CN103951170A - 一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备 - Google Patents

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Abstract

一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备，属于石英坩埚高温熔炼的方法及其设备技术领域，一种制作石英坩埚的节电方法是在使用球墨铸铁坩埚模具、以高纯石英砂为原料、制作石英坩埚的高温熔炼过程中，预先细化制作石英坩埚的原材料，其粒度由50-200目细化至80-300目；提高熔炼温度，球墨铸铁坩埚模具中心温度提高到2600-3200℃；增加球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)，由18-38mm，增加至30-50mm；一种制作石英坩埚的节电设备中，常用于制作18、20、22或24英寸石英坩埚的球墨铸铁坩埚模具与原球墨铸铁坩埚模具比较，侧壁厚度分别从18、25、30、38mm，增厚到30、38、45、50mm；本发明的有益效果是：降低了热量的流失，提高了模具内的温度，缩短了熔制时间，使每制作1个石英坩埚耗电量降低了10-20度。

Description

一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备
技术领域
本发明为一种制作石英坩埚的方法及其设备，特别涉及一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备，属于石英坩埚高温熔炼的方法及其设备技术领域。
背景技术
用电弧法制的半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅、发展大规模集成电路必不可少的基础材料，是作为太阳能、半导体行业切克拉斯基法(cz)拉制单晶硅必不可少的容器。总所周知，石英坩埚是用高纯石英砂为原料，在石墨模具或金属模具中进行高温熔炼并在冷却过程中旋转成型而制取的。
以含量为99.9999％的高纯石英砂为原料，制作石英坩埚的高温熔炼过程的现有技术中，原材料高纯石英砂的粒度为50-200目，粒度比较大，高温下不易熔化；球墨铸铁坩埚模具中心温度为2400-2900℃，熔炼温度不够高，使高纯石英砂不易熔化，导致熔炼时间增加，总耗能量增加；同时，现在制作18、20、22或24英寸石英坩埚时所使用的球墨铸铁坩埚模具侧壁薄，侧壁厚度分别为18、25、30、及38mm，保温效果差，也导致耗电量增加。制作1个常用18、20、22或24英寸的石英坩埚，耗电量分别为60、80、100、及120度电，是非常惊人的，这在很大程度上制约了石英坩埚的生产及其发展，如何降低用电量，节约能源成为各石英坩埚生产厂家的研究课题，及各石英坩埚生产厂家所在的上级科技主管部门技术攻关的重点项目。
发明内容
本发明的目的是针对上述制作石英坩埚现有技术中，存在高纯石英砂粒度比较大、熔炼温度不够高、球墨铸铁坩埚模具侧壁薄，导致制作石英坩埚的高温熔炼过程耗电量大的缺陷，提供了一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备，可以达到高纯石英砂粒度比较小、熔炼温度适当提高、球墨铸铁坩埚模具侧壁厚，达到制作石英坩埚的高温熔炼过程耗电量降低的目的。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种制作石英坩埚的节电方法，包括使用球墨铸铁坩埚模具、以含量为99.9999％的高纯石英砂为原料、制作石英坩埚的高温熔炼过程，具体方法为：
(1)细化制作石英坩埚的原材料，使高纯石英砂在高温状态下易熔化；
(2)提高熔炼温度，使熔炼时间缩短；
(3)增加球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)，提高球墨铸铁坩埚模具的保温能力。
更进一步，具体方法为：
(1)原材料高纯石英砂的粒度由50-200目细化至80-300目；
(2)熔炼时，球墨铸铁坩埚模具中心温度提高200-300℃，提高到2600-3200℃；
(3)球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)由18-38mm增加至30-50mm。
一种制作石英坩埚的节电设备，包括坩埚熔炼室、熔炼电极、坩埚遮热板、球墨铸铁坩埚模具、移动底座和电源装置，所述墨铸铁坩埚模具包括侧壁和底部；所述熔炼电极和坩埚遮热板设置在坩埚熔炼室内；所述球墨铸铁坩埚模具设置在移动底座上，球墨铸铁坩埚模具能由移动底座推入坩埚熔炼室内、坩埚遮热板下方，坩埚遮热板包括中心孔；熔炼电极在坩埚遮热板上方，熔炼电极向下移动时，其下端能穿过坩埚遮热板中心孔、进入球墨铸铁坩埚模具；所述电源装置设置在坩埚熔炼室一侧，电源装置与熔炼电极电连接，其特征在于：几个常规型号与原球墨铸铁坩埚模具比较，侧壁厚度增加情况如表1所示：
表1：
所述球墨铸铁坩埚模具侧壁和底部设置有抽真空小孔，坩埚遮热板与球墨铸铁坩埚模具上端面的距离由原来的12-20cm缩短为8-14cm，抽真空小孔及坩埚遮热板与球墨铸铁坩埚模具上端面的距离使得球墨铸铁坩埚模具的保温性能进一步改善。
所述电源装置设置在坩埚熔炼室一侧，电源装置包括固定架，外线圈，及中心的绝缘块和铁芯，所述外线圈为圆柱形，使外线圈与中心的绝缘块和铁芯间的空间增大，绝缘块和铁芯在外线圈内上下移动时，不容易碰到外线圈内壁，从而容易调节熔炼电源来控制电极，精确控制熔练温度，达到进一步节电的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明方法及设备降低了热量的流失，提高了模具内的温度，缩短了熔制时间，使耗电量大为降低，本发明中，制作1个常用18、20、22或24英寸的石英坩埚用电量与原制作石英坩埚的方法用电量比较如表2所示：
表2：
(2)可降低坩埚熔炼室周围的温度，改善操作人员的工作环境，促进操作人员的身体健康，使他们能安心本工作岗位，保驾生产正常进行。
附图说明
图1是：一种制作石英坩埚的节电设备总装图；
图2是：设置有抽真空小孔的球墨铸铁坩埚模具剖视图；
图3-1是：电源装置主视放大图；
图3-2是：电源装置俯视放大图。
附图标记说明：坩埚熔炼室1、电极2、坩埚遮热板3、球墨铸铁坩埚模具4、侧壁401、底部402、抽真空小孔403、移动底座5、电源装置6、固定架601，外线圈602，及中心的绝缘块603、铁芯604。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1至图3-2所示，一种制作石英坩埚的节电方法及其节电设备；一种制作石英坩埚的节电方法包括使用球墨铸铁坩埚模具，以含量为99.9999％的高纯石英砂为原料，制作石英坩埚的高温熔炼过程，具体方法为：
(1)细化制作石英坩埚的原材料，使高纯石英砂在高温状态下易熔化；
(2)提高熔炼温度，使熔炼时间缩短；
(3)增加球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)，提高球墨铸铁坩埚模具的保温能力。
更进一步，具体方法为：
(1)使用上海科利瑞克机器有限公司的三环微粉磨粉机，型号为HGM125，把原材料高纯石英砂的粒度由50-200目研磨细化至80-300目；
(2)熔炼时，球墨铸铁坩埚模具中心温度提高200-300℃，提高到2600-3200℃；
(3)球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)为30mm。
一种制作石英坩埚的节电设备，包括坩埚熔炼室1、熔炼电极2、坩埚遮热板3、球墨铸铁坩埚模具4、移动底座5和电源装置6，所述墨铸铁坩埚模具4包括侧壁401和底部402；所述熔炼电极2和坩埚遮热板3设置在坩埚熔炼室1内；所述球墨铸铁坩埚模具4设置在移动底座5上，球墨铸铁坩埚模具4能由移动底座5推入坩埚熔炼1室内、坩埚遮热板3下方，坩埚遮热板3包括中心孔；熔炼电极2在坩埚遮热板3上方，熔炼电极2向下移动时，其下端能穿过坩埚遮热板3中心孔、进入球墨铸铁坩埚模具4；所述电源装置6设置在坩埚熔炼室1一侧，电源装置6与熔炼电极2电连接。
所述球墨铸铁坩埚模具4侧壁401和底部402设置有抽真空小孔403，坩埚遮热板3与球墨铸铁坩埚模具4上端面的距离由原来的12-20cm缩短为8-14cm，抽真空小孔403及坩埚遮热板3与球墨铸铁坩埚模具4上端面的距离使得球墨铸铁坩埚模具4的保温性能进一步改善。
所述电源装置6设置在坩埚熔炼室1一侧，电源装置6包括固定架601，外线圈602，及中心的绝缘块603和铁芯604，所述外线圈602为圆柱形，使外线圈602与中心的绝缘块603和铁芯604间的空间增大，绝缘块603和铁芯604在外线圈602内上下移动时，不容易碰到外线圈602内壁，从而容易调节熔炼电源来控制电极2，精确控制熔练温度，达到进一步节电的目的。
该方法按照如下步骤进行操作：把高纯石英砂倒入球墨铸铁坩埚模具5内，通过离心力用成型棒成型后，把球墨铸铁坩埚模具5拉进坩埚熔炼室；熔炼电极2通电起弧，在2600-3200℃的高温下熔炼8-14分钟-90分钟；自然冷却4-8分钟，取出后打磨整形即可。
实施例2-4：
实施例2-4的本发明球墨铸铁坩埚模具5侧壁厚度S如表2所示：
表2
余同实施例1。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的四种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种制作石英坩埚的节电方法，包括使用球墨铸铁坩埚模具、以含量为99.9999％的高纯石英砂为原料、制作石英坩埚的高温熔炼过程，其特征在于：
(1)细化制作石英坩埚的原材料，使高纯石英砂在高温状态下易熔化；
(2)提高熔炼温度，使熔炼时间缩短；
(3)增加球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)，提高球墨铸铁坩埚模具的保温能力。
2.根据权利要求1所述的一种制作石英坩埚的节电方法，其特征在于：
(1)原材料高纯石英砂的粒度由50-200目细化至80-300目；
(2)熔炼时，球墨铸铁坩埚模具中心温度提高200-300℃，提高到2600-3200℃；
(3)球墨铸铁坩埚模具的侧壁厚度(S)由18-38mm增加至30-50mm。
3.一种制作石英坩埚的节电设备，包括坩埚熔炼室、熔炼电极、坩埚遮热板、球墨铸铁坩埚模具、移动底座和电源装置，所述墨铸铁坩埚模具包括侧壁和底部；所述熔炼电极和坩埚遮热板设置在坩埚熔炼室内；所述球墨铸铁坩埚模具设置在移动底座上，球墨铸铁坩埚模具能由移动底座推入坩埚熔炼室内、坩埚遮热板下方，坩埚遮热板包括中心孔；熔炼电极在坩埚遮热板上方，熔炼电极向下移动时，其下端能穿过坩埚遮热板中心孔、进入球墨铸铁坩埚模具；所述电源装置设置在坩埚熔炼室一侧，电源装置与熔炼电极电连接，其特征在于：几个常规型号与原球墨铸铁坩埚模具比较，侧壁厚度增加情况如表1所示：
表1：
4.根据权利要求3所述的一种制作石英坩埚的节电设备，其特征在于：所述球墨铸铁坩埚模具侧壁和底部设置有抽真空小孔。
5.根据权利要求3所述的一种制作石英坩埚的节电设备，其特征在于：所述坩埚遮热板与球墨铸铁坩埚模具上端面的距离为8-14cm。
6.根据权利要求3所述的一种制作石英坩埚的节电设备，所述电源装置设置在坩埚熔炼室一侧，电源装置包括固定架，外线圈，及中心的绝缘块和铁芯，其特征在于：所述外线圈为圆柱形。
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