專利名稱：一種適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬冶煉設(shè)備，特別是一種適于制造大尺寸高純度多晶 硅鑄錠的真空爐。
背景技術(shù)：
多晶硅片是一種制造太陽(yáng)能硅電池的基礎(chǔ)材料，用于制造太陽(yáng)能硅電池 用多晶硅片的多晶硅鑄錠的純度要求很高，在真空爐坩堝內(nèi)高溫融化的多晶 硅溶液通常呈現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)，底部為比重較重的雜質(zhì)層，上部為比重較輕的含 渣層，只有中間層才是質(zhì)地較純的可用層。對(duì)于小型坩堝，由于本身容積不 大，底部雜質(zhì)層與上部含渣層比較接近，不僅獲得的中間可用層往往很薄， 而且純度也較難保證，所以從此角度來(lái)講，要求坩堝的容積大些、深一些為
佳；此外，從物理性能角度分析，熔煉生產(chǎn)多晶硅鑄錠的真空爐應(yīng)當(dāng)具備能 使坩堝內(nèi)的多晶硅溶液在環(huán)境穩(wěn)定性相當(dāng)高、無(wú)絲亳抖動(dòng)或振動(dòng)的環(huán)境中逐 漸由底部向上逐漸依次緩緩冷卻、從底部開(kāi)始向上逐漸依次定向結(jié)晶，以獲 得晶格排列整齊、確保物理性能一致的多晶硅鑄錠。但目前通用的、包含設(shè) 置有爐體、保溫罩、坩堝、料臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)、電加熱器件及其供電部件的多 晶硅錠結(jié)晶爐基本上均不能達(dá)到上述要求首先，在結(jié)構(gòu)形式上，即便是近
幾年問(wèn)世的已考慮到定向結(jié)晶因素而設(shè)計(jì)的具有坩堝緩緩下降功能的多晶 硅錠結(jié)晶爐，升降機(jī)構(gòu)設(shè)置在料臺(tái)下方，內(nèi)裝多晶硅原料的坩堝設(shè)置在料臺(tái) 上，坩堝中融化的液態(tài)多晶硅溶液具備了從底部開(kāi)始逐漸降溫、定向結(jié)晶的 條件，但由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)避免不了振動(dòng)和抖動(dòng)，因而避免不了對(duì)坩堝內(nèi)多晶硅溶液結(jié)晶時(shí)的干擾、從而影響晶格排列，除結(jié)晶質(zhì)量難保證外，
產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性也差；其次，由于坩堝及其內(nèi)裝的多晶硅溶液或原料的總 重量作為升降機(jī)構(gòu)的負(fù)載直接作用于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，而機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的承 載能力有限，這在一定程度上限制了坩堝的容積量。所以現(xiàn)有的料臺(tái)可升降 式多晶硅錠結(jié)晶爐不能滿足鑄造大尺寸、高純度多晶硅鑄錠的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，以徹底扭轉(zhuǎn)現(xiàn)有技術(shù)的多晶硅錠結(jié)晶爐工作時(shí)容易受機(jī)械式升降機(jī)構(gòu)的 干擾、影響結(jié)晶質(zhì)量的不合理結(jié)構(gòu)形式和克服不適宜用于鑄造大尺寸、高純 度多晶硅鑄錠的弊端。
本發(fā)明的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐主體包含設(shè)置有 爐體、料臺(tái)、坩堝、保溫罩、升降機(jī)構(gòu)和供電部件及電加熱器件，坩堝設(shè)置 在料臺(tái)上，保溫罩覆蓋設(shè)置在料臺(tái)上方的坩堝外圍，電加熱器件固定安裝設(shè) 置在保溫罩頂部上，其主體伸置于保溫罩內(nèi)壁與坩堝外圍之間的間隙中，供 電部件中包含設(shè)置有電氣控制裝置、電極和供電電纜，特征在于保溫罩設(shè) 置為可升降式；升降機(jī)構(gòu)安裝設(shè)置在爐蓋上，并通過(guò)一端固定設(shè)置在保溫罩 頂部上的連動(dòng)桿與保溫罩牽引相連；供電部件以成組形式與電加熱器件對(duì)應(yīng) 設(shè)置、至少設(shè)置二組，由電氣控制裝置統(tǒng)一控制，每組中包含有水冷式電極 和水冷式柔性電纜，所述的電氣控制裝置包含有保溫罩升降控制機(jī)構(gòu)和電加 熱控制機(jī)構(gòu)，所述的水冷式電極近頂端部上設(shè)置有水流進(jìn)出接口、內(nèi)部設(shè)置 有水流通道，由設(shè)置在爐蓋上的水冷式上電極和對(duì)應(yīng)設(shè)置在保溫罩頂部上的 水冷式下電極構(gòu)成、所述的水冷式柔性電纜設(shè)置在水冷式上電極和水冷式下電極之間，由內(nèi)部柔性電纜線和外部柔性塑膠管及內(nèi)部水流通道構(gòu)成，塑膠 管的內(nèi)徑大于柔性電纜線的直徑，中間水流通道由柔性塑膠管和柔性電纜線
間的內(nèi)部間隙構(gòu)成；所述的升降機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、絲桿、滑塊及導(dǎo)軌構(gòu)成的
伺服直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連動(dòng)桿組成，以同圓等間距排列的形式安裝設(shè)置在爐蓋 上，至少設(shè)置有規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)完全相符的三組，由電氣控制裝置中的保溫
罩升降控制機(jī)構(gòu)統(tǒng)一控制、同步動(dòng)作；所述的連動(dòng)桿主體嚙合設(shè)置在伺服直 線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，其下端部固定設(shè)置在保溫罩頂部上；所述的水冷式下上下電 極內(nèi)部和水冷式柔性電纜內(nèi)部的水流通道互相水路相通；所述的水冷式上電 極固定安裝設(shè)置在爐蓋上，通過(guò)輸電電纜與電加熱控制機(jī)構(gòu)電氣相連，所述 的水冷式下電極固定安裝設(shè)置在保溫罩的頂部上，與電加熱器件的接線端電 氣相連；所述的爐體、料臺(tái)、坩堝和保溫罩的基本形狀可以按需設(shè)置呈方形 或圓形。
工作時(shí)，坩堝固定設(shè)置在料臺(tái)上，電加熱器件隨同保溫罩覆蓋設(shè)置在料 臺(tái)上的坩堝周圍，冷卻水由水冷式上電極上的水流進(jìn)出接口進(jìn)入，經(jīng)水冷式 柔性電纜后由水冷式下電極上的水流進(jìn)出接口流出、進(jìn)入鄰接的另一組供電 部件上的水冷式下電極上的水流進(jìn)出接口 ，經(jīng)水冷式柔性電纜后由水冷式上 電極上的水流進(jìn)出接口流出，以確保水冷式上下電極和水冷式柔性電纜的有 效工作壽命；當(dāng)坩堝內(nèi)的多晶硅原料完全融化后開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，由保溫罩升降 控制機(jī)構(gòu)控制升降機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)工作，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)連動(dòng)桿牽引保溫罩按預(yù) 定的要求緩緩上移的動(dòng)作，使坩堝底部首先脫離高溫區(qū)、坩堝內(nèi)的多晶硅溶 液從底部開(kāi)始緩緩降溫、依次冷卻，實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶。
基于上述構(gòu)思的本發(fā)明適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐，由于料臺(tái)和坩堝設(shè)置為固定式、保溫罩設(shè)置為受控升降式，升降機(jī)構(gòu)中機(jī)械傳 動(dòng)部件工作時(shí)產(chǎn)生的任何抖動(dòng)或振動(dòng)均不會(huì)對(duì)坩堝內(nèi)多晶硅溶液的結(jié)晶帶 來(lái)干擾和影響，而對(duì)于升降機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它所承受的固定負(fù)載僅是內(nèi)帶電加熱 器件的保溫罩，所以坩堝內(nèi)部容積的大小、坩堝及其內(nèi)裝的多晶硅溶液或原 料的總重量只與料臺(tái)的承載能力有關(guān)，因此方便于在真空爐內(nèi)設(shè)置大容量的
坩堝；且由于坩堝處于靜止、無(wú)外界干擾的狀態(tài)，有利于確保結(jié)晶質(zhì)量，便 于生產(chǎn)出質(zhì)量統(tǒng)一、且穩(wěn)定性好的大尺寸高純度多晶硅鑄錠；由于供電部件 中設(shè)置了水冷式上下電極和水冷式柔性電纜，有利于確保供電部件的工作壽 命和保溫罩的升降移位。綜上所述，本發(fā)明的適于制造大尺寸高純度多晶硅 鑄錠的真空爐結(jié)構(gòu)科學(xué)且合理，工作可靠且壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且純度高， 可有效克服現(xiàn)有技術(shù)的多晶硅錠結(jié)晶爐不能生產(chǎn)大尺寸、高純度多晶硅鑄錠 的弊端，具有顯著的技術(shù)先進(jìn)性，很強(qiáng)的實(shí)用性和可貴的巿場(chǎng)應(yīng)用前景。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的俯視圖3是本發(fā)明實(shí)施例中電加熱供電構(gòu)件設(shè)置示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例中水冷式電極及水冷式電纜的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例中升降機(jī)構(gòu)設(shè)置示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例中冷卻水流向示意圖。
圖中
l.爐體 2.料臺(tái) 3.坩堝 4.保溫罩 5.升降機(jī)構(gòu)
6.供電部件7.電加熱器件 8.間隙9.電氣控制裝置9- 1.保溫罩升降控制機(jī)構(gòu) 9-2.電加熱控制機(jī)構(gòu) 10.電極
10- I.水冷式上電極 10-2.水冷式下電極 ll.輸電電纜
11- l.水冷式柔性電纜 12.爐蓋 13.連動(dòng)桿14.近頂端部 15.水流進(jìn)出接口 16.水流通道17.柔性電纜線18.柔性塑膠管 19.水流通道20.伺服直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)21.下端部 22.頂部
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 在圖l、圖2、圖3、圖4和圖5中，本發(fā)明的適于制造大尺寸高純度多 晶硅鑄錠的真空爐主體包含有爐體l、料臺(tái)2、坩堝3、保溫罩4、升降機(jī)構(gòu) 5和供電部件6及電加熱器件7，坩堝3設(shè)置在料臺(tái)2上，保溫罩4覆蓋設(shè) 置在料臺(tái)2上方坩堝3的外圍，電加熱器件7固定安裝設(shè)置在保溫罩4頂部 上、其主體伸置在保溫罩4內(nèi)壁與坩堝3外圍之間的間隙8中，供電部件6 中包含設(shè)置有電氣控制裝置9、電極10和輸電電纜11，特征在于保溫罩4 設(shè)置為可升降式；升降機(jī)構(gòu)5安裝設(shè)置在爐蓋12上，通過(guò)一端固定設(shè)置在 保溫罩4頂部上的連動(dòng)桿13與保溫罩4牽引相連；所述的電氣控制裝置9 由保溫罩升降控制機(jī)構(gòu)9-1和電加熱控制機(jī)構(gòu)9-2組成；所述的電極10由 設(shè)置在爐蓋12上的水冷式上電極10-1和設(shè)置在保溫罩4頂部上的水冷式下 電極10-2構(gòu)成、近頂端部14的側(cè)面上設(shè)置有水流進(jìn)出接口 15、內(nèi)部設(shè)置有 水流通道16，所述的輸電電纜11由水冷式柔性電纜11-1充任，設(shè)置在水冷 式上電極10-1和水冷式下電極10-2之間，由內(nèi)部柔性電纜線17、外部柔性 塑膠管18和中間水流通道19構(gòu)成，柔性塑膠管18的內(nèi)徑大于柔性電纜線 17的直徑，中間水流通道19由柔性塑膠管18和柔性電纜線17間的內(nèi)部間隙構(gòu)成；所述的升降機(jī)構(gòu)5由伺服電機(jī)、絲桿、滑塊及導(dǎo)軌構(gòu)成的伺服直線
運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20和連動(dòng)桿13充任，以同圓等間距排列的形式安裝設(shè)置在爐蓋12 上，設(shè)置有規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)完全相符的三組，由電氣控制裝置9中的保溫罩 升降控制機(jī)構(gòu)9-1統(tǒng)一控制、同步動(dòng)作；所述的連動(dòng)桿13主體嚙合設(shè)置在 伺服直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20上，其下端部21固定設(shè)置在保溫罩4的頂部22上； 所述的水冷式下上下電極10-1和10-2內(nèi)部的水流通道16和水冷式柔性電 纜11-1的中間水流通道19互相水路相通；所述的水冷式上電極10-1固定 安裝設(shè)置在爐蓋12上，通過(guò)電纜ll與電加熱控制機(jī)構(gòu)9-2電氣相連，所述 的水冷式下電極10-2固定安裝設(shè)置在保溫罩4的頂部22上，與電加熱器件 7的接線端電氣相連，所述的水冷式柔性電纜11-1設(shè)置于上電極10-1和下 電極IO-2之間。
在圖1和圖6中，工作時(shí)，坩堝3固定設(shè)置在料臺(tái)2上，電加熱器件7 隨同保溫罩4覆蓋設(shè)置在料臺(tái)2上的坩堝3周圍，冷卻水由水冷式上電極10 -l的水流進(jìn)出接口 15進(jìn)入，經(jīng)水冷式柔性電纜11-1后由水冷式下電極 10 - 2上的水流進(jìn)出接口 15流出、進(jìn)入鄰接的另 一組供電部件6上的水冷式 下電極10 - 2上的水流進(jìn)出接口 15，經(jīng)水冷式柔性電纜11 - 1后由水冷式上 電極10-l上的水流進(jìn)出接口 15流出。當(dāng)坩堝3內(nèi)的多晶硅原料完全融化 后開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，由保溫罩升降控制機(jī)構(gòu)9-1控制升降機(jī)構(gòu)5中的伺服電機(jī) 工作，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)連動(dòng)桿13牽引保溫罩4按預(yù)定的要求緩緩上移的動(dòng)作，使 坩堝3底部首先脫離高溫區(qū)、坩堝3內(nèi)的多晶硅溶液從底部開(kāi)始緩緩降溫、 依次冷卻，實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶。
權(quán)利要求
1. 一種適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐，包含有爐體(l)、料臺(tái)(2)、坩堝(3)、保溫罩(4)、升降機(jī)構(gòu)(5)和供電部件(6)及電 加熱器件(7)，坩堝(3)設(shè)置在料臺(tái)(2)上，保溫罩(4)覆蓋設(shè)置在料 臺(tái)(2)上方坩堝(3)的外圍，電加熱器件(7)固定安裝設(shè)置在保溫罩 (4)頂部上、其主體伸置在保溫罩(4)內(nèi)壁與坩堝(3)外圍之間的間 隙(8)中，供電部件(6)中包含設(shè)置有電氣控制裝置(9)、電極(IO) 和輸電電纜(ll)，其特征在于a. 保溫罩(4)設(shè)置為可升降式；b. 所述的升降機(jī)構(gòu)(5)由伺服電機(jī)、絲桿、滑塊及導(dǎo)軌構(gòu)成的伺服直 線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)和連動(dòng)桿(13)充任，至少設(shè)置有三組，以同圓等 間距排列的形式安裝設(shè)置在爐蓋(12)上，通過(guò)一端固定設(shè)置在保 溫罩(4)頂部上的連動(dòng)桿(13)與保溫罩(4)牽引相連；c. 所述的電氣控制裝置(9)中包含有保溫罩升降控制機(jī)構(gòu)(9-1)和電 加熱控制機(jī)構(gòu)(9-2);d. 所述的電極(10)由近頂端部(14)上設(shè)置有水流進(jìn)出接口 (15)和內(nèi) 部設(shè)置有水流通道(16)、設(shè)置在爐蓋(12)上的水冷式上電極(10-1) 和設(shè)置在保溫罩(4)的頂部(22)上的水冷式下電極(10-2)構(gòu)成；e. 所述的輸電電纜(11)中設(shè)置在水冷式上電極(10-1)和水冷式下電 極(10-2)之間的部分由內(nèi)部柔性電纜線(17)、外部柔性塑膠管(18) 和由柔性塑膠管(18)及柔性電纜線(17)間的內(nèi)部間隙形成的中間 水流通道(19)構(gòu)成的水冷式柔性電纜(11-1)充任。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，其特征在于所述的爐蓋(12)上設(shè)置的至少三組升降機(jī)構(gòu)(5)的 規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)完全相符，由電氣控制裝置(9)中的保溫罩升降控制機(jī)構(gòu)(9-l)統(tǒng)一控制、同步動(dòng)作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，其特征在于所述的連動(dòng)桿(13)主體嚙合設(shè)置在伺服直線運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)(20)上，其下端部(21)固定設(shè)置在保溫罩(4)的頂部(22)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，其特征在于所述的水冷式上電極(10-l)及下電極(10-2)內(nèi)部的 水流通道(16)和水冷式柔性電纜(11-1)內(nèi)的水流通道(19)互相水 路相通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，其特征在于所述的水冷式上電極(10-1)固定安裝設(shè)置在爐蓋 (12)上，通過(guò)輸電電纜(11)與電加熱控制機(jī)構(gòu)(9-2)電氣相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空 爐，其特征在于所述的水冷式下電極(10-2)固定安裝設(shè)置在保溫罩 (4)的頂部(22)上，與電加熱器件(7)的接線端電氣相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐，保溫罩設(shè)置為可升降式，由伺服直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一端固定設(shè)置在保溫罩頂部上的連動(dòng)桿組成的升降機(jī)構(gòu)主體安裝設(shè)置在爐蓋上，供電部件中的電極設(shè)置為水冷式，位于爐內(nèi)的輸電電纜設(shè)置為柔性水冷式。由于料臺(tái)和坩堝設(shè)置為可免受升降機(jī)構(gòu)的工作干擾、有利于確保結(jié)晶質(zhì)量的固定式，坩堝內(nèi)部容積的大小只與料臺(tái)的承載能力有關(guān)，便于設(shè)置大容量的坩堝，且采用了具有確?？煽抗ぷ鲏勖乃涫缴舷码姌O和水冷式柔性電纜，便于保溫罩的自由升降，結(jié)構(gòu)科學(xué)且合理，工作可靠且壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且純度高，適于生產(chǎn)大尺寸、高純度的多晶硅鑄錠，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號(hào)C30B28/00GK101311343SQ200810033908
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者煒 徐 申請(qǐng)人:上海晨安電爐制造有限公司