專利名稱：一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置的制作方法
技術領域：
—種硅棒或其它晶體材料的切割裝置技術領域：
本實用新型涉及人工晶體切割領域，具體涉及一種硅棒或其它晶體材料的切割設備，尤其涉及一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置。背景技術：
在科技部近期發布的《太陽能發電科技發展“十二五”專項規劃》中，詳細分析了我國光伏產業技術與歐美等發達國家的差距和不足，雖然我國目前已經成為光伏制造大國，但是，還遠遠稱不上是光伏強國。而要突破這一困境，發展先進光伏科技，降低生產成本，提高生產效率和產品質量，掌握相關的核心技術就成為我國光伏產業的必然選擇。以多晶硅生產為例，隨著全球對光伏太陽能電池需求的快速增長，多晶硅市場迅 速擴大。在目前的政策和經濟環境下，2010 2014年全球多晶硅市場需求預計將以16%的年均速度增長，預計到2014年需求量將達29萬噸。有報告預測，如果光伏產業在更多國家得到鼓勵，多晶硅的供應量或將以43%的年均增速增長，到2014年需求量有可能達到50萬噸。然而，目前國內外生產多晶硅的工藝大都通過還原法進行生產，即改良西門子法，而改良西門子法或其它類似方法生產大直徑多晶硅的主要設備是通過還原爐，而多晶在還原爐內生長是在一個密閉的空間內完成。在裝爐前先在還原爐內用硅芯搭接成若干個閉合回路，每個閉合回路都由兩根豎娃芯和一根橫娃芯組成；每一個閉合回路的兩個豎娃芯分別接在爐底上的兩個電極上，電極分別接直流電源的正負極，然后使硅芯加熱至發紅，直至表面溫度達到1100攝氏度左右，再通入高純的三氯氫硅和氫氣，使其在高溫下發生氫還原反應，三氯氫硅中的硅分子堆積在硅芯上，使其直徑不斷地增大，最終通過氫還原反應使直徑不斷地增大到120 200毫米或更粗獲取硅棒，硅棒經過后期加工生產出高純太陽能級6N或電子級IlN的多晶硅。目前，多晶硅生產屬于朝陽產業，而硅芯的生產又是多晶硅生產過程中必不可少的一環，那么如何突破現有硅芯通過區熔法拉制工藝，提高硅芯的生產效率，降低生產成本等是本領域技術人員迫切需要解決的問題。參考文獻中國專利專利名稱、晶體硅芯切割裝置，公開號、CN102248611A，
公開日、2011年11月23日。
發明內容為了克服背景技術中的不足，本實用新型公開了一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置，本實用新型通過在機架上設置的料臺機構、硅棒固定機構、線網支撐機構、張力機構，將硅棒切出截面可為任意方形或矩形尺寸，本實用新型具有操作簡便、效率高、能耗低、價格低廉、方便維修等優點，有效解決了傳統的區熔提拉法生產硅芯速度慢、能耗大等缺點。為實現上述發明目的，本實用新型采用如下技術方案一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置，包括料臺機構、機架、硅棒固定機構、線網支撐機構、工作臺和張力機構，所述機架內部設置有線網支撐機構，所述線網支撐機構設置在工作臺的上部，工作臺處于機架內且與機架上設置的導軌上下運動形成滑動連接，所述線網支撐機構的上部設置有用于固定硅棒的硅棒固定機構，在機架的頂部設置有料臺機構，所述料臺機構和娃棒固定機構為同心設置，在工作臺一側面機架的外部設有兩套張力機構，所述張力機構通過金剛石線分別連接線網支撐機構形成硅棒或其它晶體材料的切割
>J-U ρ α裝直。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述線網支撐機構包括兩個雙輥支座，所述兩個雙輥支座為相同結構，其中任一雙輥支座的一側面及相鄰側面上分別上下間隔設置有上網上支撐輥、上網下支撐輥和下網上支撐輥、下網下支撐輥，其中一個雙輥支座上設置的上網上支撐輥、上網下支撐輥和下網上支撐輥、下網下支撐輥分別對應另一個雙輥支座上設置的上網上支撐輥、上網下支撐輥和下網上支撐輥、下網下支撐輥形成平行四邊形 或正方形或長方形。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述兩雙輥支座中其中一個雙輥支座上設置的上網上支撐輥和上網下支撐輥和另一個雙輥支座上設置的上網上支撐輥和上網下支撐輥外部分別對應設置有主動輪和從動輪形成上切割網，其中一個雙輥支座上設置的下網上支撐輥和下網下支撐輥和另一個雙輥支座上設置的下網上支撐輥和下網下支撐輥外部分別對應設置有主動輪和從動輪形成下切割網，所述主動輪均由驅動電機驅動形成主軸動力機構。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述料臺機構包括固定體、料臺、托板、氣缸、支架、頂桿和料托，所述支架設置在機架的頂部，在支架的上部設置有氣缸，所述氣缸通過頂桿與設置在支架下部的固定體連接，所述固定體的下部依次設置有料臺、托板和料托，所述料托的下端固定有娃棒或料托通過切透體固定有娃棒，其中料托與娃棒同心設置。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述硅棒固定機構包括頂桿、外桿、固定盤和頂輪，所述固定盤通過固定腳固定在雙棍支座的上部，在固定盤的內圓面上設置至少三個外桿，所述外桿的一端為中空結構，所述頂桿的一端插入外桿的內孔中且為活動連接，所述頂桿的另一端固定有頂輪，在固定盤的下部設置有噴水環。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述外桿與頂桿的插接部位設置有彈性體，所述彈性體為彈簧或具有彈性的橡膠。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述主軸動力機構通過金鋼石線與設置在側架下部的收放線機構和排線機構連接。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述機架的頂部設置有驅動機構驅動工作臺上下運動，驅動機構、張力機構、收放線機構、主動輪和料臺機構分別連接控制系統，所述控制系統為PLC或運動控制卡。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述機架的頂部設置有用于吊裝的吊環，在機架的下部設置有連接腳。由于采用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下有益效果本實用新型所述硅棒或其它晶體材料的切割裝置，通過將金剛石線在線網支撐機構的支撐輥上反復纏繞形成上下兩網共四層的切割網，有效避免了硅芯截面走形的現象，同時通過張力機構的設置即有效的保證了線網的平穩切割，又避免了金剛石線在切割過程中發生脫線的現象，本實用新型通過料臺機構和硅棒固定機構的設置，在實現硅棒牢固固定的同時，操作人員還可以任意調整硅棒的垂直度，本實用新型具有操作簡便、效率高、能耗低、價格低廉等優點，有效解決了傳統的區熔提拉法生產硅芯速度慢、能耗大等缺點。
圖1是本實用新型的立體結構示意圖；圖2是本實用新型的硅棒固定機構結構示意圖；圖3是本實用新型的料臺機構結構示意圖；圖4是本實用新型的線網支撐機構結構示意圖；圖中1、料臺機構；2、驅動機構；3、機架；4、導軌；5、硅棒固定機構；6、線網支撐機構；7、工作臺；8、吊環；9、硅棒；10、側架；11、張力機構；12、主軸動力機構；13、收放線機構；14、排線機構；15、連接腳；16、頂桿；17、圓柱銷；18、外桿；19、噴水環；20、固定盤；21、頂輪；22、固定腳；23、上網下支撐輥；24、雙輥支座；25、固定體；26、料臺；27、托板；28、氣缸；29、支架；30、頂桿；31、料托；32、切透體；33、驅動電機；34、主動輪；35、上網上支撐輥；36、下網上支撐輥；37、下網下支撐輥；38、從動輪；39、導線機構。
具體實施方式
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本實用新型，但本實用新型并不局限于下面的實施例；結合附圖1 4中所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，包括料臺機構I、機架
3、娃棒固定機構5、線網支撐機構6、工作臺7和張力機構11，所述機架3內部設置有線網支撐機構6，所述線網支撐機構6采用雙輥支撐，整個切割線網都在工作臺7范圍內完成，線網支撐機構6包括兩個雙輥支座24，所述兩個雙輥支座24為相同結構，其中任一雙輥支座24的一側面及相鄰側面上分別上下間隔設置有上網上支撐輥35、上網下支撐輥23和下網上支撐輥36、下網下支撐輥37，其中一個雙輥支座24上設置的上網上支撐輥35、上網下支撐輥23和下網上支撐輥36、下網下支撐輥37分別對應另一個雙輥支座24上設置的上網上支撐輥35、上網下支撐輥23和下網上支撐輥36、下網下支撐輥37形成平行四邊形或正方形或長方形。所述線網支撐機構6設置在工作臺7的上部，工作臺7處于機架3內且與機架3上設置的導軌4上下運動形成滑動連接，所述工作臺7是運動部分的主要承載體，主軸動力機構12和線網支撐機構6都安裝在其主板上，工作臺7整體部分由一根大絲桿或皮帶或鏈條進行提升，工作時，金鋼石線高速運轉，被工作臺7帶動從硅棒9的底部上升到頂部，將硅棒9切割成數量眾多的硅芯；所述線網支撐機構6的上部設置有用于固定硅棒9的硅棒固定機構5,在機架3的頂部設置有料臺機構1，所述料臺機構I和娃棒固定機構5為同心設置，在工作臺7 —側面機架3的外部設有兩套張力機構11，所述張力機構11通過金剛石線分別連接線網支撐機構6形成硅棒或其它晶體材料的切割裝置；其中張力機構11在整個走線過程中，起著保證金剛石線的張緊度和吸收沖擊的作用，由張力機構11中導軌內重力滑塊的自重來自動調節金剛石線的松緊程度，從而保證切割工作的平穩，本實用新型中所涉及的張力機構11可通過其它等同或類似結構替代。所述的硅棒或其它晶體材料張的切割裝置，所述兩雙輥支座24中，其中一個雙輥支座24上設置的上網上支撐輥35和上網下支撐輥23和另一個雙輥支座24上設置的上網上支撐輥35和上網下支撐輥23外部分別對應設置有主動輪34和從動輪38形成上切割網，其中一個雙輥支座24上設置的下網上支撐輥36和下網下支撐輥37和另一個雙輥支座24上設置的下網上支撐輥36和下網下支撐輥37外部分別對應設置有主動輪34和從動輪38形成下切割網，所述主動輪34均由驅動電機33驅動形成主軸動力機構12。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述料臺機構I包括固定體25、料臺26、托板27、氣缸28、支架29、頂桿30和料托31，所述支架29設置在機架3的頂部，在支架29的上部設置有氣缸28，所述氣缸28通過頂桿30與設置在支架29下部的固定體25連接，所述固定體25的下部依次設置有料臺26、托板27和料托31，所述料托(31)的下端固定有硅棒(9)或料托(31)通過切透體(32)固定有硅棒(9)，其中料托(31)與硅棒(9)同心設置；料臺機構I是加工硅棒9的安裝機構，固定在機架3的頂部，硅棒9的頂部粘上一段非金屬切透體32，切透體32上面再粘上金屬的料托31，料托31的上部呈凸出的半球形，而料臺機構I中的托板27則呈凹進的球面，上料時，料托31帶著硅棒9被叉車置入料臺機構I上，料臺機構I中的氣缸28頂出，將硅棒9壓緊在料托31上固定，這時硅棒9整體和料臺機構I是兩個內外球面接觸，將氣缸28松開，操作人員可站在工作臺上將硅棒9校正，然后再把氣缸28壓緊，簡單解決硅棒9的校準問題，避免了因硅棒9粘接誤差而導致切斜的現象，氣缸28的活塞桿上套有一根強力壓縮彈簧，與氣缸28 —起將硅棒9壓緊，避免了在工作過程 中因氣缸28失常而導致硅棒9壓不緊的現象。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述硅棒固定機構5包括頂桿16、外桿18、固定盤20和頂輪21，所述固定盤20通過固定腳22固定在雙輥支座24的上部，在固定盤20的內圓面上設置至少三個外桿18，所述外桿18的一端為中空結構，所述頂桿16的一端插入外桿18的內孔中且為活動連接，所述頂桿16的另一端通過圓柱銷17或螺栓或銷軸固定有頂輪21，工作時如果僅靠料臺機構I上氣缸28壓緊是不夠的，在切割過程中，需依靠娃棒固定機構5來輔助固定娃棒9,保證其在切割過程中不會晃動,娃棒固定機構5由呈放射裝的至少三組頂輪21組成。每一個頂輪21后面安有一根小彈簧，上料后，四個頂輪21同時被彈簧壓緊頂在娃棒9上,娃棒固定機構5安裝在線網支撐機構6上同工作臺7 —起上升，在上升過程中，四個頂輪21頂在硅棒9的外側面緩慢移動，起到限制硅棒9晃動的作用；在固定盤20的下部設置有噴水環19，由于在切割過程中，金鋼石線會因和硅棒9高速摩擦而產生大量的熱，同時硅粉會附著在金剛石線上，妨礙切割，通過冷卻水可起到散熱和沖刷附著物的作用。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述外桿18與頂桿16的插接部位設置有彈性體，所述彈性體為彈簧或具有彈性的橡膠。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述主軸動力機構12通過金鋼石線與設置在側架10下部的收放線機構13和排線機構14連接，其中收放線機構13主要是起著放線和收線的作用，工作時，金剛石線從放線輥上拉出，經導線輪和切割區域后，從收線輥收回，從而實現一個完整的回路，整個機器包括兩組即四套收放線機構13，在收放線的過程中，為避免金剛石線的局部堆積而斷線,必須有排線機構14均勻排線，排線機構14和收放線機構13緊湊的安裝于一體。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述機架3的頂部設置有驅動機構2驅動工作臺7上下運動，驅動機構2、張力機構11、收放線機構13、主動輪34和料臺機構I分別連接控制系統，所述控制系統為PLC或運動控制卡，所述驅動機構2由電機、減速機等組成。所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，所述機架3的頂部設置有用于吊裝的吊環8，在機架3的下部設置有連接腳15。實施本實用新型所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置的方法，首先將金鋼石線由收放線機構13中的放線輥出發、經導線機構39、張力機構11和主軸動力機構12，然后在線網支撐機構6上進行纏繞，繞線過程中的導線機構39由多個導線輪組成，導線輪采用的是聚氨脂材料，主動輪34中的動力主輥和線網支撐機構6中的支撐輥是采用高耐磨系數的超高分子樹脂材料，能夠保證有效的導線和切割，其中一網的繞線為金鋼石線從主動輪34上設置的動力主輥的第一條槽的下面進來，然后金剛石線依次經過上網下支撐 輥(23)的上部、切割區域后，所述金鋼石線從對面的上網下支撐輥23上部，進入從動輪38上設置的從動輥第一條槽的下面，拉至從動輥的上面，然后從上網上支撐輥35的上面，經切割區域，從對面上網上支撐輥35的上面進入主動輥的第二條槽的上面，繞至下面，依此循環，直至從主動輥的最后一條槽的上面拉出，當金剛石線在線網支撐機構(6)繞線完成后，金剛石線經張力機構(11)和導線機構(39)固定到收放線機構(13)中的收線輥，形成一個回路的切割網線，一網線在切割區域形成兩層；另一網的繞線動作同上；繞完線后，切割區域總共呈四層線，上下兩網的各兩層線網分別交錯，即從上往下數分別是上網的上層一一下網的上層一一上網的下層一一下網的下層，由四網線交錯形成了方硅芯的截面形狀；在線網支撐機構6繞線完成后，金剛石線經張力機構11和導線機構39，固定到收放線機構13中的收線輥，形成一個回路的切割網線；然后將粘接好的硅棒9置入料臺機構I中，通過氣缸28將硅棒9頂端的料托31與托板27壓緊；所述料托31和托板27是兩個內外球面接觸，將氣缸28松開，操作人員可站在工作臺上將硅棒9校正，然后再把氣缸28壓緊，簡單解決硅棒9的校準問題，避免了因硅棒9粘接誤差而導致切斜的現象，氣缸28的活塞桿上套有一根強力壓縮彈簧，所述強力壓縮彈簧可替換為其它具有彈力的部件，與氣缸28 —起將硅棒9壓緊，避免了在工作過程中因氣缸28失常而導致硅棒9壓不緊的現象；為了使硅棒9在切割過程中不發生晃動，在娃棒9的下端設置有娃棒9固定機構5,所述娃棒固定機構5在娃棒9的外側面緩慢移動，起到限制硅棒9晃動的作用，其中硅棒固定機構5中每一個頂輪21后面均設有彈性體，上料后，頂輪21同時被彈性體壓緊頂在硅棒9上，所述硅棒固定機構5同線網支撐機構6 —起上升；分別啟動冷卻水、主軸動力機構12、收放線機構13、排線機構14和工作臺驅動機構2對硅棒9進行切割，待切割完成后，取下切割后的成品便完成了一次切割加工。本實用新型未詳述部分為現有技術。為了公開本實用新型的目的而在本文中選用的實施例，當前認為是適宜的，但是，應了解的是，本實用新型旨在包括一切屬于本構思和發明范圍內的實施例的所有變化和改進。
權利要求1、一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置，包括料臺機構(I)、機架(3)、硅棒固定機構(5)、線網支撐機構(6)、工作臺(7)和張力機構(11)，其特征是所述機架(3)內部設置有線網支撐機構(6)，所述線網支撐機構(6)設置在工作臺(7)的上部，工作臺(7)處于機架(3)內且與機架(3)上設置的導軌(4)上下運動形成滑動連接，所述線網支撐機構(6)的上部設置有用于固定娃棒(9)的娃棒固定機構(5),在機架(3)的頂部設置有料臺機構(I),所述料臺機構(I)和硅棒固定機構(5)為同心設置，在工作臺(7) —側面機架(3)的外部設有兩套張力機構(11)，所述張力機構(11)通過金剛石線分別連接線網支撐機構(6)。
2、根據權利要求I所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述線網支撐機構(6)包括兩個雙輥支座(24)，所述兩個雙輥支座(24)為相同結構，其中任一雙輥支座(24)的一側面及相鄰側面上分別上下間隔設置有上網上支撐輥(35)、上網下支撐輥(23)和下網上支撐輥(36)、下網下支撐輥(37)，其中一個雙輥支座(24)上設置的上網上支撐輥(35)、上網下支撐輥(23)和下網上支撐輥(36)、下網下支撐輥(37)分別對應另一個雙輥支座(24)上設置的上網上支撐輥(35)、上網下支撐輥(23)和下網上支撐輥(36)、下網下支撐輥(37)形成平行四邊形或正方形或長方形。
3、根據權利要求2所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述兩雙輥支座(24)中其中一個雙輥支座(24)上設置的上網上支撐輥(35)和上網下支撐輥(23)和另一個雙輥支座(24)上設置的上網上支撐輥(35 )和上網下支撐輥(23 )外部分別對應設置有主動輪(34)和從動輪(38)形成上切割網，其中一個雙輥支座(24)上設置的下網上支撐輥(36 )和下網下支撐輥(37 )和另一個雙輥支座(24)上設置的下網上支撐輥(36 )和下網下支撐輥(37)外部分別對應設置有主動輪(34)和從動輪(38)形成下切割網，所述主動輪(34)均由驅動電機(33 )驅動形成主軸動力機構(12 )。
4、根據權利要求I所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述料臺機構(I)包括固定體(25)、料臺(26)、托板(27)、氣缸(28)、支架(29)、頂桿(30)和料托(31)，所述支架(29 )設置在機架(3 )的頂部，在支架(29 )的上部設置有氣缸(28 )，所述氣缸(28 )通過頂桿(30)與設置在支架(29)下部的固定體(25)連接，所述固定體(25)的下部依次設置有料臺(26)、托板(27)和料托(31)，所述料托(31)的下端固定有硅棒(9)或料托(31)通過切透體(32)固定有硅棒(9)，其中料托(31)與硅棒(9)同心設置。
5、根據權利要求I所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述硅棒固定機構(5)包括頂桿(16)、夕卜桿(18)、固定盤(20)和頂輪(21),所述固定盤(20)通過固定腳(22 )固定在雙輥支座(24)的上部，在固定盤(20 )的內圓面上設置至少三個外桿(18 )，所述外桿(18)的一端為中空結構，所述頂桿(16)的一端插入外桿(18)的內孔中且為活動連接，所述頂桿(16)的另一端固定有頂輪(21)，在固定盤(20)的下部設置有噴水環(19)。
6、根據權利要求5所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述外桿(18)與頂桿(16)的插接部位設置有彈性體，所述彈性體為彈簧或具有彈性的橡膠。
7、根據權利要求3所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述主軸動力機構(12)通過金鋼石線與設置在側架(10)下部的收放線機構(13)和排線機構(14)連接。
8、根據權利要求I所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述機架(3)的頂部設置有驅動機構(2)驅動工作臺(7)上下運動，驅動機構(2)、張力機構(11)、收放線機構(13)、主動輪(34)和料臺機構(I)分別連接控制系統，所述控制系統為PLC或運動控制卡。
9、根據權利要求I所述的硅棒或其它晶體材料的切割裝置，其特征是所述機架(3)的頂部設置有用于吊裝的吊環(8)，在機架(3)的下部設置有連接腳(15)。
專利摘要一種硅棒或其它晶體材料的切割裝置，涉及晶體切割領域，在機架(3)和側架(10)上分別設置有線網支撐機構(6)、硅棒固定機構(5)、料臺機構(1)和張力機構(11)，通過將金剛石線在線網支撐機構上反復纏繞形成上下兩層切割網，有效避免了硅芯截面走形的現象，同時通過張力機構的設置即有效的保證了線網的平穩切割，又避免了金剛石線在切割過程中發生脫線的現象，本實用新型通過料臺機構和硅棒固定機構的設置，在實現硅棒牢固固定的同時，操作人員還可以任意調整硅棒的垂直度，本實用新型具有操作簡便、效率高、能耗低、價格低廉等優點，有效解決了傳統的區熔提拉法生產硅芯速度慢、能耗大等缺點。
文檔編號B28D5/04GK202668776SQ20122022056
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者趙春燕, 趙中州, 趙紅霞, 趙石磊 申請人:洛陽佑東光電設備有限公司