專利名稱：一種組合式坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏領(lǐng)域的一種多晶硅鑄錠用裝置，特別涉及一種組合式坩禍。
背景技術(shù)：
在多晶硅鑄錠的工藝中，石英坩堝被用來盛裝硅料，硅料在石英坩堝中完成融化、 凝固長晶的全過程。由于石英坩堝在溫度超過1200°C左右后開始軟化，通常需用其它材料來將石英坩堝固定。目前采用一塊石墨底板托住石英坩堝底部，并用幾塊石墨護(hù)板來護(hù)住石英坩堝的四周，在硅原料熔化、晶體硅結(jié)晶過程中，由于各種原因，比如坩堝本身質(zhì)量有暇，或裝料太緊，都可能引起坩堝破裂，從而造成硅液漏出石英坩堝。由于傳統(tǒng)石墨做的坩堝托由幾塊板材拼合而成，因此只能防止受熱的石英坩堝過度變形，并不能防止硅液從間隙中泄露。硅液一旦泄漏，不但硅料損耗，而且多晶鑄錠爐中的熱場(chǎng)損壞巨大，如隔熱籠、加熱器和爐體。嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致爐體被熔穿，使得冷卻爐壁的冷卻水與高溫硅液接觸，產(chǎn)生大量的水蒸氣和氫氣，爐體壓力瞬間增大，從而導(dǎo)致爆炸，甚至發(fā)生人身傷亡。從防漏流的角度出發(fā)，在石英坩堝外面再加一整體式石墨坩堝是最理想的，但多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域涉及的多晶硅重量可達(dá)到數(shù)百公斤，因而其需要配套的石墨坩堝體積龐大。 能夠盛裝硅液的石墨材質(zhì)需高密度石墨，這種原料由于加工工藝的限制，其尺寸受到一定的限制。另外一體化的石墨需要用機(jī)械設(shè)備從一個(gè)巨型的石墨塊中掏空而成，加工成本高昂。因而通常只能做成數(shù)塊石墨板材再拼接成石墨組合件。由于石墨板之間的縫隙，當(dāng)坩堝失效時(shí)，硅液會(huì)從石墨板之間的縫隙處流出，從而破壞熱場(chǎng)，造成硅料耗損，設(shè)備損壞。因此由石墨板組成的石墨組合件不能阻止硅液溢流。專利號(hào)為CN101169308，專利名稱為一種坩堝托，公開了一種采用炭/炭復(fù)合材料加工制成的坩堝托，它包括底板，底板上安裝有側(cè)板，相鄰兩側(cè)板之間固定連接，其特征是底板、側(cè)板均由炭/炭復(fù)合材料加工制成，由于炭/炭復(fù)合材料內(nèi)部具有準(zhǔn)三維的結(jié)構(gòu)，加工制成的坩堝托，具有良好的導(dǎo)熱和耐高溫的性能，不僅大幅度降低了坩堝托的重量(產(chǎn)品密度小于1.8g/cm3)，而且增強(qiáng)了坩堝托的力學(xué)性能，使之不容易在外力的作用下破裂， 且使用壽命由原來的90多天提高到300天以上，且由于相鄰兩側(cè)板采用偶榫結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品安裝方便，加工容易，正品率高。但是只是增強(qiáng)了坩堝托的使用壽命，還是沒有解決硅液漏流現(xiàn)象的發(fā)生，仍然沒有良好的防硅液漏流的作用。目前對(duì)于在硅液漏流保護(hù)措施上，主要采用金屬熔斷絲保護(hù)技術(shù)。具體是指沿石英坩堝下面保溫板四周圍繞固定金屬熔斷絲，當(dāng)硅液漏流時(shí)，硅液滴附在熔斷絲上面，使金屬絲熔斷產(chǎn)生報(bào)警，從而提醒用戶采取措施。然而實(shí)際應(yīng)用中，此項(xiàng)保護(hù)技術(shù)存在眾多不可靠因素首先，鋪設(shè)在爐體底部的金屬熔斷絲位置存在偏差或長期使用中被挪移原來位置不被糾正，當(dāng)硅液漏流時(shí)，不能保證硅液準(zhǔn)確及時(shí)滴在熔斷絲上面；其次是當(dāng)石英坩堝破裂發(fā)生大面積漏流時(shí)，硅液即使熔斷了金屬熔斷絲，但上面的硅液會(huì)漏流到爐內(nèi)底部的各種石墨及金屬部件，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將底部的水冷不銹鋼爐壁熔穿，與爐壁夾層中的循環(huán)水發(fā)生劇烈反應(yīng)，嚴(yán)重?fù)p壞鑄錠爐，并有重大安全隱患。而且金屬熔斷絲保護(hù)技術(shù)只是發(fā)生硅液漏流后的報(bào)警，從而提醒用戶采用措施補(bǔ)救，它并不能起到防止硅液從石墨材料制成的幾塊板組成的石墨坩堝托中泄露出來。近年來，已有一些對(duì)于解決硅液漏流問題的技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道，專利公開號(hào)為 CN101423219，專利名稱為一種多晶硅提純或鑄錠爐的硅液泄漏防護(hù)裝置，提供了一種多晶硅提純或鑄錠爐的硅液泄漏防護(hù)裝置，包括坩堝和平臺(tái)，坩堝設(shè)于平臺(tái)上面，其特征在于 還包括倒角和凝固槽，所述的平臺(tái)上表面開有多個(gè)徑向?qū)Я鞑酆投鄠€(gè)緯向?qū)Я鞑?，所述的倒角設(shè)在平臺(tái)底部的周邊，所述的凝固槽設(shè)于平臺(tái)的下面并環(huán)繞平臺(tái)一周，所述的凝固槽的內(nèi)周設(shè)于倒角的里面，外周延伸到平臺(tái)的外面，當(dāng)硅液發(fā)生泄漏時(shí)，硅液可以通過平臺(tái)上的導(dǎo)流槽而流入凝固槽內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)防止設(shè)備損壞和爆炸的發(fā)生，保護(hù)爐前操作工人的人身安全。專利公開號(hào)為CN101158M9，專利名稱為多晶硅鑄錠爐的硅液漏流保護(hù)系統(tǒng)，屬多晶硅鑄錠爐的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，主要由底部帶巖棉的爐體，置于爐體內(nèi)底部帶保溫底板的保溫籠體，置于保溫籠體內(nèi)帶石英坩堝和石墨坩堝的熱交換臺(tái)，置于巖棉中部的中心護(hù)套和凸臺(tái)套管，開設(shè)于石墨坩堝底部兩邊的導(dǎo)流溝，開設(shè)于保溫底板兩邊的導(dǎo)流孔，置于爐體底部的巖棉上與導(dǎo)流孔對(duì)應(yīng)位置的硅液漏流承接容器，置于硅液漏流承接容器內(nèi)帶控制器的金屬熔斷絲等構(gòu)成。通過由導(dǎo)流溝、導(dǎo)流孔、帶金屬熔斷絲的硅液漏流承接容器構(gòu)成的匯流導(dǎo)流系統(tǒng)的作用，來避免硅液對(duì)爐體的損傷。國內(nèi)外已有采取一些技術(shù)方案用來防止硅液漏流引起的安全隱患，尤其在國內(nèi)， 2007年來，申請(qǐng)了近10項(xiàng)關(guān)于防止硅液漏流的專利，但是它們都有一個(gè)共同的特征采用復(fù)雜的引流裝置將硅液引流至承接槽或直接在多晶硅鑄錠爐石墨底板DS-Block的兩側(cè)下端設(shè)置硅液承接槽，實(shí)施起來不方便，工藝復(fù)雜，不利于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，而且由于溫度差異，硅液在引流過程中可能會(huì)凝固，造成引流通道堵塞，一旦發(fā)生石英坩堝破裂造成的嚴(yán)重泄露，引導(dǎo)裝置只能局部引流部分硅液，大部分硅液仍然會(huì)沿拼接的石墨護(hù)板之間的間隙泄露，不僅硅料損耗大，漏流的硅液對(duì)多晶鑄錠爐中的熱場(chǎng)損壞巨大，而且安全隱患始終存在。因此，解決硅液漏流問題的最佳方法就是將硅液原位盛裝，既不會(huì)造成硅料損耗， 也不會(huì)對(duì)損壞多晶鑄錠爐中的熱場(chǎng)，更重要的是徹底消除了安全隱患。所以尋求一種制造成本低廉，易于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，并且能夠百分之百有效的防止硅液漏流的方法或裝置對(duì)于整個(gè)多晶硅鑄錠領(lǐng)域具有相當(dāng)實(shí)質(zhì)性的意義。另外，目前在多晶硅鑄錠的工藝中，石英坩堝被用來盛裝硅料，硅料在石英坩堝中完成融化、凝固長晶的全過程。由于石英坩堝在溫度超過1200°c左右后開始軟化，完成多晶硅鑄錠后，石英坩堝會(huì)碎裂，不能進(jìn)行再次使用。石英坩堝在多晶硅鑄錠工藝中作為一次性消耗品，消耗量大，而且石英坩堝生產(chǎn)成本較高。因此，由于作為一次性消耗品的石英坩堝不僅會(huì)導(dǎo)致多晶硅鑄錠成本很高，而且報(bào)廢的石英坩堝碎片會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的壓力。所以尋求一種可重復(fù)使用的坩堝對(duì)于降低整個(gè)多晶硅鑄錠領(lǐng)域的生產(chǎn)成本具有相當(dāng)實(shí)質(zhì)性的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種組合式坩堝，能夠很好的解決現(xiàn)有的硅液漏流的技術(shù)問題。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種可重復(fù)使用的組合式石墨坩堝。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種組合式坩堝，包括側(cè)壁與底板，其中底板上設(shè)置有槽，底板上的槽與側(cè)壁底部的榫采用相互配合的槽榫固定的方式進(jìn)行拼接，側(cè)壁圍繞分布在底板的四周；側(cè)壁與底板共同圍成一個(gè)空腔，底板與側(cè)壁之間的縫隙中填充有堵漏劑。一種組合式坩堝，其中堵漏劑與熔融液態(tài)硅迅速發(fā)生反應(yīng)生成高溫陶瓷材料。一種組合式坩堝，其中堵漏劑可以是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種。一種組合式坩堝，其中所述的側(cè)壁與底板是石墨材料制成的。一種組合式坩堝，其中側(cè)壁間采用相互配合的槽榫固定的方式進(jìn)行拼接。一種組合式坩堝，其中側(cè)壁間采用螺釘固定的方式進(jìn)行拼接。一種組合式坩堝，其中所述的堵漏劑可以為粉末狀，也可以封裝成條狀。一種組合式坩堝，其中側(cè)壁之間的拼接縫隙中填充有堵漏劑。一種組合式坩堝，其中堵漏劑與熔融液態(tài)硅迅速發(fā)生反應(yīng)生成高溫陶瓷材料。一種組合式坩堝，其中堵漏劑可以是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種。一種組合式坩堝，其中堵漏劑還包括Si3N4、SiC、氧化鋁或氧化鎂的任意一種或其中兩種的混合?！N組合式坩堝，其中堵漏劑包括反應(yīng)劑與添加劑組成，反應(yīng)劑與添加劑之間的重量配比是反應(yīng)劑10-100份，添加劑0-90份；其中反應(yīng)劑是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種，添加劑是Si3N4、SiC、氧化鋁或氧化鎂的任意一種或其中兩種的混合。添加劑可以增強(qiáng)堵漏劑的機(jī)械性能。本發(fā)明的工作原理當(dāng)硅液發(fā)生漏流時(shí)，液態(tài)硅與堵漏劑迅速發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生高溫陶瓷材料而固化，阻止了硅液流出。堵漏劑可以成粉末狀，也可以封裝成條狀，便于施工并保持一定的可收縮性，可以緩解護(hù)板的高溫膨脹，并可多次使用。實(shí)驗(yàn)中使用Mo粉或C粉 +氮化硅粉按一定的比例配置成堵漏劑。采用Mo粉作為堵漏劑，當(dāng)硅液發(fā)生漏流時(shí)，Mo粉與硅液迅速自蔓延反應(yīng)生成
MoSi2OMo+2Si(l)= MoSi2
采用C粉作為堵漏劑，當(dāng)硅液發(fā)生漏流時(shí)，C粉與硅液迅速自蔓延反應(yīng)生成SiC。C+Si(l)= SiC
此反應(yīng)為體積膨脹的過程，從而將縫隙堵住，阻止了硅液向石墨側(cè)壁外泄漏。原理在石墨底板以及石墨側(cè)壁上進(jìn)行開槽是為了讓堵漏劑在底板與護(hù)板之間的拼接縫隙中填充堵漏劑，堵漏劑與硅液迅速反應(yīng)生成高溫陶瓷材料，將拼接縫隙進(jìn)行填充， 起到防硅液漏流的作用。如果使用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的石墨底板與石墨側(cè)壁，在拼接縫隙中填充堵漏劑，由于單方向受力，會(huì)將縫隙撐的更大，不能起到防硅液漏流的作用。另外，由于本發(fā)明提供的組合式坩堝是由石墨材料制成的，足以同時(shí)滿足支撐和防硅液漏流的雙重作用，同時(shí)本發(fā)明提供的石墨材料制成的組合式坩堝不會(huì)在高溫條件下發(fā)生變形、破損，可以重復(fù)進(jìn)行使用，大大降低了多晶硅的鑄錠成本。
所以本發(fā)明的技術(shù)方案是在石墨底板以及石墨側(cè)壁上進(jìn)行開槽與堵漏劑的結(jié)合。試驗(yàn)對(duì)比
本發(fā)明本發(fā)明提供的組合式坩堝
現(xiàn)有技術(shù)1 采用拼接、拼裝的有縫隙的石墨坩堝托與石英坩堝的設(shè)計(jì)。現(xiàn)有技術(shù)2 采用拼接、拼裝的有縫隙的石墨坩堝托與石英坩堝的設(shè)計(jì)，增加復(fù)雜的附屬的硅液溢流、漏流引導(dǎo)輸出裝置。例如專利公開號(hào)為CN101158M9。效果A 防硅液漏流效果；
效果B 硅液漏流對(duì)多晶硅鑄錠爐的熱場(chǎng)損壞程度；
效果C:可重復(fù)使用。
表1本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的防硅液漏流效果比較
本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)1現(xiàn)有技術(shù)2效果A效果好,徹底杜絕硅液漏流嚴(yán)重的溢流、漏流的硅液依然會(huì)從縫隙中漏出。不能防止嚴(yán)重的溢流、漏流問題。引導(dǎo)裝置只能局部引導(dǎo)部分的溢流、漏流硅液進(jìn)入引導(dǎo)裝置,但大面積的嚴(yán)重的溢流、漏流的硅液依然會(huì)從縫隙中漏出。效果B幾乎沒有損壞損壞程度大,甚至是致命損害損壞程度仍然較大效果C可以重復(fù)使用不可以重復(fù)使用不可以重復(fù)使用引起爆炸的安全隱患徹底解決始終不能徹底解決。始終不能徹底解決。多晶硅鑄錠成本低由于坩堝帶來的環(huán)境污染不存在環(huán)境污染對(duì)環(huán)境造成較大的污染對(duì)環(huán)境造成較大的污染
表2本發(fā)明不同技術(shù)方案的實(shí)施效果比較
權(quán)利要求
1.一種組合式坩堝，包括側(cè)壁(4)與底板(3)，其特征在于底板(3)上設(shè)置有槽(1)， 底板(3)上的槽(1)與側(cè)壁(4)底部的榫(2)采用相互配合的槽榫固定的方式進(jìn)行拼接，側(cè)壁(4)圍繞分布在底板(3)的四周；側(cè)壁(4)與底板(3)共同圍成一個(gè)空腔，底板(3)與側(cè)壁(4 )之間的縫隙中填充有堵漏劑(5 )。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)與熔融液態(tài)硅迅速發(fā)生反應(yīng)生成高溫陶瓷材料。
3.如權(quán)利要求2所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)可以是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種組合式坩堝，其特征在于所述的側(cè)壁(4)與底板(3)是石墨材料制成的。
5.如權(quán)利要求1所述的一種組合式坩堝，其特征在于側(cè)壁(4)間采用相互配合的槽榫固定的方式進(jìn)行拼接。
6.如權(quán)利要求1所述的一種組合式坩堝，其特征在于側(cè)壁(4)間采用螺釘固定的方式進(jìn)行拼接。
7.如權(quán)利要求2或3所述的一種組合式坩堝，其特征在于所述的堵漏劑(5)可以為粉末狀，也可以封裝成條狀。
8.如權(quán)利要求5或6所述的一種組合式坩堝，其特征在于側(cè)壁(4)之間的拼接縫隙中填充有堵漏劑(5)。
9.如權(quán)利要求8所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)與熔融液態(tài)硅迅速發(fā)生反應(yīng)生成高溫陶瓷材料。
10.如權(quán)利要求9所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)可以是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種。
11.如權(quán)利要求2或9所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)還包括Si3N4、 SiC、氧化鋁或氧化鎂的任意一種或其中兩種的混合。
12.如權(quán)利要求11所述的一種組合式坩堝，其特征在于堵漏劑(5)包括反應(yīng)劑與添加劑組成，反應(yīng)劑與添加劑之間的重量配比是反應(yīng)劑10-100份，添加劑0-90份；其中反應(yīng)劑是Mo粉或C粉中的任意一種或兩種，添加劑是Si3N4、SiC、氧化鋁或氧化鎂的任意一種或其中兩種的混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能光伏領(lǐng)域的一種多晶硅鑄錠用裝置，特別涉及一種組合式坩堝；本發(fā)明提出了一種組合式坩堝，能夠很好的解決現(xiàn)有的硅液漏流的技術(shù)問題；一種組合式坩堝，包括側(cè)壁與底板，其中底板上設(shè)置有槽，底板上的槽與側(cè)壁底部的榫采用相互配合的槽榫固定的方式進(jìn)行拼接，側(cè)壁圍繞分布在底板的四周；側(cè)壁與底板共同圍成一個(gè)空腔，底板與側(cè)壁之間的縫隙中填充有堵漏劑；本發(fā)明能夠?qū)⒐枰褐苯釉欢略谑珎?cè)壁中，硅液無法流出，不會(huì)造成硅料損耗，且不會(huì)對(duì)多晶硅鑄錠爐的熱場(chǎng)造成損壞，徹底消除了安全隱患。
文檔編號(hào)C30B28/06GK102220636SQ201110005089
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者丁俊, 張濤, 胡動(dòng)力, 陳紅榮 申請(qǐng)人:江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司