CN102134744A - 多晶硅铸锭炉隔热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅铸锭炉隔热装置，涉及多晶硅铸锭炉热场保温技术领域，在坩埚和加热器的外部设置有隔热笼，隔热笼由钢架及为钢架所固定的隔热板所构成，四周的隔热笼内侧板外设置有隔热笼外侧板，隔热笼内、外侧板均分为上下两部分，在上隔热笼内侧板的内侧设置有1－4块C/C复合板，C/C复合板通过固定螺丝与上隔热笼内侧板和上隔热笼外侧板固定起来。所述的C/C复合板为炭材料复合板。本发明的有益效果是：减少原隔热板长时间高温烘烤导致的掉粉现象，提升隔热笼内部的保温性能，有效提高硅锭质量，减少硅锭碳含量和阴影；可使隔热板内侧保温板的使用寿命延长至2年左右。节能降耗、降低生产成本。

Description

多晶硅铸锭炉隔热装置
技术领域
本发明涉及多晶硅铸锭炉技术领域，尤其是多晶硅铸锭炉热场保温技术领域。
背景技术
多晶硅铸锭炉隔热笼包括顶板、底板和四周的侧板，且隔热笼侧板分为上下两部分和内外两层。隔热笼上部分内侧隔热板离侧面加热器较近且隔热板为石墨碳毡材料，长时间高温烘烤后隔热板会出现严重粉化；当隔热笼侧板上下运动时，侧板与顶板摩擦使粉化的石墨粉滑落。长此下去侧面内侧隔热板就会变薄，进而影响隔热笼的整体保温效果，导致运行时加热功率增加和热场的温度梯度出现不均匀，从而导致硅锭长晶时出现阴影。滑落的石墨粉进入熔化的硅液中，使硅锭的碳化物严重超标。为了保证炉子的正常使用和硅锭的质量指标，隔热笼上部分内侧保温板使用1年左右就需要更换。这样，无疑增加了成本，且在一定程度上影响生产进度。
因此解决好此问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种多晶硅铸锭炉隔热装置，它克服了现有技术的缺陷，可大大减少隔热板粉化，延长设备的使用寿命，降低生产成本，提高硅锭的质量指标。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
多晶硅铸锭炉隔热装置，在坩埚和加热器的外部设置有隔热笼，隔热笼由钢架及为钢架所固定的隔热板所构成，隔热笼为矩形体，共有六个面，其中，四周的隔热笼内侧板分为上下两部分，即上隔热笼内侧板和下隔热笼内侧板；隔热笼内侧板外设置有隔热笼外侧板，隔热笼外侧板分为上下两部分，即上隔热笼外侧板和下隔热笼外侧板；其特征在于：在上隔热笼内侧板的内侧设置有1－4块防护板，所述的防护板指C/C复合板，C/C复合板通过固定螺丝与上隔热笼内侧板和上隔热笼外侧板固定起来。
本发明还可通过以下方案进一步实现：
在下隔热笼内侧板的内侧设置有1－4块C/C复合板，C/C复合板通过固定螺丝与下隔热笼内侧板和下隔热笼外侧板固定起来。
其中，下部的C/C复合板与上部的C/C复合板相对接。
所述的C/C复合板为一种炭材料复合板；具体可以是炭纤维复合板。
所述的固定螺丝指石墨螺杆和石墨螺母，即均为石墨材料制作。
所述的C/C复合板长为100－130 cm，宽为50－60cm，厚为0.3－1cm；进一步是长为110－120 cm，宽为52－58cm，厚为0.4－0.6cm；优选为长为118cm，宽为57cm，厚为0.5cm。如果采用为4块，则4块C/C复合板可选择同样大小。
所述的C/C复合板要求：碳元素含量≥99%。
所述的C/C复合板要求：Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni总杂质含量≤1ppm。
所述的C/C复合板要求：耐1500℃以上高温，即长期工作在1500℃以上（含1500℃）不变形；具体为可长期承受1500－2200℃温度不变形。
所述的C/C复合板要求：平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度均≥5MPa、拉伸模量≥30GPa、导热率≥2W/mK、热膨胀系数≥0.2×10-6/K。
优选为：平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度均大于或等于10MPa、拉伸模量大于或等于45GPa、导热率大于或等于3W/mK、热膨胀系(450℃) 大于或等于0.5×10-6/K。
所述的C/C复合板平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度不相同；即平行纤维方向的拉伸强度大于垂直纤维方向的拉伸强度；可选择平行纤维方向的拉伸强度为垂直纤维方向拉伸强度10－100倍。具体如平行纤维方向的拉伸强度选择50－1000MPa；垂直纤维方向的拉伸强度选择5－15 MPa。
本发明的有益效果是：在原有的隔热笼隔热板内侧增加一层炭/炭复合材料复合板，减少原隔热板长时间高温烘烤导致的掉粉现象，提升隔热笼内部的保温性能，可有效提高硅锭质量，减少硅锭碳含量和阴影；经对隔热板内侧保温板使用状态测算，可使隔热板内侧保温板的使用寿命延长至2年左右。从而总体实现了延长设备的使用寿命，提高产品质量，节能降耗、降低生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1为炉腔，2为C/C复合板，3为固定螺丝，4为加热器，5为坩锅，6为支撑柱，7为隔热笼底板，8为石墨冷却块，9为隔热笼内侧板，10为隔热笼外侧板，11为加热器固定杆，12为观察管，13为隔热笼顶板，14为隔热提升丝杆。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例：
如图1所示，炉腔1为一腔体，内设置有坩埚5，坩埚5置于石墨冷却块8上，石墨冷却块8为支撑柱4所支撑，支撑柱4穿过下部隔热笼底板7，底端固定于炉腔1内壁上；在坩锅5的上方设置有加热器4，加热器4固定于加热器固定杆11下端，炉腔1的中央自上而下设置有观察管12；隔热笼设置于坩埚5和加热器4的外部，隔热笼的结构是：隔热笼由钢架及为钢架所固定的隔热板所构成，隔热笼为矩形体，共有六个面，其中，隔热笼固定部分包括：上面为隔热笼顶板13，下面为隔热笼底板7；隔热笼活动部分包括：四周为隔热笼内侧板9，隔热笼内侧板9为双层石墨碳毡板，隔热笼内侧板9分为上下两部分，即上隔热笼内侧板9和下隔热笼内侧板9；隔热笼内侧板9外设置有隔热笼外侧板10，隔热笼外侧板10分为上下两部分，即上隔热笼外侧板10和下隔热笼外侧板10。
在上隔热笼内侧板9的内侧设置有C/C（炭/炭）复合板2，并通过固定螺丝3将C/C复合板2与隔热笼内侧板9和隔热笼外侧板10固定起来。本发明设置4块，即上面四块，也可根据需要仅设置上面8块，即上面四块，下面四块；分开设置便于拆装及运输。
C/C复合板材料构成为一种炭材料复合板，制作时，可采用现有的炭纤维板制作技术制作；固定螺丝3（螺杆和螺母）为石墨材料制作。C/C复合板2为耐高温材料，C/C复合板2要求：耐高温，长时间工作在1500℃以上（一般要求1500-2200℃）。碳元素含量大于或等于99%、平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度均大于或等于10MPa（平行纤维方向拉伸强度大于垂直纤维方向拉伸强度）、拉伸模量大于或等于45GPa、导热率大于或等于3W/mK、热膨胀系(450℃) 大于或等于0.5×10-6/K。C/C复合板2材料的杂质测量值：Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni总杂质含量小于或等于1ppm。
C/C复合板2的参数也可以进行以下选择：平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度均大于或等于15MPa（其中，水平方向纤维拉伸强度大于或等于500MPa、垂直纤维方向拉伸强度均大于或等于15MPa）、拉伸模量大于或等于50GPa、导热率大于或等于4W/mK、热膨胀系(450℃) 大于或等于0.8×10-6/K。
C/C复合板2的存在，可以保护隔热笼侧板7免受高温烘烤而产生严重掉粉。增加的四块C/C复合板2为同样大小，每块长100－130 cm，宽50－60cm，厚0.3－1.0cm。优选的长度为118cm，宽为57cm，厚为0.5cm。
隔热提升丝杆14下端固定于隔热笼活动部分上部相应的钢架上。当需要调整温度时，可提升隔热笼的活动部分，此时，隔热笼内侧板9、隔热笼外侧板10及 C/C复合板2提升至一定高度，隔热笼活动部分的下部与隔热笼底板7连接缝隙较大，隔热笼热量从缝隙散出，形成温度梯度，即上下温差，上面高下面低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.多晶硅铸锭炉隔热装置，在坩埚和加热器的外部设置有隔热笼，隔热笼由钢架及为钢架所固定的隔热板所构成，隔热笼为矩形体，共有六个面，其中，四周的隔热笼内侧板分为上下两部分，即上隔热笼内侧板和下隔热笼内侧板；隔热笼内侧板外设置有隔热笼外侧板，隔热笼外侧板分为上下两部分，即上隔热笼外侧板和下隔热笼外侧板；其特征在于：在上隔热笼内侧板的内侧设置有1－4块防护板，所述的防护板指C/C复合板，C/C复合板通过固定螺丝与上隔热笼内侧板和上隔热笼外侧板固定起来。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：在下隔热笼内侧板的内侧设置有1－4块C/C复合板，C/C复合板通过固定螺丝与下隔热笼内侧板和下隔热笼外侧板固定起来。
3.根据权利要求1或2所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：固定螺丝指石墨螺杆和石墨螺母。
4.根据权利要求1或2所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板厚为0.3－1cm。
5.根据权利要求4所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板要求：碳元素含量≥99%。
6.根据权利要求4所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板要求：Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni总杂质含量≤1ppm。
7.根据权利要求4所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板要求：长期承受1500－2200℃温度不变形。
8.根据权利要求4所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板要求：平行纤维方向、垂直纤维方向拉伸强度均≥5MPa、拉伸模量≥30GPa、导热率≥2W/mK、热膨胀系数≥0.2×10-6/K。
9.根据权利要求8所述的多晶硅铸锭炉隔热装置，其特征在于：C/C复合板要求：C/C复合板平行纤维方向的拉伸强度为垂直纤维方向拉伸强度10－100倍。
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