CN107779947A - 一种单晶炉籽晶夹头结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单晶炉设备，旨在提供一种单晶炉籽晶夹头结构。该种单晶炉籽晶夹头结构，包括重锤、开口套、夹头护套、籽晶夹头、钨丝绳。本发明的籽晶接头之间通过锥形面定位相连，定位同心度高，受力接触面大，籽晶不易折断。

Description

一种单晶炉籽晶夹头结构

技术领域

本发明是关于单晶炉设备领域，特别涉及一种单晶炉籽晶夹头结构。

背景技术

单晶硅是光伏发电利用太阳能的主要功能材料，对于现在信息社会越来越关键。众所周知，在单晶炉的拉制过程中断晶是籽晶使用中最为头疼的事情，籽晶在拉晶中所占成本微乎其微，但是如果籽晶出现断晶问题，那么损失却是巨大的，包括硅料，石英坩埚，石墨三瓣埚，甚至热场，炉底板击穿等损失，少则几万，多则十几万，断晶现象在拉制过程中由于投料量过大、机械应力、回炉、拉速温度、籽晶剪断等操作细节控制不好等原因，籽晶夹头结构也是个不可忽视的因素。

直通式籽晶腔通过钼销插入籽晶上的孔固定，此种方法局部受力，晶棒太重时，容易造成籽晶断裂。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种内部籽晶接头之间通过锥形面定位相连，定位同心度高、籽晶不易折断的单晶炉籽晶夹头机构。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种单晶炉籽晶夹头结构，包括重锤、开口套、夹头护套、籽晶夹头、钨丝绳，所述重锤的主体为圆柱型结构，圆柱型结构的下端面通过梯形斜面过渡到设有外螺纹的圆柱型螺纹段；重锤的上部有开有方形通槽，设该方形通槽的长为L1，高为H1；重锤的上端面中心开有通孔D，通孔D连通至方形通槽，设该通孔D的孔径为D；

所述开口套为倒T字形的圆柱体开口套，设开口套的总高为H2，外表面大径(即开口套倒T字形下部的外径)为D1，外表面小径(即开口套倒T字形上部的外径)为D2，且满足H1＞H2，L1＞D1，D2＞D；开口套倒T字形上部依靠间隙配合进入重锤的D通孔(即外表面小径为D2的开口套倒T字形上部，依靠间隙配合进入重锤的通孔D)；开口套的内部开有通孔，该通孔包括同心连通的大通孔和小通孔；设大通孔的直径为d1(即在开口套下部内的通孔直径为d1)，小通孔的直径为d2(即在开口套上部内的通孔直径为d2)，满足：d1＞d2；且大通孔的下端破边至开口套的下端(即大通孔下部破边至开口套D1大径处外表面)，在该大通孔的下端边缘还设有一个圆锥面的圆角；

所述钨丝绳的下端是圆柱型台阶结构，且圆柱型台阶结构的底端是球面度为SR的球面；设设该圆柱型台阶结构的底面直径为D3，圆柱型台阶结构的底面(即直径为D3处)和开口套内部的大通孔(通孔直径为d1)能间隙配合，圆柱型台阶结构的底端球面的直径大于D3，钨丝绳本体直径为D4，且D4＜d2，钨丝绳的底端球面和圆柱型台阶结构的总高度为H3；钨丝绳的底端球面能与开口套内部小通孔处的倒角相切；钨丝绳能穿过重锤的通孔D使钨丝绳本体在重锤方形通槽的长度大于开口套的高度，平移开口套使钨丝绳本体进入开口套内部小通孔(直径为d2)中心，然后往上拉钨丝绳使开口套倒T上部进入到重锤D孔中；

开口套倒T字形上部与重锤的通孔D公差间隙配合(即开头套D2与D公差间隙配合)，并通过开口套倒T字形下部台阶连接重锤(即通过D1台阶连接重锤)；且重锤、开口套、钨丝绳还满足：H2+H3＞H1(即在拉制过程中籽晶断裂，重锤向上反弹，无法与钨丝绳脱离，钨丝绳会受弹力影响有一段向上的位移，通过夹头护套的保护，致使开口套不能跑出方形通槽外，从而保护重锤与钨丝绳连接，防止重锤掉落)；

所述籽晶夹头设有中空内腔，中空内腔由上到下依次为内锥形的内腔A、设有内螺纹的内腔B、内腔C，内腔A和内腔B的过渡区为内腔C，过渡区下面还开有直径为d5的结构孔d5与直径为d6的结构孔d6，结构孔d5与结构孔d6通过内腔C的内锥斜面过渡；籽晶夹头的上段(即籽晶夹头中心上段)利用内腔A的内锥面、内腔B内螺纹，和重锤配合连接(依靠锥面做导向定位，螺纹连接)；

籽晶夹头中空内腔的结构和籽晶外表面结构类似，设籽晶结构由上至下为大径为D5、小径为D6的结构，且D5、D6的之间连接的斜面角度与籽晶夹头内腔C角度一致；籽晶放入籽晶夹头内，通过D5与d5、D6与d6结构孔及斜面配合；籽晶夹头过渡区侧边开有延伸至侧表面的通孔，防止单晶炉抽空时把螺纹咬合及锥面配合气密封太好内部气体无法排除影响拉晶；

所述夹头护套为圆环状的夹头护套，夹头护套用于减少内部高温辐射到钨丝绳底端的球面；夹头护套开有钨丝绳能通过的缺口，保证在安装好重锤、开口套、籽晶夹头、籽晶后，能通过该缺口穿过钨丝绳安装在重锤上，用于遮住重锤的方形通槽，从而保护重锤与钨丝绳连接，防止重锤掉落。

作为进一步的改进，所述开口套单边设计有缺口。

作为进一步的改进，所述重锤的外螺纹和籽晶夹头的内螺纹，都与拉晶旋转方向相反，防止在拉制过程中籽晶夹头与重锤螺纹松脱。

作为进一步的改进，所述重锤螺纹段下表面与籽晶上表面的间隙为2～3mm，防止引晶时由于硅液面浮力过多的顶升籽晶。

作为进一步的改进，所述籽晶夹头采用石墨材质的籽晶夹头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明内的籽晶接头之间通过锥形面定位相连，定位同心度高，受力接触面大，籽晶不易折断。

附图说明

图1为本发明籽晶夹头装配的示意图。

图2为开口套的结构示意图。

图3为开口套的结构示意图。

图4为夹头护套的结构示意图。

图5为夹头护套的结构示意图。

图中的附图标记为：1钨丝绳；2开口套；3夹头护套；4重锤；5籽晶夹头；6籽晶。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的一种单晶炉籽晶夹头结构包括重锤4、开口套2、夹头护套3、籽晶夹头5、钨丝绳1。

重锤4的主体结构为圆柱型结构；重锤4的上端有开有方形通槽，设该方形通槽的长为L1，高为H1；重锤4的上端面中心开有D通孔，D通孔连通至方形通槽，设该D通孔的孔径为D；重锤4主体结构的圆柱面下端面通过梯形斜面过渡到设有外螺纹段M。

开口套2为“倒T”字形的圆柱体开口套，设开口套2的总高为H2，外表面大径为D1，外表面小径为D2，且满足H1＞H2，L1＞D1，D2＞D；D2和重锤4的D孔依靠间隙配合进入D孔，开口套2的内部开有通孔并破边至D1大径处外表面，设开口套2内部大孔直径d1，小孔直径d2，d1＞d2；d1到边缘设置一个圆锥面的圆角。

钨丝绳1的下端是圆柱型台阶结构，且圆柱型台阶结构的底端是球面度为SR的球面；设该圆柱型台阶结构的底面直径为D3，D3和d1设计为间隙配合，球面的直径大于D3，钨丝绳1本体直径为D4，D4<d2，钨丝绳1的球面和圆柱型台阶结构的总高度为H3；钨丝绳1的底端球面能与开口套2内部小通孔处的倒角相切；钨丝绳1能穿过重锤4的通孔D使钨丝绳1本体在重锤4方形通槽的长度大于开口套2的高度，平移开口套2的使钨丝绳1本体进入d2内腔中心，然后往上拉钨丝绳1使开口套2倒T上部进入到重锤4的D孔中。

开头套D2与D公差间隙配合，并通过D1台阶连接重锤4；且重锤4、开口套2、钨丝绳1还满足：H2+H3＞H1；即在拉制过程中籽晶6断裂，重锤4向上反弹，无法与钨丝绳1脱离，钨丝绳1会受弹力影响有一段向上的位移，通过夹头护套3的保护，致使开口套2不能跑出方形通槽外，从而保护重锤4与钨丝绳1连接，防止重锤4掉落。

籽晶夹头5设有中空内腔，中空内腔由上到下依次为内锥形、内螺纹M，d5孔与d6孔通过内锥斜面过渡，籽晶夹头5中心上段通过内锥面和内螺纹M和重锤4配合连接，依靠锥面做导向定位，螺纹连接，其中螺纹旋向为根据拉晶工艺所需要的旋向相关。籽晶6外表面结构类似于籽晶夹头5内腔，由上至下为大径D5，大径D6，D5与D6之间连接的斜面角度与籽晶6内腔一致，籽晶6放入籽晶夹头5内，通过D5与d5，D6与d6及斜面配合；籽晶夹头5侧边开有延伸至侧表面的通孔；防止单晶炉抽空时把螺纹咬合及锥面配合气密封太好内部气体无法排除影响拉晶。

夹头护套3为圆环状的夹头护套，并开有能通过钨丝绳1的缺口，能在安装好重锤4、开口套2、籽晶夹头5、籽晶6后，通过缺口穿过钨丝绳1安装在重锤4上，用于遮住重锤4的方形通槽，从而保护重锤4与钨丝绳1连接，防止重锤4掉落。

安装时，先放入籽晶6于籽晶夹头5中，再让籽晶夹头5与重锤4通过螺纹连接至重锤4螺纹端面顶住籽晶6上端面，此状态下，籽晶6受力无法移动；且因籽晶夹头5和重锤4通过螺纹连接，可拆卸更换。籽晶夹头5的材质为石墨，耐高温不易氧化。

在该种单晶炉籽晶夹头结构中，开口套2与夹头护套3都有缺口设计，安装更方便、快捷。螺纹采用与拉晶旋转方向相反，防止在拉制过程中籽晶夹头5与重锤4螺纹松脱。籽晶6上表面和重锤4螺纹端下表面的间隙为2-3mm，防止引晶时由于硅液面浮力过多的顶升籽晶6。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单晶炉籽晶夹头结构，包括重锤、开口套、夹头护套、籽晶夹头、钨丝绳，其特征在于，所述重锤的主体为圆柱型结构，圆柱型结构的下端面通过梯形斜面过渡到设有外螺纹的圆柱型螺纹段；重锤的上部有开有方形通槽，设该方形通槽的长为L1，高为H1；重锤的上端面中心开有通孔D，通孔D连通至方形通槽，设该通孔D的孔径为D；

所述开口套为倒T字形的圆柱体开口套，设开口套的总高为H2，外表面大径为D1，外表面小径为D2，且满足H1＞H2，L1＞D1，D2＞D；开口套倒T字形上部依靠间隙配合进入重锤的D通孔；开口套的内部开有通孔，该通孔包括同心连通的大通孔和小通孔；设大通孔的直径为d1，小通孔的直径为d2，满足：d1＞d2；且大通孔的下端破边至开口套的下端，在该大通孔的下端边缘还设有一个圆锥面的圆角；

所述钨丝绳的下端是圆柱型台阶结构，且圆柱型台阶结构的底端是球面度为SR的球面；设设该圆柱型台阶结构的底面直径为D3，圆柱型台阶结构的底面和开口套内部的大通孔能间隙配合，圆柱型台阶结构的底端球面的直径大于D3，钨丝绳本体直径为D4，且D4＜d2，钨丝绳的底端球面和圆柱型台阶结构的总高度为H3；钨丝绳的底端球面能与开口套内部小通孔处的倒角相切；钨丝绳能穿过重锤的通孔D使钨丝绳本体在重锤方形通槽的长度大于开口套的高度，平移开口套使钨丝绳本体进入开口套内部小通孔中心，然后往上拉钨丝绳使开口套倒T上部进入到重锤D孔中；

开口套倒T字形上部与重锤的通孔D公差间隙配合，并通过开口套倒T字形下部台阶连接重锤；且重锤、开口套、钨丝绳还满足：H2+H3＞H1；

所述籽晶夹头设有中空内腔，中空内腔由上到下依次为内锥形的内腔A、设有内螺纹的内腔B、内腔C，内腔A和内腔B的过渡区为内腔C，过渡区下面还开有直径为d5的结构孔d5与直径为d6的结构孔d6，结构孔d5与结构孔d6通过内腔C的内锥斜面过渡；籽晶夹头的上段利用内腔A的内锥面、内腔B内螺纹，和重锤配合连接；

所述夹头护套为圆环状的夹头护套，夹头护套用于减少内部高温辐射到钨丝绳底端的球面；夹头护套开有钨丝绳能通过的缺口，保证在安装好重锤、开口套、籽晶夹头、籽晶后，能通过该缺口穿过钨丝绳安装在重锤上，用于遮住重锤的方形通槽，从而保护重锤与钨丝绳连接，防止重锤掉落。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉籽晶夹头结构，其特征在于，所述开口套单边设计有缺口。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉籽晶夹头结构，其特征在于，所述重锤的外螺纹和籽晶夹头的内螺纹，都与拉晶旋转方向相反，防止在拉制过程中籽晶夹头与重锤螺纹松脱。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉籽晶夹头结构，其特征在于，所述重锤螺纹段下表面与籽晶上表面的间隙为2～3mm，防止引晶时由于硅液面浮力过多的顶升籽晶。

5.根据权利要求1所述的一种单晶炉籽晶夹头结构，其特征在于，所述籽晶夹头采用石墨材质的籽晶夹头。