專利名稱：直拉單晶爐熱場用石墨堝幫的制作方法
技術領域：
本發明屬于單晶設備技術領域，涉及一種直拉單晶爐熱場用石墨堝幫。
背景技術：
直拉單晶爐熱場中，石墨堝幫是用來支撐和保護盛裝多晶硅原料的石英坩堝的裝置，一 般由側板及堝托組成。在直拉法(切克勞斯基法)工藝中，石英坩堝被放置于石墨堝幫構成 的半球形空間內，然后再將多晶硅原料裝入石英坩堝中，加熱熔化。在整個拉晶過程中，爐 內溫度達150(TC-160(rC，石英坩堝在高溫下會軟化，而由側板及堝托組成的石墨堝幫起到
支撐石英坩堝及熔硅的作用，由于受重力、離心力、熱應力的影響，當石英坩堝在高溫下軟 化時，石墨堝幫也同時會產生變形，所以石墨堝幫使用一段時間之后，就會損壞報廢，石墨 堝幫的使用壽命都不理想。
墩堝事故，是指因停電、設備故障等原因導致滿堝原料凝固在石墨堝幫內，造成生產報 廢的事故，由于硅凝固時體積要膨脹，因此石墨堝幫也會隨之膨脹變形，所以出現這種事故 對石墨堝幫的壽命影響很大。
石墨堝幫在直拉工藝中屬于消耗品，在生產成本中占有較大的權重，提高堝幫使用壽命 ，對于降低生產成本具有非常重要的意義，設計良好的石墨堝幫結構，是提高石墨堝幫使用 壽命的重要手段。
發明內容
本發明的目的是提供一種直拉單晶爐熱場用石墨堝幫，解決了由于石英坩堝受熱變形以 及發生墩堝事故時，由于硅凝固體積膨脹而弓1起的石墨堝幫變形損壞的問題。
本發明所采用的技術方案是， 一種直拉單晶爐熱場用石墨堝幫，包括堝托及放置在堝托 上圍成鍋狀的側板，側板由構成鍋沿的直立部分和構成鍋底的傾斜部分組成，所述的側板由
等分的2 6瓣組成，每瓣構成鍋底的傾斜部分的下邊沿設置成圓弧形缺口，側板的各瓣的圓 弧形缺口同心圍成一圓口，并且該圓口與堝托同軸，所述的圓口內設置有一上小下大的圓錐 臺形的底板，圓口的形狀設置與底板的形狀相適應。 本發明的石墨堝幫，其特征還在于
所述的堝托為一平底且斜面向上傾斜的圓錐型結構，堝托與底板的下表面保持水平接觸 ，堝托與側板各瓣的底部部分采用斜面配合，堝托的圓周外沿下表面設置有一圈凸臺。 所述的底板的上端直徑R1與側板各瓣圍成的整個堝幫的外徑R2之比值R1: R2為0. l 0. 9。
所述的側板由等分的4瓣組成。
本發明的直拉單晶爐熱場用石墨堝幫，通過側板、底板及堝托的結構配合，使得整個石 墨堝幫適應了石英坩堝的加熱變形以及發生墩堝事故時的膨脹變形，有效地提高了對石英坩 堝的支撐能力，顯著提高了石墨堝幫的使用壽命，降低了生產成本。
圖l是本發明石墨堝幫一種實施例的結構剖視圖； 圖2是圖1的俯視圖3是本發明石墨堝幫在熱場中的裝配示意圖。
圖中，l.石墨加熱器，2.電極護蓋，3.電極螺栓，4.石墨電極，5.側板，6.底板，7.堝 托，8.石墨托桿，9.圓口， 10.凸臺。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。
圖l是本發明石墨堝幫實施例的結構示意圖，包括堝托7及放置在堝托7上圍成鍋狀的側 板5，側板5由構成鍋沿的直立部分和構成鍋底的傾斜部分組成，側板5可以由等分的2 6瓣 組成，本發明給出了由4瓣組成的實施例，其中的每瓣構成鍋底的傾斜部分的下邊沿設置成 圓弧形缺口，所有瓣的圓弧形缺口同心圍成一圓口9，并且該圓口9與堝托7同軸，圓口9內設 置有上小下大的圓錐臺形的底板6，圓口9的形狀設置與底板6的形狀相適應。底板6的下表面 與堝托7保持水平接觸；堝托7與側板5的各瓣的底部部分采用斜面配合模式，堝托7的圓周外 沿下表面設置有一圈凸臺IO，類似"屋檐"狀結構，該凸臺10的結構在漏料發生時，能起到 引導液體流向的作用，側板5的各瓣與底板6的受力關系不是鎖扣狀態，在液體壓力下有活動 余地，有利于側板5的各瓣自動適應熔硅壓力，當墩堝事故發生時，有利于側板5的各瓣自然 沿徑向向外退讓。Rl為底板6的上端直徑，R2為側板5圍成的石墨堝幫外徑，底板6的上端直 徑R1與整個堝幫的外徑R2之比值，介于O. l-0.9之間。
圖2是圖1的俯視圖，本發明的側板5包括A、 B、 C、 D四瓣，共同圍成一個石墨堝幫，這 樣的組合可以將整個堝幫分解為更小的組成部件，由于堝底由側板5的各瓣的缺口構成一個 同軸的圓口9，徑向線度尺寸距離從圓口9邊緣到堝幫圓周，顯著縮小了各組成部件的徑向線 度力臂，因而能夠承受更大的壓力，并且在制造工藝上也降低了大塊原料的要求，可以采用 小塊原料，為降低成本提供了技術空間。
圖3為本發明石墨堝幫在熱場中的裝配示意圖。由側板5、底板6、堝托7組成的石墨堝幫與石墨托桿8—起共同構成石英坩堝及原料支撐裝置；石墨電極4通過電極螺栓3與石墨加熱 器1連接，電極螺栓3的端頭設置有電極護蓋2，石墨加熱器1與石墨電極4組成加熱裝置。控 制石墨托桿8即可實現石英坩堝及原料支撐裝置在加熱裝置內部的升降，實現工藝要求。
本發明的石墨堝幫，其獨特之處是摒棄現有的三瓣堝幫尖角配合方式，增加了底板6的 設置，以之為中心，側板5各瓣憑借自身重量與底板6直接配合于堝托7之上，實現聚散自如 ，化解壓力的目的，既解決了石墨堝幫掉心問題(中心尖角處易損壞，稱為掉心)，同時增 強了石墨堝幫拼用的兼容性。另外將側板5的瓣數增加到4個，從而實現了 "化整為零"、" 縮短力臂"的目的，同時縮小側板5的側面與底面厚度差異，大大減小了側板側面與底面的 弧形R處熱應力集中現象，很好的解決了在此處容易出現斷裂的情況，顯著延長了石墨堝幫 的整體使用壽命，堝托7采用斜面設計，憑借側板5各瓣自身重量自然聚合于堝托7之上，與 底板6配合，達到了石墨堝幫聚散自如的目的；此斜坡狀設計還擴大了熱場裝料空間，增加 了裝料量，在提高爐臺生產效率方面具有積極意義。由于石墨部件自身重量、熔硅的重力作 用及堝托的斜坡狀結構，本發明的石墨堝幫組件自身能夠聚合在一起，起到靈活支撐及幫襯 石英坩堝的作用。
本發明的石墨堝幫，在墩堝事故發生時，面對硅的凝固膨脹，側板5各瓣能夠自然向外 退讓，從而化解徑向壓力，在一定程度上避開對側板5的損傷。由于底板6的剖面形狀采用上 小下大的錐形圓臺結構，各個側板與底板的受力關系不是鎖扣狀態，因此在承受熔硅壓力時 ，側板5各瓣能夠有微量的活動余地，可以作到對液體壓力的自動適應(因為石英坩堝在高 溫下會軟化)，從而改善堝幫的受力情況。
本發明的石墨堝幫，使得整個石墨堝幫適應了石英坩堝的加熱變形以及發生墩堝事故時 的膨脹變形，有效地提高了對石英坩堝的支撐能力，既能夠有效提高石墨堝幫的使用壽命， 又由于縮小了各部件的線度尺寸，可以使用更小塊的石墨料加工出石墨堝幫，降低了制作和 使用成本。
權利要求
1.一種直拉單晶爐熱場用石墨堝幫，包括堝托(7)及放置在堝托(7)上圍成鍋狀的側板(5)，側板(5)由構成鍋沿的直立部分和構成鍋底的傾斜部分組成，其特征在于所述的側板(5)由等分的2～6瓣組成，每瓣構成鍋底的傾斜部分的下邊沿設置成圓弧形缺口，側板(5)的各瓣的圓弧形缺口同心圍成一圓口(9)，并且該圓口(9)與堝托(7)同軸，所述的圓口(9)內設置有一上小下大的圓錐臺形的底板(6)，圓口(9)的形狀設置與底板(6)的形狀相適應。
2 根據權利要求l所述的石墨堝幫，其特征是所述的堝托(7)為 一平底且斜面向上傾斜的圓錐型結構，堝托(7)與底板(6)的下表面保持水平接觸，堝托(7)與側板(5)各瓣的底部部分采用斜面配合，堝托(7)的圓周外沿下表面設置有一圈 凸臺(10)。
3 根據權利要求l所述的石墨堝幫，其特征是所述的底板(6)的 上端直徑R1與側板(5)各瓣圍成的整個堝幫的外徑R2之比值R1: R2為0. 1 0.9。
4 根據權利要求l所述的石墨堝幫，其特征是所述的側板(5)由 等分的4瓣組成。
全文摘要
本發明公開了一種直拉單晶爐熱場用石墨堝幫，包括堝托及放置在堝托上圍成鍋狀的側板，側板由構成鍋沿的直立部分和構成鍋底的傾斜部分組成，其中的側板由等分的2～6瓣組成，每瓣構成鍋底的傾斜部分的下邊沿設置成圓弧形缺口，側板的各瓣的圓弧形缺口同心圍成一圓口，并且該圓口與堝托同軸，圓口內設置有一上小下大的圓錐臺形的底板，圓口的形狀設置與底板的形狀相適應。本發明的石墨堝幫適應了石英坩堝的加熱變形以及發生墩堝事故時的膨脹變形，有效地提高了對石英坩堝的支撐能力，提高了石墨堝幫的使用壽命，降低了制作和使用成本。
文檔編號C30B15/14GK101560690SQ20091030289
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月3日 優先權日2009年6月3日
發明者李定武, 梁永生 申請人:西安隆基硅材料股份有限公司;西安隆基硅技術有限公司;寧夏隆基硅材料有限公司;西安矽美單晶硅有限公司