徑越來越粗，相應(yīng)的單晶爐的直徑也越做越大，這樣對熱場的可靠性也要求越來越高。由于石墨坩堝強(qiáng)度的局限性，直徑越大那么其壁厚要求也越大，所以重量很重，而且熱容很高，導(dǎo)致操作笨重，耗能增加，成本提高。另外，受到石墨制造工藝的限制，直徑做的越大工藝成本也越聞。綜合以上所述，現(xiàn)有技術(shù)的石墨樹禍具有以下的問題:
1.存在熱應(yīng)力、硅蒸汽侵蝕，導(dǎo)致坩堝龜裂、侵蝕失強(qiáng)；
2.需燒結(jié)或氣相沉積或液相沉積，工時(shí)大成本較高；
3.直徑越大壁厚要求也越大,材料成本高。
[0003]基于現(xiàn)有技術(shù)的石墨坩堝以上幾種性能和生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)，因此一種性價(jià)比高、耐腐蝕能力強(qiáng)，可以有效對抗硅蒸汽的侵蝕，延長坩堝的使用壽命的新型坩堝就為單晶硅或多晶硅的制造所需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型的碳纖維復(fù)合材料的坩堝，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0005]本發(fā)明的又一目的是提供一種新型的坩堝的制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種新型坩堝，應(yīng)用于單晶硅或多晶硅的制造過程中的一種碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，所述新型坩堝包括:上環(huán)部、中環(huán)部和下碗裝部，所述上環(huán)部、中環(huán)部和下碗裝部依序連接；其中，
所述上環(huán)部為一環(huán)狀中空體，所述上環(huán)部由若干個(gè)弧形第一組合片組成，所述第一組合片平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，所述上環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)；
所述中環(huán)部為一環(huán)狀中空體，所述中環(huán)部由若干個(gè)弧形第二組合片組成，所述第二組合片平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，所述中環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)；
所述下碗裝部為一弧形碗狀體，所述下碗裝部包括:若干個(gè)第三組合片和一碗底部，所述若干個(gè)第三組合片垂直與所述碗底部連接，所述若干個(gè)第三組合片形成碗狀體的碗壁。
[0007]依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種新型坩堝，所述連接機(jī)構(gòu)為鑰絲嵌合。
[0008]依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種新型坩堝，所述連接機(jī)構(gòu)為螺栓螺母嵌合。
[0009]依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種新型坩堝，所述連接機(jī)構(gòu)為卯榫嵌合。
[0010]依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種新型坩堝，在所述第三組合片上裝配有下沉式起重結(jié)構(gòu)。
[0011]依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種新型坩堝，所述若干個(gè)第三組合片形成的碗壁是整體鏤空的或部分鏤空的，而且鏤空的間隙寬窄和長度是可以調(diào)節(jié)的。
[0012]一種新型坩堝的制造方法，包括:
步驟1:對坩堝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
步驟2:根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把圖紙分解為若干部件；
步驟3:對每個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)；
步驟4:按照設(shè)計(jì)好的部件圖紙對部件進(jìn)行分別加工；
步驟5:把每個(gè)加工好的部件進(jìn)行組裝，得到所需的坩堝。
[0013]由于采用了以上的技術(shù)使得本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果: 第一、依照本發(fā)明的材料和方法制成的坩堝，其強(qiáng)度可以是石墨的10倍以上，可以克
服熱應(yīng)力，有效提聞纟 甘禍的可罪性；
第二、本發(fā)明的新型坩堝密度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，可以有效較少熱容，節(jié)約能耗；
第三、制造這種新型坩堝由于不需要制作胚體，其形狀的可塑性強(qiáng)，不受胚體的限制，可以靈活設(shè)計(jì)，批量生產(chǎn)縮短交貨周期，材料加工浪費(fèi)少；
第四、本發(fā)明的新型坩堝耐腐蝕能力強(qiáng)，可以有效對抗硅蒸汽的侵蝕，卯榫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效解決了熱應(yīng)力難題和排氣的問題，延長使用壽命。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為坩堝示意圖；
圖2為坩堝內(nèi)部部份示意圖；
圖3為下碗裝部剖視圖；
圖4為鑰絲嵌合連接機(jī)構(gòu)示意圖；
圖5為卯榫嵌合連接機(jī)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明的一種制造流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明的核心思想在于，發(fā)明一種新型坩堝，有效的提高和超越傳統(tǒng)石墨坩堝的壽命，采用卯榫結(jié)構(gòu)制作，分段式設(shè)計(jì)，同時(shí)提供一種制作這種坩堝的方法，這種坩堝可以根據(jù)實(shí)際的熱工設(shè)計(jì)要求靈活設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，而不需要重新制作胚體，能夠有效節(jié)約成本和縮短交貨期，同時(shí)能夠批量生產(chǎn)，而碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成復(fù)合結(jié)構(gòu)材料；在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢，因此，本申請應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料來設(shè)計(jì)新型坩堝。
[0018]以下結(jié)合附圖，具體說明本申請。
[0019]請參見圖1和圖2，
一種新型坩堝，應(yīng)用于單晶硅或多晶硅的制造過程中的一種碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，所述新型坩堝包括:上環(huán)部10、中環(huán)部20和下碗裝部30，所述上環(huán)部10、中環(huán)部20和下碗裝部30依序連接，中環(huán)部20和下碗裝部30是在R角的切線位置分開的；其中，
所述上環(huán)部10為一環(huán)狀中空體，由若干個(gè)弧形第一組合片11組成，所述第一組合片11平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子40組裝而成，所述上環(huán)部10的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)50 ；
所述中環(huán)部20為一環(huán)狀中空體，由若干個(gè)弧形第二組合片21組成，所述第二組合片21平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子40組裝而成，所述中環(huán)部20的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)50 ；
請同時(shí)參見圖3，
所述下碗裝部30為一弧形碗狀體，所述下碗裝部30包括:若干個(gè)第三組合片31和一碗底部32，所述若干個(gè)第三組合片31垂直與所述碗底部32連接，所述若干個(gè)第三組合片31形成碗狀體的碗壁。為了搬運(yùn)，在所述第三組合片31上裝配有下沉式起重結(jié)構(gòu)33。
[0020]這里要進(jìn)一步說明的是，上環(huán)部10和中環(huán)部20的縫隙上設(shè)置的連接機(jī)構(gòu)50有以下幾種形式:如圖1所示的螺栓51螺母52嵌合，也就是在縫隙的兩側(cè)上對應(yīng)設(shè)置凹槽和通孔，然后以螺栓螺母插入嵌合。
[0021]如圖4所示的鑰絲嵌合，也就是將鑰絲53插在縫隙的兩側(cè)，將縫隙接合，鑰絲53常常使用在高溫?zé)釄觯湍ザ夷透邷亍?br> [0022]如圖5所示的卯榫嵌合，也就是利用凹凸方式相接， 將縫隙的兩側(cè)，一側(cè)設(shè)計(jì)成凸出的榫頭54，另外一側(cè)設(shè)計(jì)成凹入的卯眼55。
[0023]另外，如圖1所示，第三組合片31形成的碗壁設(shè)計(jì)成整體鏤空的或部分鏤空的，而且鏤空的間隙寬窄和長度是可以調(diào)節(jié)的，也就是第三組合片31之間互相存在間距，通過鏤空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以解決坩堝自保溫的問題，從而降低能耗。當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成第三組合片31互相之間不存在間距的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槊糠N坩堝都有不同的設(shè)計(jì)理念。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)的坩堝相比，本發(fā)明的坩堝采用碳纖維復(fù)合材料，不需要制作胚體，坩堝的形狀不受胚體的限制，可以靈活設(shè)計(jì)，由于原料規(guī)格統(tǒng)一，可以批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)效率大大提高，同時(shí)在坩堝制作過程中不需燒結(jié)或氣相沉積或液相沉積，工時(shí)大大縮短，所以成本較低，交貨周期短，易于供應(yīng)。
[0025]以下，則結(jié)合流程圖，對舉例以片狀碳碳復(fù)合材料為原料來制造坩堝的工藝方法做出說明。
[0026]實(shí)施例一
請參考圖6，本實(shí)施例為一種采用片狀碳碳復(fù)合材料為原料來制造坩堝的流程圖，片狀碳碳復(fù)合材料厚度范圍為5~50mm，密度為:1.3~1.85g/cm3，可見，主要包括以下的步驟，包括:
S201:對坩堝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
根據(jù)實(shí)際的熱工設(shè)計(jì)要求靈活設(shè)計(jì)坩堝結(jié)構(gòu)，不需要制作胚體，能夠有效節(jié)約成本和縮短交貨期，同時(shí)能夠批量生產(chǎn)。
[0027]S202:根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把圖紙分解為若干部件；
將坩堝的結(jié)構(gòu)分解為上環(huán)部10、中環(huán)部20和下碗裝部30。
[0028]S203:對每個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)上環(huán)部10、中環(huán)部20和下碗裝部30的組合片，以及連接方式，例如鑰絲嵌合、螺栓螺母嵌合或卯榫嵌合。
[0029]S204:按照設(shè)計(jì)好的部件圖紙對部件進(jìn)行分別加工；
將片狀碳碳復(fù)合材料為原料進(jìn)行加工，以機(jī)器將之做成需要的組合片和碗底部32。
[0030]S205:把每個(gè)加工好的部件進(jìn)行組裝，得到所需的坩堝。
[0031]將組合片組成上環(huán)部10、中環(huán)部20和下碗裝部30，得到所需的坩堝。現(xiàn)有技術(shù)的石墨坩堝使用壽命大概為45爐，而本申請的坩堝使用壽命最長可達(dá)150爐，提高了熱場的可靠性，并且節(jié)約成本。
[0032]綜上所述，本發(fā)明提供一種新型坩堝及其制作方法，制作這種坩堝不需要胚體，而且不需要煅燒或氣液相沉積，而是用片狀的碳碳復(fù)合材料為原料，通過機(jī)加工工藝，采用卯榫結(jié)構(gòu)制成。這種坩堝采用上、中、下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效克服拉晶過程中的熱應(yīng)力，減少侵蝕，延長使用壽命。
[0033]由于采用了以上的技術(shù)使得本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果: 第一、依照本發(fā)明的材料和方法制成的坩堝，其強(qiáng)度可以是石墨的10倍以上，可以克
服熱應(yīng)力，有效提聞纟甘禍的可罪性；
第二、本發(fā)明的新型坩堝密度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，可以有效較少熱容，節(jié)約能耗；
第三、制造這種新型坩堝由于不需要制作胚體，其形狀的可塑性強(qiáng)，不受胚體的限制，可以靈活設(shè)計(jì)，批量生產(chǎn)縮短交貨周期，材料加工浪費(fèi)少；
第四、本發(fā)明的新型坩堝耐腐蝕能力強(qiáng)，可以有效對抗硅蒸汽的侵蝕，卯榫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效解決了熱應(yīng)力難題和排氣的問題，延長使用壽命。
[0034]依照本發(fā)明的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種新型坩堝，應(yīng)用于單晶硅或多晶硅的制造過程中的一種碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，其特征在于，所述新型坩堝包括:上環(huán)部、中環(huán)部和下碗裝部，所述上環(huán)部、中環(huán)部和下碗裝部依序連接；其中， 所述上環(huán)部為一環(huán)狀中空體，所述上環(huán)部由若干個(gè)弧形第一組合片組成，所述第一組合片平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，所述上環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)； 所述中環(huán)部為一環(huán)狀中空體，所述中環(huán)部由若干個(gè)弧形第二組合片組成，所述第二組合片平行于坩堝底部周向排列堆疊，通過垂直于底部的銷子組裝而成，所述中環(huán)部的側(cè)面具有平行于軸向的縫隙，所述縫隙上設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)； 所述下碗裝部為一弧形碗狀體，所述下碗裝部包括:若干個(gè)第三組合片和一碗底部，所述若干個(gè)第三組合片垂直與所述碗底部連接，所述若干個(gè)第三組合片形成碗狀體的碗壁。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型坩堝，其特征在于，所述連接機(jī)構(gòu)為鑰絲嵌合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型坩堝，其特征在于，所述連接機(jī)構(gòu)為螺栓螺母嵌合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型坩堝，其特征在于，所述連接機(jī)構(gòu)為卯榫嵌合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新型坩堝，其特征在于，在所述第三組合片上裝配有下沉式起重結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種新型坩堝，其特征在于，所述若干個(gè)第三組合片形成的碗壁是整體鏤空的或部分鏤空的，而且鏤空的間隙寬窄和長度是可以調(diào)節(jié)的。
7.一種新型坩堝的制造 方法，其特征在于，包括: 步驟1:對坩堝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 步驟2:根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把圖紙分解為若干部件； 步驟3:對每個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)； 步驟4:按照設(shè)計(jì)好的部件圖紙對部件進(jìn)行分別加工； 步驟5:把每個(gè)加工好的部件進(jìn)行組裝，得到所需的坩堝。
【文檔編號】C30B15/10GK103469294SQ201310409108
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】申富強(qiáng) 申請人:上海騏杰碳素材料有限公司