CN102730946B - 热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法 - Google Patents
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Abstract
热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法，首先提供了一套用于石英坩埚的熔制设备，它包括一控制主机，控制主机直连加料系统，并在加料系统侧旁通过加料管道连接若干处于下位的热喷成型装置，控制主机上还连接有电感加热器以及相关附加设备，而基于这种设备的坩埚熔制方法，利用热喷涂生长的方式熔制坩埚，对坩埚模具冷却后，利用下料装置保持下料稳定性，并通过控制主机进行熔制参数控制，并利用热喷装置下料管分三次热喷成型，以制得成品坩埚。利用本发明制得的坩埚能有效适应某些对石英要求使用时间长、温度高、需求纯度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及坩埚的熔制技术，具体为一种热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法。
背景技术
太阳能作为可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便、资源广阔等其他常规能源所不具备的优点，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施以及一体化节能建筑方面。而在太阳能发电领域中，晶体硅光伏发电系统占据新能源光伏发电市场的主要地位，作为光伏发电的主要环节—单晶硅片，市场对单晶的品质要求日益严格，其生产技术的进步是光伏发电产业推广和应用的重要环节，在这一生产环节中，石英坩埚属于该产业链中的上游产品是单晶拉制过程中必须使用的容器，从而对坩埚的强度和纯度提出了更为苛刻的要求。
而普通方法熔制的石英坩埚，气体在熔制时不能完全排出，坩埚壁内的气泡很多，在拉制单晶时温度很高的情况下气泡会产生膨胀破裂，造成气泡和杂质混入正在拉制的单晶棒中，使得单晶氧含量高，密度差纯度受到影响，单晶片使用寿命不长，转换率不达标而且坩埚强度不够拉制过程中容易出现变形。而光伏企业为压缩成本增加硅料投放量延长长晶运行时间，对坩埚高温时间要求越来越长，品质要求越来越高，成本要求越来越低，因而需要研制开发出一种新的热喷生长的石英坩埚，用以符合光伏发电行业的要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法，可用于生产高温下、长时间的抗变形能力、内表面纯度高可以长时间使用的石英坩埚，以解决上述背景技术中的缺点。
首先，本发明公开了一种用于热喷涂生长石英坩埚的熔制设备，这种熔制设备包括一控制主机，其中控制主机直连加料系统，并在加料系统侧旁通过加料管道连接若干处于下位的热喷成型装置，同时，控制主机上还连接有电感加热器，并通过电感加热器连接到开关柜以及补偿柜。
在本发明中，在控制主机上还连接有监视器以及操作控制台，其中，监视器上安装有三个电流表以及三个电压表，且将操作控制台封闭并设置有防音门，以提供一个良好的人机交互界面，并方便提供控制。
在本发明中，在每个热喷成型装置的坩埚末端均连接有真空泵。
在本发明中，所述热喷成型装置包括加料装置、遮热板以及坩埚模具，其中，加料装置位于坩埚模具上方，其下部设置有下料管，下料管上开有双阀门结构用以进行下料控制，同时，下料管中间位置连接到离子水冷却装置，离子水冷却装置采用冷却液内循环，其上部连接电机传动装置；另外，在下料管末端的周边设置有若干散射排布的集束形电极棒，电极棒下部为坩埚模具，同时在坩埚模具以及电极棒之间还设置有一块热喷遮热板。
在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，电机传动装置采用伺服传动直线导轨平滑滚动方式，摩擦系数小，实现7μm级的定位精度，同时，其升降角度可调，以实现传动的平稳性和可靠性。
在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，材料必须采用耐磨、耐腐、耐高温的材料，以实现耐磨高钢性、耐腐及在高温1000℃不变形不氧化的加工要求。
在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，加料装置中的下料管为双层不锈钢管制作，同时，管体经过绝缘处理，以保证下料管靠近坩埚模具的高温弧光区能正常下料。
同时，本发明还公开了一种基于此设备的热喷涂生长石英坩埚的熔制方法，具体包括以下操作步骤：
1、先开启离子水冷却装置，并将冷却水的循环压力保持在0.2Mpa左右，开启十分钟后，给操作控制台送电；
2、打开真空泵的高低缸油位调节阀约5分钟，然后关闭真空泵和水阀电源，调节遮热板位置到水冷套上口120-140mm，生产时可根据具体情况做小范围调整；
3、调整模具转度使之转速为84-86转/分钟，弧焊变压器电流调整为1400A，模具倾斜角度为45度时进行石英砂的上料，并使用成型棒预制成形后送入熔制炉台内；
4、到达到位置后，关闭防音门接通电源，三个电流表达到最大值，三个电压表指针接近0的位置，使二次电压控制在170-220伏的范围内进行熔制；
5、先按正常熔制5-7分钟后把热喷装置下料管下降至设定位置到坩埚上口（5-8cm）处，打开下料装置开始下料，持续1分钟（下料同时打开吹气），在坩埚表面形成0.5-0.8μm的保护层，1分钟后关闭下料装置下料管复位，以上动作完成一个下料周期，熔制3分钟以后，开始第二周期下料，以上下料方法持续3次，即可完成一只热喷涂层石英坩埚的熔制。
有益效果： 本发明利用易于操作，解决了对坩埚时间长、温度高、纯度高的使用要求。其利用热喷工艺在真空层中涂上一层无气泡高纯石英玻璃晶体，覆盖在坩埚表面与坩埚形成一个整体，在高温120小时后气泡都不能穿透无气泡层，坩埚表面与使用前一样完好无损，从而延长使用寿命，保证拉晶的成晶率，同时更加成功地解决了载碱金属向内部扩散的问题，降低了坩埚内层杂质扩散，具有良好的抗析晶性能，也确保了拉晶过程的低氧含量及微粒缺陷，使得成晶率比普通坩埚提高7%。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的设备示意图。
图2为本发明的较佳实施例的热喷成型装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
1、首先，先开启开关柜2以及补偿柜1，把热喷成型装置6上离子水冷却装置15打开，并将离子水的循环水压力保持在0.2Mpa左右，并保持开启，十分钟后给操作控制台9送电；
2、打开真空泵7上的高低缸油位调节阀5分钟，然后关闭真空泵7和离子水冷却装置3，调节热喷遮热板17位置到水冷套上口12mm；
3、调整电机转动装置11使之转速为85转/分钟，并将集束形电极棒14的弧焊变压器电流调整为1400A，并保证坩埚模具18的倾斜角度为45°，通过操作控制台9打开加料装置5，通过加料装置5对热喷成型装置6上的料箱10进行石英砂的上料，保证料箱10里面的50KG高纯石英砂。利用成型棒将石英砂进行预制成形后送入熔制炉台内；
4、到达到位置后，关闭防音门接通电源，三个电流表达到最大值，三个电压表指针接近0的位置，使二次电压控制在170-220伏的范围内进行熔制；
5、先通过控制主机4控制电感加热器3加热，正常熔制5-7分钟后，启动下料装置电源开关，下料管自动下降到指定位置，吹气自动打开，下料阀12自动启动下料，并通过流量控制阀13控制流量，下料1分钟后，下料阀自动关闭，下料管自动上长升到原来位置，吹气自动关闭，第一周期工作完成，熔制3分钟后重复一次下料过程。完成第二周期程序3分钟后第三次启动自动下料装置，完成第三周期程序后，熔制5分钟停止熔化坩埚成品出炉，在此过程中，可通过监视器8观察坩埚的熔制情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.热喷涂生长石英坩埚的熔制设备，包括-一控制主机，其特征在于，控制主机直连加料系统，并在加料系统侧旁通过加料管道连接若干个处于下位的热喷成型装置，控制主机上还连接有电感加热器，并通过电感加热器连接到开关柜以及补偿柜，同时，在控制主机上还连接有监视器以及操作控制台；
所述热喷成型装置包括加料装置、遮热板以及坩埚模具，其中，加料装置位于坩埚模具上方，其下部设置有下料管，下料管上开有双阀门结构用以进行下料控制，同时，下料管中间位置连接到离子水冷却装置，离子水冷却装置采用冷却液内循环，其上部连接电机传动装置；另外，在下料管末端的周边设置有若干个散射排布的集束形电极棒，电极棒下部为坩埚模具，同时在坩埚模具以及电极棒之间还设置有一块热喷遮热板；在每个热喷成型装置的坩埚末端均连接有真空泵。
2.基于权利要求1 所述熔制设备热喷涂生长石英坩埚的熔制方法，其特征在于，具体包括以下操作步骤：
1）先开启离子水冷却装置，并将冷却水的循环压力保持在0.2MPa，开启十分钟后，给操作控制台送电；
2）打开真空泵的高低缸油位调节阀5分钟，然后关闭真空泵和水阀电源，调节遮热板位置到水冷套上口120-140mm，生产时根据具体情况做小范围调整；
3）调整模具转度使之转速为84-86 转/ 分钟，弧焊变压器电流调整为1400A，模具倾斜角度为45 度时进行石英砂的上料，并使用成型棒预制成形后送入熔制炉台内；
4）到达到位置后，关闭防音门接通电源，三个电流表达到最大值，三个电压表指针接近0 的位置，使二次电压控制在170-220 伏的范围内进行熔制；
5）先按正常熔制5-7 分钟后把热喷装置下料管下降至设定位置到坩埚上口5-8cm处，打开下料装置开始下料，持续1 分钟，下料同时打开吹气，在坩埚表面形成0.5-0.8μm的保护层，1 分钟后关闭下料装置下料管复位，以上动作完成一个下料周期，熔制3 分钟以后，开始第二周期下料，以上下料方法持续3 次，即可完成一只热喷涂层石英坩埚的熔制。
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