CN102312287A

CN102312287A - 具备改进的水冷却结构的坩埚轴

Info

Publication number: CN102312287A
Application number: CN201110186144A
Authority: CN
Inventors: 朱亮; 王魏; 郭建宇; 曹建伟; 邱敏秀
Original assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及硅单晶生产的单晶炉设备，旨在提供一种具备改进的水冷却结构的坩埚轴。该坩埚轴的前端具备与热场石墨轴端部相适应的外部形状，坩埚轴的后端沿轴向设置冷却水的进水管和出水管；坩埚轴的内部设有一个空腔，该空腔的存在使得坩埚轴呈空心的壳体状结构；进水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿环设一挡水板，使得挡水板与坩埚轴前端壳体之间、挡水板与坩埚轴侧面壳体之间成为冷却水的流动通道。在原有坩埚轴的基础上，对坩埚轴的内部冷却水流通水路的结构作了合理的优化，坩埚轴冷却效率由原来的30％提高至80％，坩埚轴使用过程中未曾发生与石墨轴烧结、坩埚轴紧固螺丝熔断等现象。

Description

具备改进的水冷却结构的坩埚轴

技术领域

本发明涉及硅单晶生产的单晶炉设备，特别涉及一种具备改进的水冷却结构的坩埚轴。

背景技术

在直拉法硅单晶生长炉的生产运行中，是通过坩埚轴运动控制坩埚的旋转和升降的。坩埚和其它热场部件采用石墨材料加工而成，在使用过程中可以承受内部环境约1600℃的高温。单晶炉与热场坩埚部件通过不锈钢坩埚轴连接，不锈钢本身不能承受连接处高温，需要在坩埚轴内部通以冷却水以起到保护作用。

目前普遍采用的坩埚轴如图1所示。其后端设置进出水管，因其前端无特殊结构设计，冷却水被引入后即返回，冷却水流通行程短，冷却效果差。这样在长时间运行后，坩埚轴端部较热，经常会发生石墨坩埚轴与不锈钢坩埚轴被烧结在一起，将两者分离困难，较大的外力冲击下造成石墨轴损坏、不锈钢轴产生微裂纹以致漏水的情况，更严重的会造成轴锁紧螺丝熔断在不锈钢轴的螺孔内，拆除更加困难。使用传统水冷结构的不锈钢坩埚轴这些现象的频繁发生，使用寿命受严重影响，给生产和日常的检查、维修都带来不便。自直拉法硅单晶生长炉投入使用以来，迄今已有93年，但坩埚轴水冷却结构始终未能有效改进，给相关生产企业带来严重困扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具备改进的水冷却结构的坩埚轴。

为解决技术问题，本发明提供的方案是：

提供一种具备改进的水冷却结构的坩埚轴，坩埚轴的前端具备与热场石墨轴端部相适应的外部形状，坩埚轴的后端沿轴向设置冷却水的进水管和出水管；坩埚轴的内部设有一个空腔，该空腔的存在使得坩埚轴呈空心的壳体状结构；进水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿环设一挡水板，使得挡水板与坩埚轴前端壳体之间、挡水板与坩埚轴侧面壳体之间成为冷却水的流动通道。

作为一种改进，所述坩埚轴的前端具备内凹或外凸的锥台形状，所述空腔中的挡水板具备与该锥台形状相适应的形状。

作为一种改进，所述进水管和出水管为同心环状设置；即，在坩埚轴的后端沿轴向开设一个连接所述空腔的通孔，通孔的中心设一管道，该管道的内部通道作为进水管或出水管，而管道外壁与通孔内壁之间的通道则相应地作为出水管或进水管。

作为一种改进，所述挡水板与坩埚轴的侧面壳体内壁之间，设置用于固定连接的筋条。

作为一种改进，所述坩埚轴的前端以及与前端相接的部分侧面壳体是一个单独的预制件，通过坩埚轴侧面壳体上一个沿径向圆周方向的连接部位，与坩埚轴后端相接的侧面壳体实现连接。

作为一种改进，所述连接部位的连接方式是焊接连接或螺纹密封连接中的任意一种。

本发明的有益效果是：

在原有坩埚轴的基础上，对坩埚轴的内部冷却水流通水路的结构作了合理的优化，通过增加挡水板、改变流道的位置，增大散热面积，减小水道与散热面的距离，来提升坩埚轴的冷却效果。经实际运用的检测，采用本发明后，坩埚轴冷却效率由原来的30％提高至80％，坩埚轴使用过程中未曾发生与石墨轴烧结、坩埚轴紧固螺丝熔断等现象。

附图说明

图1为原有的坩埚轴示意图；

图2为具备改进的水冷却结构的坩埚轴。

图3为图2中A-A向截面图；

附图标记：坩埚轴1，筋条2，连接部位3，挡水板4，管道5。

具体实施方式

本实施例中的具备改进的水冷却结构的坩埚轴如图2所示。

坩埚轴1的前端具备与热场石墨轴端部相适应的外部形状。本实施例中为内凹的锥台形状，锥台的底端设置具有内螺纹的沉孔。这样的设计适应于目前通常所用的热场石墨轴端部形状。当然，如果将热场石墨轴端部形状改为内凹状，也可以将坩埚轴前端设计为外凸的锥台形状与之相配。

坩埚轴1的后端沿轴向设置冷却水的进水管和出水管；进水管和出水管为同心环状设置；即，在坩埚轴的后端沿轴向开设一个连接所述空腔的通孔，通孔的中心设一管道5，管道5的内部通道作为进水管或出水管，而管道5外壁与通孔内壁之间的通道则相应地作为出水管或进水管。

坩埚轴1的内部设有一个空腔，该空腔的存在使得坩埚轴1呈空心的壳体状结构；进水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿环设一挡水板4，使得挡水板4与坩埚轴1前端壳体之间、挡水板4与坩埚轴1侧面壳体之间成为冷却水的流动通道。因为空腔的形状是根据坩埚轴的前端变化的，为适应于空腔的形状，挡水板4也具备与坩埚轴的前端相适应的形状。挡水板4与坩埚轴1的侧面壳体内壁之间，可以根据实际需要设置用于固定连接的筋条2；筋条2的数量根据实际需求设定，均匀分布。

因为挡水板4是置于坩埚轴1的空腔之中的，所以基于其安装的需要，坩埚轴1的壳体必须采用分体式设计。本发明中的方法是设计一个沿径向圆周方向的连接部位3。即，坩埚轴1的前端以及与前端相接的部分侧面的壳体是一个单独的预制件，先将挡水板4、筋条2焊接固定在坩埚轴1后端的侧面壳体内壁，然后将预制件连接至与坩埚轴1后端相接的侧面壳体。本实施例中，连接部位3选用的连接方式是焊接连接。当然，螺栓密封连接也是可选方式。

本实施例中，坩埚轴1、挡水板4和管道5都以不锈钢材料制备而成。管道5的内部作为进水管，管道5与坩埚轴1后端通孔内壁之间存在5mm环状间隙，作为出水管。

本发明的具体使用举例如下：

单晶炉开始拉晶工作时，随着坩埚炉温度的升高，坩埚轴温度也随之升高，冷却水从进水管进入，在末端依次通过挡水板4与坩埚轴1前端部壳体之间的通道、挡水板4与坩埚轴1侧面壳体之间的通道，最后从进水管与坩埚轴后端通孔内壁之间的环状间隙流出。单晶炉内部温度达到1400℃时，冷却水流量控制为10～15L/min，单晶炉内部温度达到1600℃时，冷却水流量控制为15～20L/min。冷却水进水温度范围控制在24℃～28℃，当冷却水出水温度超过35℃，发出超温报警信号。

Claims

1.具备改进的水冷却结构的坩埚轴，坩埚轴的前端具备与热场石墨轴端部相适应的外部形状，坩埚轴的后端沿轴向设置冷却水的进水管和出水管；其特征在于，坩埚轴的内部设有一个空腔，该空腔的存在使得坩埚轴呈空心的壳体状结构；进水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿环设一挡水板，使得挡水板与坩埚轴前端部壳体之间、挡水板与坩埚轴侧面壳体之间成为冷却水的流动通道。

2.根据权利要求1所述的具备水冷却结构的坩埚轴，其特征在于，所述坩埚轴的前端具备内凹或外凸的锥台形状，所述空腔中的挡水板具备与该锥台形状相适应的形状。

3.根据权利要求1所述的具备水冷却结构的坩埚轴，其特征在于，所述进水管和出水管为同心环状设置；即，在坩埚轴的后端沿轴向开设一个连接所述空腔的通孔，通孔的中心设一管道，该管道的内部通道作为进水管或出水管，而管道外壁与通孔内壁之间的通道则相应地作为出水管或进水管。

4.根据权利要求1至3任意一项中所述的具备水冷却结构的坩埚轴，其特征在于，所述挡水板与坩埚轴的侧面壳体内壁之间，设置用于固定连接的筋条。

5.根据权利要求1至3任意一项中所述的具备水冷却结构的坩埚轴，其特征在于，所述坩埚轴的前端以及与前端相接的部分侧面壳体是一个单独的预制件，通过坩埚轴侧面壳体上一个沿径向圆周方向的连接部位，与坩埚轴后端相接的侧面壳体实现连接。

6.根据权利要求5所述的具备水冷却结构的坩埚轴，其特征在于，所述连接部位的连接方式是焊接连接或螺纹密封连接中的任意一种。