CN108585450A - 一种6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法，属于坩埚熔制机技术领域，包括升降机、联动主板和模具支撑台，升降机带动联动主板上下移动，联动主板内设有中空的圆形联动转轴，联动转轴内均匀的设有6个联动轴孔，每个联动轴孔内均安装有加热电极，联动主板上安装有两个喷头，两个喷头的外侧由耐高温的保护套包裹，保护套外侧安装有多个温度传感器，模具支撑台上设有旋转台，模具通过隔热外壳设置在旋转台上，模具内成型石英坩埚，模具顶部盖有隔热板。本发明解决石英坩埚熔制存在的能耗高、熔制出的坩埚粗糙度高、使用寿命低的问题，通过六轴联动，能够自动对心，减小了加热电极与石英坩埚之间的距离，增加加热温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种坩埚熔制机及其熔制方法，特别是涉及一种6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法，属于坩埚熔制机技术领域。
背景技术
目前，石英坩埚可在1450℃以下使用，在1450℃时处于熔料阶段，在1425℃时处于拉晶阶段，分透明和不透明两种，传统的石英坩埚熔制机采用的3轴联动，适合小尺寸石英坩埚，主要是26英寸以下尺寸的石英坩埚，随着市场需求和技术进步，半导体与光伏用石英坩埚向28英寸以上尺寸的大直径发展，3轴石英坩埚熔制机已经不能满足大尺寸石英坩埚的生产需求，而且，现有的3轴石英坩埚熔制机能耗高，由于温度达不到理想温度，坩埚内表面气泡含量高，粗糙度高，这样会导致坩埚使用寿命下降，同时气泡进入硅夜后，会降低单晶的成品率。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法，解决现有技术中石英坩埚熔制机存在的能耗高、熔制出的坩埚粗糙度高、使用寿命低的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种6轴联动石英坩埚熔制机，包括升降机、及设置在升降机底部的联动主板、及设置在联动主板下的模具支撑台，升降机带动联动主板上下移动，联动主板内设有用于6轴联动的中空的圆形联动转轴，联动转轴内均匀的设有6个联动轴孔，每个联动轴孔内均安装有用于对石英坩埚进行加热的加热电极，位于中空的联动转轴的中心位置的联动主板上安装有两个喷头，两个喷头的外侧由耐高温的保护套包裹，保护套外侧安装有多个温度传感器，模具支撑台上设有旋转台，模具通过隔热外壳设置在旋转台上，模具内成型石英坩埚，模具顶部盖有隔热板。
优选的，两个喷头分别为HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头和高纯惰性气体喷头，HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头用于喷出HG-20聚乙烯亚胺雾化气体，高纯惰性气体喷头用于喷出高纯惰性气体。
优选的，隔热板与联动主板直接连接，其上设有多个用于使加热电极穿过的轴孔，隔热板随联动主板的上下移动而移动。
优选的，保护套的上下两个端头分别设有温度传感器，上端的温度传感器用于保温时测定石英坩埚内的温度，下端的温度传感器用于加热时测定石英坩埚内的温度。
优选的，所述石英坩埚由5层石英组成，5层石英由外至内依次包括外层天然石英、内层天然石英、半晶态石英、微晶态合成石英和内层合成石英。
优选的，按重量百分比计，所述微晶态合成石英中含有占微晶态合成石英重量0.2％的混合稀土。
优选的，所述混合稀土为镧铈混合稀土，所述镧铈混合稀土中，La含量为30％，Ce含量为35％。
优选的，所述内层合成石英中无气泡，按重量百分比计，所述内层合成石英内含有占内层合成石英重量1.2％的双相增韧共聚物。
优选的，按重量份数计，所述双相增韧共聚物包括如下成分及配比：Ni：1份、Mn：1份、N：15份、Cu：1份、Ag：0.5份、Co：1份和Fe：0.5份。
一种6轴联动石英坩埚熔制机的熔制方法，包括如下步骤：
步骤1：模具修理
将各个模具内表面修理平滑，使用HG-20聚乙烯亚胺对各个模具内表面进行刷洗，再将已混合均匀的质量分数为45％-56％的150-280目的SiC粉和46％-55％的蒸馏水的料浆均匀喷涂于各个模具内壁，喷涂厚度为1.5-2.0mm，将模具自然晾干；
步骤2：外层天然石英熔制
将用于制备外层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入已制备好的模具中，并通过旋转台旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.7-2.0mm时，通过升降机带动联动主板下降，使隔热板盖紧隔热外壳，通过加热电极对外层天然石英进行加热熔制；
步骤3：内层天然石英熔制
外层天然石英保温，升降机升起加热电极，外层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.4-1.6mm时，通过升降机带动联动主板下降，使隔热板盖紧隔热外壳，通过加热电极对外层天然石英进行加热熔制；
步骤4：半晶态石英熔制
内层天然石英保温，升降机升起加热电极，内层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备半晶态石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.2-1.3mm时，通过升降机带动联动主板下降，使隔热板盖紧隔热外壳，通过加热电极对半晶态石英进行加热熔制；
步骤5：微晶态合成石英熔制
半晶态石英保温，升降机升起加热电极，半晶态石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备微晶态合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.9-1.1mm时，通过升降机带动联动主板下降，使隔热板盖紧隔热外壳，通过加热电极对微晶态合成石英进行加热熔制；
步骤6：内层合成石英熔制
微晶态合成石英保温，升降机升起加热电极，微晶态合成石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.5-0.8mm时，通过升降机带动联动主板下降，使隔热板盖紧隔热外壳，通过加热电极对内层合成石英进行加热熔制；
步骤6：脱模
内层合成石英熔制完成后，迅速将模具中多余泥浆倒出，当模具中的泥浆与石膏内壁脱离时，迅速进行脱模，并通过高纯惰性气体喷头喷出高纯惰性气体对坯体进行降温，再清理掉坯体表面的SiC粉，并对坯体中的缺陷进行修补后既得石英坩埚坯体；
步骤7：石英坩埚坯体烧成
将石英坩埚坯体逐个放入带盖的氧化铝匣钵中，再将匣钵推入隧道炉中后，烧成即可。
本发明的有益技术效果：按照本发明的6轴联动石英坩埚熔制机，本发明提供的6轴联动石英坩埚熔制机，解决现有技术中石英坩埚熔制机存在的能耗高、熔制出的坩埚粗糙度高、使用寿命低的问题。
附图说明
图1为本发明的6轴联动石英坩埚熔制机的整体结构示意图；
图2为本发明的6轴联动石英坩埚熔制机的6轴联动结构示意图；
图3为本发明的6轴联动石英坩埚熔制机的石英坩埚剖视图。
图中：1-升降机，2-联动主板，3-模具支撑台，4-旋转台，5-隔热外壳，6-模具，7-隔热板，8-加热电极，9-保护套，10-温度传感器，11-外层天然石英，12-内层天然石英，13-半晶态石英，14-微晶态合成石英，15-内层合成石英，16-HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头，17-高纯惰性气体喷头，18-联动转轴，19-联动轴孔。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例1提供的一种6轴联动石英坩埚熔制机，包括升降机1、及设置在升降机1底部的联动主板2、及设置在联动主板2下的模具支撑台3，升降机1带动联动主板2上下移动，其特征在于，联动主板2内设有用于6轴联动的中空的圆形联动转轴18，联动转轴18内均匀的设有6个联动轴孔19，每个联动轴孔19内均安装有用于对石英坩埚进行加热的加热电极8，位于中空的联动转轴18的中心位置的联动主板2上安装有两个喷头，两个喷头的外侧由耐高温的保护套9包裹，保护套9外侧安装有多个温度传感器10，模具支撑台3上设有旋转台4，模具6通过隔热外壳5设置在旋转台4上，模具6内成型石英坩埚，模具6顶部盖有隔热板7。
在本实施例1中，如图1和图2所示，两个喷头分别为HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16和高纯惰性气体喷头17，HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16用于喷出HG-20聚乙烯亚胺雾化气体，高纯惰性气体喷头17用于喷出高纯惰性气体。
在本实施例1中，如图1和图2所示，隔热板7与联动主板2直接连接，其上设有多个用于使加热电极8穿过的轴孔，隔热板7随联动主板2的上下移动而移动。
在本实施例1中，如图1和图2所示，保护套9的上下两个端头分别设有温度传感器10，上端的温度传感器10用于保温时测定石英坩埚内的温度，下端的温度传感器10用于加热时测定石英坩埚内的温度。
在本实施例1中，如图3所示，所述石英坩埚由5层石英组成，5层石英由外至内依次包括外层天然石英11、内层天然石英12、半晶态石英13、微晶态合成石英14和内层合成石英15，所述外层天然石英11为含有10ppm杂质的高气泡天然石英，所述内层天然石英12为含有7ppm杂质的高气泡天然石英，所述半晶态石英13为含有5ppm杂质的少气泡石英，所述微晶态合成石英14为含有1ppm杂质的无气泡合成石英。
在本实施例1中，按重量百分比计，所述微晶态合成石英14中含有占微晶态合成石英重量0.2％的混合稀土，所述混合稀土为镧铈混合稀土，所述镧铈混合稀土中，La含量为30％，Ce含量为35％。
在本实施例1中，所述内层合成石英15中无气泡，按重量百分比计，所述内层合成石英15内含有占内层合成石英重量1.2％的双相增韧共聚物，按重量份数计，所述双相增韧共聚物包括如下成分及配比：Ni：1份、Mn：1份、N：15份、Cu：1份、Ag：0.5份、Co：1份和Fe：0.5份，在双相增韧共聚物中加入了适量的铜和银合金元素，它们能弥散均匀分布在双相增韧共聚物中，能大幅提高石英坩埚的高断裂性，在双相增韧共聚物中加入La、Ce混合稀土元素富集在晶界，能净化晶界，提高石英坩埚的耐腐蚀性能和力学性能。
本实施例1提供的一种6轴联动石英坩埚熔制机的熔制方法，包括如下步骤：
步骤1：模具修理
将各个模具内表面修理平滑，使用HG-20聚乙烯亚胺对各个模具内表面进行刷洗，再将已混合均匀的质量分数为45％-56％的150-280目的SiC粉和46％-55％的蒸馏水的料浆均匀喷涂于各个模具内壁，喷涂厚度为1.5-2.0mm，将模具自然晾干；
步骤2：外层天然石英熔制
将用于制备外层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入已制备好的模具中，并通过旋转台4旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.7-2.0mm时，通过升降机1带动联动主板2下降，使隔热板7盖紧隔热外壳5，通过加热电极8对外层天然石英进行加热熔制；
步骤3：内层天然石英熔制
外层天然石英保温，升降机1升起加热电极8，外层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台4旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.4-1.6mm时，通过升降机1带动联动主板2下降，使隔热板7盖紧隔热外壳5，通过加热电极8对外层天然石英进行加热熔制；
步骤4：半晶态石英熔制
内层天然石英保温，升降机1升起加热电极8，内层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备半晶态石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台4旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.2-1.3mm时，通过升降机1带动联动主板2下降，使隔热板7盖紧隔热外壳5，通过加热电极8对半晶态石英进行加热熔制；
步骤5：微晶态合成石英熔制
半晶态石英保温，升降机1升起加热电极8，半晶态石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备微晶态合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台4旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.9-1.1mm时，通过升降机1带动联动主板2下降，使隔热板7盖紧隔热外壳5，通过加热电极8对微晶态合成石英进行加热熔制；
步骤6：内层合成石英熔制
微晶态合成石英保温，升降机1升起加热电极8，微晶态合成石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头16喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台4旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.5-0.8mm时，通过升降机1带动联动主板2下降，使隔热板7盖紧隔热外壳5，通过加热电极8对内层合成石英进行加热熔制；
步骤6：脱模
内层合成石英熔制完成后，迅速将模具中多余泥浆倒出，当模具中的泥浆与石膏内壁脱离时，迅速进行脱模，并通过高纯惰性气体喷头17喷出高纯惰性气体对坯体进行降温，再清理掉坯体表面的SiC粉，并对坯体中的缺陷进行修补后既得石英坩埚坯体；
步骤7：石英坩埚坯体烧成
将石英坩埚坯体逐个放入带盖的氧化铝匣钵中，再将匣钵推入隧道炉中后，烧成即可。
在本实施例1中，HG-20聚乙烯亚胺在一定条件下，聚乙烯亚胺固体材料可以大量吸收潮湿空气中的二氧化碳，分离过程也非常方便，可以永久的将二氧化碳封存在聚乙烯亚胺固体材料中，也可以将二氧化碳提炼出来用于其他领域。该材料能够重复使用，且一如既往的保持超高吸收效能。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法，本实施例提供的6轴联动石英坩埚熔制机及其熔制方法，解决现有技术中石英坩埚熔制机存在的能耗高、熔制出的坩埚粗糙度高、使用寿命低的问题，六轴联动在同一个圆盘上，能够自动对心，减小了加热电极与石英坩埚之间的距离，增加加热温度。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种6轴联动石英坩埚熔制机，包括升降机(1)、及设置在升降机(1)底部的联动主板(2)、及设置在联动主板(2)下的模具支撑台(3)，升降机(1)带动联动主板(2)上下移动，其特征在于，联动主板(2)内设有用于6轴联动的中空的圆形联动转轴(18)，联动转轴(18)内均匀的设有6个联动轴孔(19)，每个联动轴孔(19)内均安装有用于对石英坩埚进行加热的加热电极(8)，位于中空的联动转轴(18)的中心位置的联动主板(2)上安装有两个喷头，两个喷头的外侧由耐高温的保护套(9)包裹，保护套(9)外侧安装有多个温度传感器(10)，模具支撑台(3)上设有旋转台(4)，模具(6)通过隔热外壳(5)设置在旋转台(4)上，模具(6)内成型石英坩埚，模具(6)顶部盖有隔热板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，两个喷头分别为HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)和高纯惰性气体喷头(17)，HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)用于喷出HG-20聚乙烯亚胺雾化气体，高纯惰性气体喷头(17)用于喷出高纯惰性气体。
3.根据权利要求1所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，隔热板(7)与联动主板(2)直接连接，其上设有多个用于使加热电极(8)穿过的轴孔，隔热板(7)随联动主板(2)的上下移动而移动。
4.根据权利要求1所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，保护套(9)的上下两个端头分别设有温度传感器(10)，上端的温度传感器(10)用于保温时测定石英坩埚内的温度，下端的温度传感器(10)用于加热时测定石英坩埚内的温度。
5.根据权利要求1所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，所述石英坩埚由5层石英组成，5层石英由外至内依次包括外层天然石英(11)、内层天然石英(12)、半晶态石英(13)、微晶态合成石英(14)和内层合成石英(15)。
6.根据权利要求5所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，按重量百分比计，所述微晶态合成石英(14)中含有占微晶态合成石英重量0.2％的混合稀土。
7.根据权利要求6所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，所述混合稀土为镧铈混合稀土，所述镧铈混合稀土中，La含量为30％，Ce含量为35％。
8.根据权利要求5所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，所述内层合成石英(15)中无气泡，按重量百分比计，所述内层合成石英(15)内含有占内层合成石英重量1.2％的双相增韧共聚物。
9.根据权利要求8所述的一种6轴联动石英坩埚熔制机，其特征在于，按重量份数计，所述双相增韧共聚物包括如下成分及配比：Ni：1份、Mn：1份、N：15份、Cu：1份、Ag：0.5份、Co：1份和Fe：0.5份。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的6轴联动石英坩埚熔制机的熔制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：模具修理
将各个模具内表面修理平滑，使用HG-20聚乙烯亚胺对各个模具内表面进行刷洗，再将已混合均匀的质量分数为45％-56％的150-280目的SiC粉和46％-55％的蒸馏水的料浆均匀喷涂于各个模具内壁，喷涂厚度为1.5-2.0mm，将模具自然晾干；
步骤2：外层天然石英熔制
将用于制备外层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入已制备好的模具中，并通过旋转台(4)旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.7-2.0mm时，通过升降机(1)带动联动主板(2)下降，使隔热板(7)盖紧隔热外壳(5)，通过加热电极(8)对外层天然石英进行加热熔制；
步骤3：内层天然石英熔制
外层天然石英保温，升降机(1)升起加热电极(8)，外层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层天然石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台(4)旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.4-1.6mm时，通过升降机(1)带动联动主板(2)下降，使隔热板(7)盖紧隔热外壳(5)，通过加热电极(8)对外层天然石英进行加热熔制；
步骤4：半晶态石英熔制
内层天然石英保温，升降机(1)升起加热电极(8)，内层天然石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备半晶态石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台(4)旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为1.2-1.3mm时，通过升降机(1)带动联动主板(2)下降，使隔热板(7)盖紧隔热外壳(5)，通过加热电极(8)对半晶态石英进行加热熔制；
步骤5：微晶态合成石英熔制
半晶态石英保温，升降机(1)升起加热电极(8)，半晶态石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备微晶态合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台(4)旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.9-1.1mm时，通过升降机(1)带动联动主板(2)下降，使隔热板(7)盖紧隔热外壳(5)，通过加热电极(8)对微晶态合成石英进行加热熔制；
步骤6：内层合成石英熔制
微晶态合成石英保温，升降机(1)升起加热电极(8)，微晶态合成石英冷却，在其表面通过HG-20聚乙烯亚胺雾化喷头(16)喷覆HG-20聚乙烯亚胺，将用于制备内层合成石英的石英砂泥浆缓慢倒入模具中，并通过旋转台(4)旋转震动模具，待石膏内壁吸附的泥浆厚度为0.5-0.8mm时，通过升降机(1)带动联动主板(2)下降，使隔热板(7)盖紧隔热外壳(5)，通过加热电极(8)对内层合成石英进行加热熔制；
步骤6：脱模
内层合成石英熔制完成后，迅速将模具中多余泥浆倒出，当模具中的泥浆与石膏内壁脱离时，迅速进行脱模，并通过高纯惰性气体喷头(17)喷出高纯惰性气体对坯体进行降温，再清理掉坯体表面的SiC粉，并对坯体中的缺陷进行修补后既得石英坩埚坯体；
步骤7：石英坩埚坯体烧成
将石英坩埚坯体逐个放入带盖的氧化铝匣钵中，再将匣钵推入隧道炉中后，烧成即可。
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