CN101085696A - 电弧涂层石英玻璃坩埚的生产设备及其制造工艺 - Google Patents

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王龙森
朱锡剑
赵庆良
王和平
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    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould

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Abstract

本发明公开了一种能提高石英玻璃坩埚内壁纯度，减少内壁气泡密度的电弧石英玻璃坩埚的生产设备及其制造工艺。包括石墨模具，在石墨模具内设有石英加料棒，石英加料棒与加料瓶相通，在石英加料棒的中间设有旋转接头，在加料瓶内设有振动器。本发明采用可调控的电磁振动，通过调整电流达到调整震动的目的，保证高纯水晶粉在所需时间内，按照特定的流速让粉料均匀地加到坩埚内。同时，通过调节旋转接头，使石英加料管以一定角度往返摆动，而使水晶粉料均匀地喷涂到坩埚内壁不同位置。能抵御在长时间内抗析晶能力，更高温状态下具有机械强度的产品。

Description

电弧涂层石英玻璃坩埚的生产设备及其制造工艺
所属技术领域
本发明涉及电弧涂层石英玻璃坩埚的生产设备及其制造工艺。
背景技术
目前，电弧石英玻璃坩埚生产的一般原理及方法：在高速旋转的模具中加入水晶粉料，依靠离心力作用使水晶粉料附着在模具内壁，通过整形后，使水晶粉料的形状符合工艺要求，然后利用电弧间接加热使水晶粉料熔化成玻璃。但其纯度、气泡密度等均不能达到拉制电子级单晶产品的质量要求。
发明内容
本发明的目的是提供能提高石英玻璃坩埚内壁纯度，减少内壁气泡密度的电弧石英玻璃坩埚的生产设备及其制造工艺。
本发明包括石墨模具，在石墨模具内设有石英加料棒，石英加料棒与加料瓶相通，在石英加料棒的中间设有旋转接头，在加料瓶内设有振动器。
本发明采用可调控的电磁振动，通过调整电流达到调整震动的目的，保证高纯水晶粉在所需时间内，按照特定的流速让粉料均匀地加到坩埚内。同时，通过调节旋转接头，使石英加料管以一定角度往返摆动，而使水晶粉料均匀地喷涂到坩埚内壁不同位置。能抵御在长时间内抗析晶能力，更高温状态下具有机械强度的产品。
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
1.图1是本发明内部结构示意图；
2.图2是传统生产方法生产的电弧石英玻璃坩埚剖面示意图；
3.图3是本发明生产的电弧涂层石英玻璃坩埚剖面示意图。
1石英坩埚      2石墨模具  3水冷套    4高速旋转部件
5石墨电极      6电弧柱    7.电弧电源 8气体导流板
9石英加料管    10旋转接头 11.电磁阀  12.加料瓶
13超高纯水晶粉 13.振动器  15.SiO2热气流
具体实施方式
本发明的内容是：引用贝努利原理，在整个产品制作过程中通过控制不同阶段的电压(145～160V)、电流(450～1000A)来间接控制电弧状态的温度达到间接熔融石英玻璃粉料的目的，并在适宜的阶段和适宜的时间内向内表面均匀喷涂一定量的超高纯水晶粉，使内表面生成0.5-0.8mm透明石英玻璃层，达到产品透明层组织结构从低温α-石英晶相转化为高温α-方石英晶相结构，并给予一定的晶相转化条件最终成为更能适应电子级产品要求，实现生产大规格单晶硅棒，能抵御在长时间内抗析晶能力，更高温状态下具有机械强度的产品。
从图1中可以看到，本实用新型包括石墨模具2，在石墨模具2内设有石英加料管9，石英加料管9与加料瓶12相通，在石英加料管的中间设有旋转接头10，在加料瓶内设有振动器13。水冷套3和用于成型的石墨模具2，通过高速旋转部件4所形成的离心力使水晶粉料成型为石英坩埚1的形状，再通过石墨电极5短路引弧形成电弧柱6熔融而成石英坩埚1坯件，在熔融过程中通过电磁振动器14使超高纯水晶粉13以一定的流速经过石英加料管9而引入石英坩埚内壁，旋转接头10调整不同角度，位置而使石英坩埚内壁形成一层均匀、无气泡的透明玻璃层。
电弧坩埚涂层加料位置及速度控制：
本发明在坩埚熔融过程中，加料系统在熔制炉一侧。电弧涂层坩埚加料系统，采用可调控的电磁振动，通过调整电流(0.8～1.2A)达到调整震动的目的，保证高纯水晶粉(其颗粒度为80～120目)按生产坩埚规格的大小，以每分钟120～150g的加料速度在2～5分钟内将粉料均匀地加到坩埚内。同时，通过调节旋转接头，使石英加料管以与旋转轴15度的角度往返摆动，而使水晶粉料均匀地喷涂到坩埚内壁不同位置。不同规格加料量及加料速度均应严格控制，加料速度过快，粉料未能及时熔化会产生气泡与气泡分隔层，且内壁涂层不均匀，加料速度过慢，粉料易挥发，而使得料率偏低，涂层厚度达不到要求，本发明控制加料速度以每分钟120-150g为宜。
控制SiO2挥发物，解决坩埚内壁缺陷。
利用电弧作为热源，其中心温度高达3000℃以上，而水晶粉料在1713℃就熔化了，所以通过涂层加料方式，有相当部分SiO2已经呈气化状态，而坩埚部分气压较高，气流由内向外散发，挥发物有相当部分吸附在石墨电极上，并脱落到坩埚内表面造成坩埚内表面凹凸不平及疵点成为废品。本发明增加一块具有一定弧度(R450mm)的气体导流板8，引导SiO2热气流15向坩埚外空间散发而解决了此缺陷。
实施例：
坩埚直径(mm)     305     355     406
电流(A)     0.8     1.0     1.2
粉料颗粒度(目)     120     120     80
加料时间(min)     2     3     5
加料速度(g/min)     120     130     150
涂层厚度(mm)     0.5     0.6     0.8
本发明的上述实施例是12英寸～16英寸电弧涂层石英玻璃坩埚，制造工艺程序基本相同，能使玻璃内壁产生0.5～0.8mm的涂层厚度。

Claims (3)

1.电弧涂层石英玻璃坩埚的生产设备，包括石墨模具，其特征是：在石墨模具内设有石英加料棒，石英加料棒与加料瓶相通，在石英加料棒的中间设有旋转接头，在加料瓶内设有振动器。
2.根据权利要求1所述的电弧石英玻璃坩埚的生产设备，其特征是：在石墨模具上方设有气体导流板。
3.一种采用权利要求1或2所述的生产设备制造电弧涂层石英玻璃坩埚的工艺，其特征是：采用可调控的电磁振动，通过调整电流在0.8～1.2A之间，达到调整振幅的目的，保证颗粒度为80～120目水晶粉按生产坩埚规格的大小在2～5分钟内，按照加料速度以每分钟120-150g让粉料均匀地加到坩埚内；同时，通过调节旋转接头，使石英加料管以与旋转轴15度的角度往返摆动，从而使水晶粉料均匀地喷涂到坩埚内壁不同位置。
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