CN102260035B - 一种石英坩埚高温成形系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及坩埚制品领域，是一种石英坩埚高温成形系统。解决现有技术设备无法制造厚壁坩埚的问题，提供了一种包括坩埚熔制主机，油浸式变压器，液压传动系统，冷却系统，控制系统，排风系统的石英坩埚高温成形系统，油浸式变压器，液压传动系统，冷却系统，控制系统，各自通过电信号或管道与坩埚熔制主机连接。通过本发明设计和大胆科学的技术改造，填补了厚壁石英坩埚的生产空白。
Description
本发明是基于2009年6月10日申请的《26英寸厚壁深腔石英坩埚、其生产方法及设备》专利申请号200910141939.9所进行的分案申请。
技术领域
本发明涉及坩埚制品领域，是一种石英坩埚高温成形系统。
背景技术
国内化工、玻璃行业老的工艺都是使用铂金坩埚来融化原料，因为铂金的市场价格比较高，造成企业成本大幅增加.能替代铂金坩埚的只有石英坩埚，因为石英坩埚的纯度高、稳定性好、价格低。近十年石英坩埚成为化工、玻璃行业融化原料的首选容器。但是，在融化玻璃、化工原料时其原料内有一定的碱金属和碱土金属，对石英坩埚的内壁有一定的腐蚀，作为添加剂的碱金属或碱土金属却又必须要加入到原料中，现有技术的坩埚壁薄，无法满足生产需要，所以现阶段生产厂家往往使用价格昂贵的铂金坩埚，给生产和安全带来很多不必要的麻烦。
为了延长石英坩埚的使用寿命只能加厚坩埚的壁厚来增加石英坩埚的使用次数。作为大多数半导体行业切克拉斯基法(cz)拉制单晶硅用石英坩埚通常的厚度都在9～16mm，国内生产的石英坩埚的最大直径在24英寸(600～615mm).但作为化工、玻璃行业用的大口径，壁厚，寿命长的石英坩埚目前国内还是一片空白。
国内的坩埚制造机都是根据拉制单晶硅的石英坩埚设计，熔制室小，变压器小，主机小，熔制时间不长.制出的坩埚壁薄、外径小，不能解决玻璃、化工行业融料时容积大、埚壁厚、使用寿命长的要求。
发明内容
本发明的一个目的是为解决上述现有技术没有厚壁坩埚，现有坩埚无法满足玻璃、化工行业融料时容积大、埚壁厚、使用寿命长的要求的问题，以及现有的生产工艺和设备无法制造厚壁坩埚的问题，提供一种的石英坩埚高温成形系统。
为实现上述目的，本发明的一个技术方案提了一种
无法达到其生产条件，如何提高模具内的温度，降低热量的流失，加长熔制时间，如何控制石墨电极的的下降速度，精确控制融料的温度是要达到生产目的所必需解决的技术难题。
本发明的第三个技术方案提供了一种26英寸厚壁石英坩埚的生产设备。
一种石英坩埚高温成形系统，包括坩埚熔制主机，油浸式变压器，液压传动系统，冷却系统，控制系统，排风系统，所述坩埚熔制主机通过电信号和信息信号与控制系统连接，油浸式变压器通过电线与坩埚熔制主机连接，液压传动系统通过连杆与坩埚熔制主机连接，冷却系统通过冷却液管与坩埚熔制主机连接，排风系统位于坩埚熔制主机之上。
所述坩埚熔制主机包括坩埚模具、移动底座、电极、电极升降及开闭机构、遮热板升降装置、导轨、支架；遮热板升降装置包括遮热板、丝杆，移动板、锁紧螺栓、石英板，遮热板包括遮热板主体、冷却液管，遮热板主体内部为中空，与冷却液管相通，遮热板主体中部为一圆形孔，圆形孔直径与石英坩埚直径相等，遮热板和支架通过锁紧螺栓连接，支架和移动板固定连接，移动板和导轨滑动连接，移动板和丝杆螺纹连接，导轨和丝杆固定连接；还包括铜套，铜套嵌套于丝杆上。
移动底座水平放置，移动底座内设置有曲轴系统，曲轴系统上部设置有顶杆，移动底座与坩埚模具通过顶杆连接，坩埚模具和遮热板倾斜设置，导轨架设在支架上，导轨与支架固定连接，坩埚模具和遮热板的中轴线与移动底座的中轴线呈6-10°角。
所述坩埚模具和遮热板的中轴线与移动底座的中轴线呈8°角。选择该角度的有益效果在于：1.容易塌料，成型方便；2.加热均匀，坩埚壁厚均匀；3.喷涂效果好，喷涂层厚度均匀。
所述遮热板还包括冷却液管，遮热板内部为中空，与冷却液管相通。
所述遮热板与导轨滑动连接。
所述加料漏斗还包括石英管，加料漏斗为双组漏斗，双组漏斗通过石英管架设在坩埚模具侧上方。
所述移动底座还包括推杆，移动底座架设在地面轨道上，移动底座下部前端设置有推杆。
所述遮热板升降装置，冷却液管为两根，位于遮热板主体一侧的两边。
所述遮热板升降装置，遮热板和锁紧螺栓之间有石英板。
所述遮热板升降装置中，丝杆还包括手柄，手柄位于丝杆下端。
所述冷却系统包括冷却池，冷却泵，冷却液管，隔热水套；所述冷却池通过冷却泵与冷却液管连接，隔热水套位于电极中下部分，通过冷却液管与冷却泵连接。
电极包括铜电极和石墨电极两部分，由螺纹连接在一起；其中铜电极内部由冷却液冷却。
所述遮热板采用了耐高温抗氧化的不锈钢材料制成，又通有冷却液，因此在高温下不变形，所以可将其与模具口距离由原来100～260mm降低为30～100mm。这样大大的减少了热量的散发，保持了熔制温度，现有技术的遮热板在这样的距离下会因高温变形，而造成损毁，同时因为损毁导致生产无法进行。
所述坩埚模具为带环状盖体的坩埚模具，包括坩埚模具主体、石英纤维层、冷却水套，坩埚模具主体由高纯度的石墨组成，坩埚模具主体内壁形状与坩埚外形相对应，石英纤维层在坩埚模具主体外侧，冷却水套在石英纤维层外侧，还包括环状盖体，环状盖体在坩埚模具主体上方，环状盖体的外径等于坩埚模具主体的外径，环状盖体的内径等于坩埚模具主体的内径，环状盖体所使用的是耐高温合金。
所述坩埚模具主体上端口内侧有一个环形凹台，环状盖体下端口内侧有一个环形凸台，坩埚模具主体的环形凹台和环状盖体的环形凸台相匹配，坩埚模具主体的环形凹台和环状盖体的环形凸台压嵌配合。
所述环状盖体的上端面与冷却水套的上端面相齐。
所述油浸式变压器，包括由静铁芯、动铁芯及其之间缠绕的线圈构成的变压器本体，所述变压器本体外层设置有油箱，所述油箱上连接有冷却油循环装置。
冷却油循环装置包括连接所述油箱上的油管，所述油管上分别设置有冷却器和油泵。
除构造上的改变外，同现有的变压器相比，油浸式变压器还改变了线圈匝数，方28、11，线径改为5*14铜牌，铁芯大小，改为760*500*360。使得油浸式变压器可以在额定电流下长时间连续工作、不发热、电流不改变。
本发明通过在操作盘上对照电流表来随时间调节变压器动铁芯升降同步按钮来改变电流的大小，从而满足熔制石英坩埚的温控精度的要求，通过调整操作盘上的电流表和电压表、功率表的准确度来满足熔制坩埚时对温控精度的要求。
及时精确地控制电弧电极深入模具口下约80-240mm，这是通过控制台上按钮来控制液压系统中节流阀开口的大小，来调节通过节流阀的油液的流量，以控制电弧电极的下降速度，这是保持熔制温度的重要一环。
本发明的有益效果在于：
通过利用本发明的设备和工艺生产的26英寸厚壁石英坩埚无论在质量上和外观上都达到了用户的使用要求，填补了国内同类产品的空白。通过本发明设计和大胆科学的技术改造，本发明研制的26英寸厚壁坩埚生产机完全能满足生产需要。并填补了大口径、厚壁电弧石英坩埚制造机国内这一领域的空白。
使用本发明设计设备，比现有技术减少20％-30％的热量流失；比现有技术工艺温度提高约300℃-500℃。熔制时间可以达到60分钟-90分钟或者更长的时间。本发明26英寸厚壁石英坩埚的生产方法以普通电弧石英坩埚的制造方法为基础，降低热量的流失，提高模具内的温度，加长熔制时间，科学控制石墨电极的的下降速度，在操作盘上通过调节电流的大小来精确控制融料的温度。通过原料的重量、融料温度、融料时间、使用的电量、石墨电极的下降时间和位置来控制26英寸厚壁石英坩埚的生产。
本发明解决了传统坩埚机主机小，各部件耐温点低，易氧化或变形的缺陷.由于坩埚口径大、壁厚需要长时间、高功率、高温度来熔制就造成了熔制室内温度过高，主机易损坏，传统的坩埚机在这种高温度、长时间的环境下无法正常工作。本发明通过改变主机的结构和主机的主要部件采用了耐热的不锈钢材料和耐热的铸件材料，并经热处理。这样使主机有良好的耐热性及抗氧化性和良好的减振性及材料组织的稳定性更新主机的使用材料来增加坩埚熔制主机的耐温点，又通过独特的冷却方式彻底解决了熔制室温度过高的技术难题。
另一个要解决的问题是现有技术变压器无法满足电流大、工作时间长的技术难题，现有技术变压器在电流大、工作时间长的工作条件下会发热，发热的变压器工作电流变小，易短路。本发明涉及一种油浸式变压器，包括由静铁芯、动铁芯及其之间缠绕的线圈构成的变压器本体，所述变压器本体外层设置有油箱，所述油箱上连接有冷却油循环装置。
本发明通过改变模具来达到熔制大坩埚的使用要求。传统的模具都是用高纯石墨制成，使用的石墨口径小，易氧化，使用次数少。本发明带环状盖体的坩埚模具抗氧化性强，大大提高了石墨模具的使用寿命，长时间、高温度的情况下本发明带环状盖体的坩埚模具可以使用上千炉次不氧化，很好的解决了石英坩埚的生产成本和产品一致性的生产难题。
说明书附图：
图1是本发明石英坩埚高温成形系统的结构关系示意图
图2是本发明石英坩埚高温成形系统的内部正面结构示意图
图3是本发明石英坩埚高温成形系统的内部侧面结构示意图
图4是本发明石英坩埚高温成形系统的A-A剖面结构示意图
图5是本发明石英坩埚高温成形系统的油浸式变压器结构示意图
图6是本发明石英坩埚高温成形系统的坩埚模具结构示意图
图7是本发明石英坩埚高温成形系统的遮热板俯视结构示意图
图8是本发明石英坩埚高温成形系统的遮热板侧视结构示意图
具体实施方式
下面结合图1-8实施例来进一步说明本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种石英坩埚高温成形系统，包括坩埚熔制主机1，油浸式变压器2，液压传动系统3，冷却系统4，控制系统5，排风系统6，坩埚熔制室7，坩埚熔制主机1位于坩埚熔制室7内，排风系统6位于坩埚熔制室7顶部；所述坩埚熔制主机1通过电信号和信息信号与控制系统5连接，油浸式变压器2通过电线与坩埚熔制主机1连接，液压传动系统3通过连杆与坩埚熔制主机1连接，冷却系统通过冷却液管与坩埚熔制主机1连接，排风系统位于坩埚熔制主机1之上。
所述坩埚熔制主机1包括坩埚模具1.1、移动底座1.2、电极1.3、导向装置1.8、移动架1.9、电极升降及开闭机构1.33、遮热板升降装置1.40、导轨1.6、支架1.7，加料装置1.5；遮热板升降装置1.40包括遮热板1.4、丝杆1.48，移动板1.44、锁紧螺栓1.46、石英板1.47，遮热板1.4包括遮热板主体1.42、冷却液管1.41，遮热板主体1.42内部为中空，与冷却液管1.41相通，遮热板主体1.42中部为一圆形孔，圆形孔直径与石英坩埚直径相等，遮热板1.4和支架1.7通过锁紧螺栓1.46连接，支架1.7和移动板1.44固定连接，移动板1.44和导轨1.6滑动连接，移动板1.44和丝杆1.48螺纹连接，导轨1.6和丝杆1.48固定连接；包括铜套1.49，铜套1.49嵌套于丝杆1.48上；电机正、反转动使丝杠转动，丝杠使铜套1.49上、下移动，通过连杆机构使电极打开或闭合，加料装置1.5位于坩埚模具1.1上方。
移动底座1.2水平放置，移动底座1.2内设置有曲轴系统1.21，曲轴系统1.21上部设置有顶杆1.22，移动底座1.2与坩埚模具1.1通过顶杆1.22连接，坩埚模具1.1和遮热板1.4倾斜设置，导轨1.6架设在支架1.7上，导轨1.6与支架1.7固定连接，坩埚模具1.1和遮热板1.4的中轴线与移动底座1.2的中轴线呈6-10°角。
所述坩埚模具1.1和遮热板1.4的中轴线与移动底座1.2的中轴线呈8°角。选择该角度的有益效果在于：1.容易塌料，成型方便；2.加热均匀，坩埚壁厚均匀；3.喷涂效果好，喷涂层厚度均匀。
所述遮热板1.4还包括冷却液管1.41，遮热板1.4内部为中空，与冷却液管1.41相通。
所述遮热板1.4与导轨1.6滑动连接。
所述加料装置1.5包括料斗1.53，漏斗1.52，加料管1.51，所述料斗为2个，漏斗1.52下方为加料管1.51，双组漏斗通过石英管架设在坩埚模具1.1侧上方。
所述移动底座1.2还包括推杆1.23，移动底座架设在地面轨道上，移动底座1.2下部前端设置有推杆1.23。
所述遮热板升降装置1.40，冷却液管1.41为两根，位于遮热板主体1.42一侧的两边。
所述遮热板升降装置1.40，遮热板1.4和锁紧螺栓1.46之间有石英板1.47。
所述遮热板升降装置1.40中，丝杆1.48还包括手柄1.49，手柄位于丝杆1.48下端。
所述冷却系统4包括冷却池4.1，冷却泵4.2，冷却液管1.41，隔热水套4.3；所述冷却池4.1通过冷却泵4.2与冷却液管1.41连接，隔热水套4.3位于电极1.3中下部分，通过冷却液管1.41与冷却泵4.2连接。
所述电极包括铜电极1.39和石墨电极1.38两部分，由螺纹连接在一起；其中铜电极1.39内部由冷却液冷却。
实施例2：
见图6，一种用用真空加热涂层法制造坩埚的模具1，位于电极1.3下方，包括包括坩埚模具1.11、石英纤维层1.12、冷却水套1.13，坩埚模具1.11由高纯度的石墨组成，坩埚模具1.11内壁形状与坩埚外形相对应，石英纤维层1.12在坩埚模具1.11外侧，冷却水套1.13在石英纤维层1.12外侧，还包括环状盖体1.14，环状盖体1.14在坩埚模具1.11上方，环状盖体1.14的外径等于坩埚模具1.11的外径，环状盖体1.14的内径等于坩埚模具1.11的内径，环状盖体1.14所使用的是耐高温合金。坩埚模具1.11上端口内侧有一个环形凹台，环状盖体1.14下端口内侧有一个环形凸台，坩埚模具1.11的环形凹台和环状盖体1.14的环形凸台相匹配，坩埚模具1.11的环形凹台和环状盖体1.14的环形凸台压嵌配合。所述环状盖体1.14的上端面与冷却水套1.13的上端面相齐。
实施例3：
见图5，一种应用于真空加涂层生产电弧石英坩埚工艺的油浸式变压器2，包括由静铁芯2.1、动铁芯2.2及其之间缠绕的线圈2.3构成的变压器本体，所述变压器本体外层设置有油箱2.4，所述油箱2.4上连接有冷却油循环装置。
冷却油循环装置包括连接所述油箱上的油管2.5，所述油管2.5上分别设置有冷却器2.6和油泵2.7。油浸式变压器2通过导线2.9与电极1.3连接。
Claims (2)
1.一种石英坩埚高温成形设备，其特征在于：包括坩埚熔制主机，油浸式变压器，液压传动系统，冷却系统，控制系统，排风系统，所述坩埚熔制主机通过信息信号与控制系统连接，油浸式变压器通过电线与坩埚熔制主机连接；坩埚熔制主机包括连杆，液压传动系统通过连杆与坩埚熔制主机连接，冷却系统通过冷却液管与坩埚熔制主机连接，排风系统位于坩埚熔制主机之上；所述坩埚熔制主机包括坩埚模具、移动底座、电极、电极升降及开闭机构、遮热板升降装置、导轨、支架；遮热板升降装置包括遮热板、丝杆，移动板、锁紧螺栓、石英板，遮热板包括遮热板主体、冷却液管，遮热板主体内部为中空，与冷却液管相通，遮热板主体中部为一圆形孔，圆形孔直径与石英坩埚直径相等，遮热板和支架通过锁紧螺栓连接，支架和移动板固定连接，移动板和导轨滑动连接，移动板和丝杆螺纹连接，导轨和丝杆固定连接；所述移动底座水平放置，移动底座内设置有曲轴系统，曲轴系统上部设置有顶杆，移动底座与坩埚模具通过顶杆连接，坩埚模具和遮热板倾斜设置，导轨架设在支架上，导轨与支架固定连接，坩埚模具和遮热板的中轴线与移动底座的中轴线呈8°角；所述遮热板与导轨滑动连接，所述遮热板还包括冷却液管，遮热板内部为中空，遮热板内部与冷却液管相通；所述加料漏斗还包括石英管，加料漏斗为双组漏斗，双组漏斗通过石英管架设在坩埚模具侧上方；所述移动底座还包括推杆，移动底座架设在地面轨道上，移动底座下部前端设置有推杆；所述遮热板升降装置，遮热板和锁紧螺栓之间有石英板；所述遮热板升降装置中，丝杆还包括手柄，手柄位于丝杆下端；所述坩埚模具为带环状盖体的坩埚模具，包括坩埚模具主体、石英纤维层、冷却水套，坩埚模具主体由高纯度的石墨组成，坩埚模具主体内壁形状与坩埚外形相对应，石英纤维层在坩埚模具主体外侧，冷却水套在石英纤维层外侧，还包括环状盖体，环状盖体在坩埚模具主体上方，环状盖体的外径等于坩埚模具主体的外径，环状盖体的内径等于坩埚模具主体的内径，环状盖体所使用的是耐高温合金；所述坩埚模具主体上端口内侧有一个环形凹台，环状盖体下端口内侧有一个环形凸台，坩埚模具主体的环形凹台和环状盖体的环形凸台相匹配，坩埚模具主体的环形凹台和环状盖体的环形凸台压嵌配合。
2.根据权利要求1所述石英坩埚高温成形设备，其特征在于：所述油浸式变压器，包括由静铁芯、动铁芯及其之间缠绕的线圈构成的变压器本体，所述变压器本体外层设置有油箱，所述油箱上连接有冷却油循环装置；所述冷却油循环装置包括连接所述油箱上的油管，所述油管上分别设置有冷却器和油泵。
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