專利名稱：一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種方形電磁冷坩堝，具體涉及一種用于連續熔化與組織控制多晶硅 的方形電磁冷坩堝。
背景技術：
冷坩堝是用具有水冷的純銅制造的坩堝，由于坩堝為水冷結構，在使用過程中坩 堝溫度很低，所以坩堝本身對坩堝內的材料幾乎沒有污染，根據坩堝的加熱方式不同，可以 分為不開縫的外熱式坩堝和開縫的感應加熱式坩堝，外熱式冷坩堝是依靠能量發生器產生 的能量熔化材料，而感應熔化冷坩堝則依靠感應加熱熔化材料，又稱為電磁冷坩堝，是目前 應用廣泛的冷坩堝，它是將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場內，利用交變電磁場產生的 渦流化金屬，并依靠電磁力使金屬熔體與坩堝壁保持軟接觸或者非接觸狀態，并對爐料進 行感應熔煉或者成形的技術，目前現有連續熔化與凝固用電磁冷坩堝的尺寸一般較小(直 徑小于30mm，或變長小于25mm)，或者內腔橫截面積較小，很難用于連續熔化和凝固多晶 硅，這是由硅的自身物理性質決定的，硅自身密度較小(2330kg/m3)，熔點較高(1414°C )且 硅在低溫(600°C)以下不能被感應加熱，因為在感應熔化多晶硅時，必須使原料硅有足夠 的溫度，這要求已經熔化的熔體硅必須具備一定的過熱度和一定的體積，以便通過傳導加 熱新加入的硅料，因此小尺寸電磁冷坩堝不能用于連續熔化和凝固多晶硅，更重要的是硅 在凝固時會發生膨脹，這與其他材料的凝固時收縮的特性恰好相反，因此坩堝的底部尺寸 應該較頂部尺寸加大，現有電磁冷坩堝由于內腔尺寸較小，導致坩堝損耗過大，新成形的硅 錠容易卡在坩堝腔內，連續熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好。
發明內容
本發明為解決現有電磁冷坩堝由于內腔尺寸較小，導致坩堝損耗過大，新形成的 硅錠容易卡在坩堝腔內，連續熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好的 問題，進而提出一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝。本發明為了解決上述問題采取的技術方案是本發明包括坩堝主體、進水管、出水 管、若干個細水管和感應線圈，所述坩堝主體由上半體和下半體組成，所述上半體與下半體 固接，所述進水管通過細水管與下半體連通，所述出水管通過細水管與下半體連通，所述感 應線圈套在上半體上，所述坩堝主體的橫截面為方環狀的空腔體，所述上半體分割成十六 個截面為花瓣狀的柱體，十六個截面為花瓣狀的柱體沿坩堝主體截面上的水平軸和垂直軸 對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主體水平截面上的中心重合，每個截面為花瓣狀的柱 體的內部設有通孔，所述下半體的底面上與截面為花瓣狀的柱體的通孔對應位置開有縱向 盲孔，每個縱向盲孔與對應的通孔連通，十六個盲孔分為八組，每組兩個盲孔連通，每個盲 孔通過細水管與出水管連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體之間留有間隙，所述間隙內 填充有絕緣密封材料層。本發明的有益效果是本發明充分保持了原料硅的高純度，同時防止在熔煉或凝固過程中各種間隙元素的污染，實現硅的低成本熔煉和凝固，由于采用感應加熱，本發明可 以熔化溫度較高的顆粒硅，電磁力的強烈攪拌使熔體組織成分均勻，與現有冷坩堝相比，本 發明內腔尺寸較大，且內腔橫截面積上小下大，便于硅凝固膨脹時能順利連續抽拉，及時調 整預熱棒速度，以準確制備出所需組織的硅錠，消除了硅顆粒預熱度不夠而造成感應熔化 不良或感應熔化終止的現象，降低了坩堝自身的能量損耗，提高坩堝的電源利用率。
圖1是本發明的整體結構主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1中A-A向的剖 視圖，圖4是圖3中I處的放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝包括坩堝主體1、進水管2、出水管3、若干個細水管4和感應線圈 5，所述坩堝主體1由上半體1-1和下半體1-2組成，所述上半體1-1與下半體1-2固接，所 述進水管2通過細水管4與下半體1-2連通，所述出水管3通過細水管4與下半體1-2連 通，所述感應線圈5套在上半體1-1上，所述坩堝主體1的橫截面為方環狀的空腔體，所述 上半體1-1分割成十六個截面為花瓣狀的柱體6，十六個截面為花瓣狀的柱體6沿坩堝主 體1截面上的水平軸和垂直軸對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主體1水平截面上的中 心重合，每個截面為花瓣狀的柱體6的內部設有通孔7，所述下半體1-2的底面上與截面為 花瓣狀的柱體6的通孔7對應位置開有縱向盲孔8，每個縱向盲孔8與對應的通孔7連通， 十六個盲孔8分為八組，每組內的兩個盲孔8連通，每個盲孔8通過細水管4與出水管3 連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體6之間留有間隙9，所述間隙9內填充有絕緣密封材 料層10。本實施方式充分保持了原料硅的高純度，同時在熔煉或凝固過程中各種間隙元素 的污染，實現硅的低成本熔煉和凝固，由于采用感應加熱，本發明可以熔化溫度較高的顆粒 硅，電磁力的強烈攪拌時熔體組織成分均勻，與現有冷坩堝相比，本發明內腔尺寸較大，且 內腔橫截面積上小下大，便于硅凝固膨脹時能順利連續抽拉，及時調整預熱棒速度，以準確 制備出所需組織的硅錠，消除了硅顆粒預熱度不夠而造成感應熔化不良或感應熔化終止的 現象，降低了坩堝自身的能量損耗，提高坩堝的電源利用率。
具體實施方式
二 如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的絕緣密封材料層10為天然云母片和環氧樹脂制成的絕緣密封 材料層10。由于天然云母的高熔點，在使用過程中不熔化，在不同分瓣間起到良好的絕緣作 用，同時環氧樹脂的使用，使坩堝外壁與線圈之間有很好的絕緣效果。其它組成及連接關系 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的細水管4與進水管2、細水管4與出水管3、細水管4與坩堝主 體1的下半體1-2均通過焊接連接。本實施方式所述連接方式焊接量小，通水量大，冷卻效 果更好。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝的坩堝主體1的長度L為80mm 100mm，所述坩堝主體1的寬度(W)為80mm 100mm，所述坩堝主體1的高度H為IOOmm 130mm。本實施方式保證了硅凝 固膨脹時能順利連續抽拉，便于及時調節預熱棒速度，以準確制備出所需組織硅錠，同時消 除了因坩堝內腔尺寸較小硅顆粒預熱度不夠而造成感應熔化不良或感應熔化終止的現象， 由于內腔尺寸大，因此適用范圍廣，可熔煉不同成分的合金和材料。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控 制多晶硅的方形電磁冷坩堝的間隙9的長度a為90mm 120mm，所述間隙9的寬度b為 0. 4mm 0. 6mm。本實施方式所述縫隙結構有利于提高坩堝內的磁場強度，同時符合硅熔體 液柱較高的特點。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖1-4所示，本實施方式所述一種用于連續熔化與組織控制 多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特征在于所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形 電磁冷坩堝還包括絕緣帶(11)，所述絕緣帶(11)的外表面上涂有一層環氧樹脂層，所述絕 緣帶(11)纏繞在坩堝主體(1)的外表面上，且絕緣帶(11)位于坩堝主體(1)的外表面與感 應線圈(5)之間。本實施方式所述絕緣結構能在坩堝外壁和線圈之間有很好的絕緣效果， 在很大程度上避免發生電離。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、二、三、四或五相同。
權利要求
1.一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，它包括坩堝主體(1)、進 水管(2)、出水管(3)、若干個細水管(4)和感應線圈(5)，所述坩堝主體(1)由上半體(1-1) 和下半體(1-2)組成，所述上半體(1-1)與下半體(1-2)固接，所述進水管(2)通過細水管 (4)與下半體(1-2)連通，所述出水管(3)通過細水管(4)與下半體(1-2)連通，所述感應 線圈(5)套在上半體(1-1)上，其特征在于所述坩堝主體(1)的橫截面為方環狀的空腔 體，所述上半體(1-1)分割成十六個截面為花瓣狀的柱體(6)，十六個截面為花瓣狀的柱體 (6)沿坩堝主體(1)水平截面上的水平軸和垂直軸對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主 體(1)水平截面上的中心重合，每個截面為花瓣狀的柱體(6)的內部設有通孔(7)，所述下 半體(1-2)的底面上與截面為花瓣狀的柱體(6)的通孔(7)對應位置開有縱向盲孔(8)，每 個縱向盲孔(8)與對應的通孔(7)連通，十六個盲孔(8)分為八組，每組內的兩個盲孔(8) 連通，每個盲孔(8)通過細水管(4)與出水管(3)連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體 (6)之間留有間隙(9)，所述間隙(9)內填充有絕緣密封材料層(10)。
2.根據權利要求1所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述絕緣密封材料層(10)為天然云母片和環氧樹脂制成的絕緣密封材料層(10)。
3.根據權利要求1所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述細水管(4)與進水管(2)、細水管(4)與出水管(3)、細水管(4)與坩堝主體 (1)的下半體(1-2)均通過焊接連接。
4.根據權利要求1所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述坩堝主體(1)的長度(L)為80mm 100mm，所述坩堝主體(1)的寬度(W)為 80mm 100mm，所述坩堝主體(1)的高度(H)為IOOmm 130mm。
5.根據權利要求1所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，其特 征在于所述間隙(9)的長度(a)為90mm 120mm，所述間隙(9)的寬度(b)為0. 4mm 0. 6mmο
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷 坩堝，其特征在于所述一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝還包括絕 緣帶(11)，所述絕緣帶(11)的外表面上涂有一層環氧樹脂層，所述絕緣帶(11)纏繞在坩堝 主體(1)的外表面上，且絕緣帶(11)位于坩堝主體(1)的外表面與感應線圈(5)之間。
全文摘要
一種用于連續熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝，它涉及一種方形電磁冷坩堝。本發明為了解決現有電磁冷坩堝由于內腔尺寸較小，導致坩堝損耗過大，新形成的硅錠容易卡在坩堝腔內，連續熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好的問題。本發明包括坩堝主體、進水管、出水管、若干個細水管和感應線圈，坩堝主體由上半體和下半體組成，感應線圈套在上半體上，坩堝主體的橫截面為方環狀的空腔體，上半體分割成十六個截面為花瓣狀的柱體，下半體的底面上與截面為花瓣狀的柱體的通孔對應位置開有縱向盲孔，每個盲孔與出水管連通。本發明用于連續熔化與組織控制多晶硅顆粒。
文檔編號C30B28/06GK102108548SQ20101060976
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者丁宏升, 傅恒志, 李新中, 蘇彥慶, 郭景杰, 陳瑞潤, 黃鋒 申請人:哈爾濱工業大學