CN109850903B - 一种多晶硅硅芯焊接系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅硅芯焊接系统及其使用方法。一种多晶硅硅芯焊接系统，所述的系统包括带有漏斗颈(3)的漏斗(1)、加热线圈(2)、气体喷嘴(7)和若干夹持器(8)；加热线圈(2)设置于漏斗(1)下部外围；气体喷嘴(7)设置于漏斗颈(3)下方；夹持器(8)设置于漏斗(1)和气体喷嘴(7)之间，夹持器(8)分别与传动机构相连，夹持器(8)可沿轴向和径向运动；所述的焊接系统置于洁净环境。本发明的优点：结构简单，易于实现；硅芯焊接可靠、效率高；焊接的硅芯无污染、平直；焊接头平整；断裂或/和长度不够的硅芯重新利用，提高了切割收率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅硅芯焊接系统及其使用方法。
背景技术
目前，多晶硅的生产方法主要采用改良西门子法，其主要是在还原炉中使硅芯发生还原反应生产多晶硅。其原理是：硅芯还原反应是在一个密闭的还原炉中进行，在装炉前在还原炉内部电极上，用硅芯及横梁搭接成若干个回路，每个回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成。每一个回路的两个竖硅芯分别接在炉底上的两个电极上，硅芯通电加热形成发热体，向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，反应气体在硅芯表面受热进行还原反应。由此，所需的多晶硅就会在硅芯表面沉积。
该方法中，组合成回路的硅芯都是由原始多晶硅棒通过切割为特定的长度，否则无法装载于还原炉中。在使用原生多晶硅棒切割获得硅芯的工艺过程中，由于受应力、刀具、卡具等因素的影响，部分硅芯发生断裂，长度达不到装载于还原炉中要求，无法使用。此外。随着多晶硅生产技术的不断发展，还原炉从径向及高度方面不断增长，衍生出超4m高度的大型还原炉，相应的硅芯高度也要求达到4m。目前切割的硅芯一般在3m左右，满足不了大型还原炉硅芯的要求。
硅芯的生产工艺决定了硅芯的高成本，不对断裂的硅芯进行再次利用，将其当成废料出售，而废料的售出价格较低，会增加的生产成本。因此，如何将断裂的硅芯进行合理的再次利用，如何延长硅芯，提高生产效益，成为硅芯生产乃至多晶硅生产的难题，对硅芯焊接的研究刻不容缓。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多晶硅硅芯焊接系统及其使用方法，该系统可将多晶硅断裂硅芯进行连接修复，使得修复后的硅芯可再次用作制备多晶硅，从而极大地减少了硅芯的浪费，提升还原炉生产产量。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多晶硅硅芯焊接系统，所述的系统包括带有漏斗颈3的漏斗1、加热线圈2、气体喷嘴7和若干夹持器8；加热线圈2设置于漏斗1下部外围；气体喷嘴7设置于漏斗颈3下方；夹持器8设置于漏斗1和气体喷嘴7之间，夹持器8分别与传动机构相连，夹持器8可沿轴向和径向运动；
所述的焊接系统置于洁净环境。
进一步的，所述的系统还包括设置于气体喷嘴7上方的石英护管9。
进一步的，所述的加热线圈2为高频加热线圈，其加热功率可调。
进一步的，所述的加热线圈2可由等离子热炬或电弧加热器替换。
本发明还提供一种多晶硅硅芯焊接系统焊接硅芯的方法。
一种多晶硅硅芯焊接方法，所述的方法包括以下步骤：
硅芯倒角：将待焊接硅芯6沿短轴截面倒角，倒角截面角度≤30°；
夹持共轴：倒角后的两块硅芯6由夹持器8分别加持后共轴，两块硅芯6尖角接触，并使接触部位位于气体喷嘴7方向；
硅料熔融：漏斗1内的颗粒硅料4经加热线圈2加热熔融，经漏斗颈3向下滴流至两块硅芯6空隙处；气体喷嘴7喷出惰性气体冷却、凝固滴至两块硅芯6空隙处硅料熔融液5，完成硅芯焊接。
进一步的，所述的硅芯6横截面为任意形状。
进一步的，所述的硅芯6倒角截面角度为10°～30°。
进一步的，所述的气体喷嘴7喷出惰性气体为氮气，其纯度≥99.99％。
进一步的，所述的颗粒硅料4的粒径大于漏斗颈3的内径。
进一步的，所述的硅芯6置于石英护管9内。
本发明提供的硅芯焊接系统，结构简单，将漏斗、加热线圈、气体喷嘴和若干夹持器置于洁净环境，在保证硅芯焊接可靠的前提下，避免硅芯污染。气体喷嘴喷出惰性气体，进一步保证焊接口无污染，同时加速熔融的硅液在焊接口快速凝固，提高效率。
本发明提供的硅芯焊接方法，先将待焊接的两块硅芯倒角，倒角对接后通过夹持器共轴再焊接，焊接后的硅芯焊接点平整、焊接后的整块硅芯平直、不错位。功率可控的加热线圈可控制从漏斗颈滴流下来的熔融硅液滴的大小和流速，方便调整焊接口的相对位置，保证焊接口的可靠性。同时调节气体喷嘴喷出惰性气体流量，可协助控制从漏斗颈滴流下来的熔融硅液滴的大小和流速。
本发明通过将多晶硅断裂或/和长度不够的硅芯进行连接修复，从而使得修复完成获得的硅芯的长度能够达到装载于还原炉中的要求，从而用作制备多晶硅，满足生产需要；可极大地减少了多晶硅断裂硅芯的浪费，提高了切割收率，降低生产成本。
与现有技术相比，本发明提供的硅芯焊接系统及其使用方法具有以下有益效果：
(1)结构简单，易于实现。
(2)硅芯焊接可靠、效率高。
(3)焊接的硅芯无污染、平直。
(4)焊接头平整。
(5)断裂或/和长度不够的硅芯重新利用，提高了切割收率，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明提供的多晶硅硅芯焊接系统结构示意图。
图2是本发明实施例2硅芯焊接系统结构示意图。
1为漏斗1，2为加热线圈，3为漏斗颈，4为颗粒硅料，5为熔融硅液，6为硅芯，7为气体喷嘴，8为夹持器，9为石英护管。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一种多晶硅硅芯焊接系统，所述的系统包括带有漏斗颈3的漏斗1、加热线圈2、气体喷嘴7和若干夹持器8；加热线圈2设置于漏斗1下部外围；气体喷嘴7设置于漏斗颈3下方；夹持器8设置于漏斗1和气体喷嘴7之间，夹持器8分别与传动机构相连，夹持器8可沿轴向和径向运动；
所述的焊接系统置于洁净环境。
进一步的，所述的系统还包括设置于气体喷嘴7上方的石英护管9。
进一步的，所述的加热线圈2为高频加热线圈，其加热功率可调。
进一步的，所述的加热线圈2可由等离子热炬或电弧加热器替换。
本发明还提供一种多晶硅硅芯焊接系统焊接硅芯的方法。
一种多晶硅硅芯焊接方法，所述的方法包括以下步骤：
硅芯倒角：将待焊接硅芯6沿短轴截面倒角，倒角截面角度≤30°；
夹持共轴：倒角后的两块硅芯6由夹持器8分别加持后共轴，两块硅芯6尖角接触，并使接触部位位于气体喷嘴7方向；
硅料熔融：漏斗1内的颗粒硅料4经加热线圈2加热熔融，经漏斗颈3向下滴流至两块硅芯6空隙处；气体喷嘴7喷出惰性气体冷却、凝固滴至两块硅芯6空隙处硅料熔融液5，完成硅芯焊接。
进一步的，所述的硅芯6横截面为任意形状。
进一步的，所述的硅芯6倒角截面角度为10°～30°。
进一步的，所述的气体喷嘴7喷出惰性气体为氮气，其纯度≥99.99％。
进一步的，所述的颗粒硅料4的粒径大于漏斗颈3的内径。
进一步的，所述的硅芯6置于石英护管9内。
实施例1
参考图1所示，一种多晶硅硅芯焊接系统，所述的系统包括带有漏斗颈3的漏斗1、加热线圈2、气体喷嘴7和若干夹持器8；加热线圈2设置于漏斗1下部外围；气体喷嘴7设置于漏斗颈3下方；夹持器8设置于漏斗1和气体喷嘴7之间，夹持器8分别与传动机构相连，夹持器8可沿轴向和径向运动；整个焊接系统置于洁净环境。加热线圈2为功率可调的高频加热线圈。
实施例2
参考图2所示，一种多晶硅硅芯焊接系统，所述的系统包括带有漏斗颈3的漏斗1、加热线圈2、气体喷嘴7和若干夹持器8；等离子热炬设置于漏斗1下部外围；气体喷嘴7设置于漏斗颈3下方；夹持器8设置于漏斗1和气体喷嘴7之间，夹持器8分别与传动机构相连，夹持器8可沿轴向和径向运动。所述的系统还包括设置于气体喷嘴7上方的石英护管9；整个焊接系统置于洁净环境。
实施例3
一种多晶硅硅芯焊接方法，所述的方法包括以下步骤：
硅芯倒角：将待焊接硅芯6沿短轴截面倒角，倒角截面角度30°；
夹持共轴：倒角后的两块硅芯6由夹持器8分别加持后共轴，两块硅芯6尖角接触，并使接触部位位于气体喷嘴7方向；
硅料熔融：漏斗1内的颗粒硅料4经加热线圈2加热熔融，经漏斗颈3向下滴流至两块硅芯6空隙处；气体喷嘴7喷出惰性气体冷却、凝固滴至两块硅芯6空隙处硅料熔融液5，完成硅芯焊接。
所述的硅芯6横截面为圆形。
所述的气体喷嘴7喷出惰性气体为氮气，其纯度≥99.99％。
所述的颗粒硅料4的粒径大于漏斗颈3的内径。
实施例4
一种多晶硅硅芯焊接方法，所述的方法包括以下步骤：
硅芯倒角：将待焊接硅芯6沿短轴截面倒角，倒角截面角度10°；
夹持共轴：倒角后的两块硅芯6由夹持器8分别加持后共轴，两块硅芯6尖角接触，并使接触部位位于气体喷嘴7方向；
硅料熔融：漏斗1内的颗粒硅料4经加热线圈2加热熔融，经漏斗颈3向下滴流至两块硅芯6空隙处；气体喷嘴7喷出惰性气体冷却、凝固滴至两块硅芯6空隙处硅料熔融液5，完成硅芯焊接。
所述的硅芯6横截面为正方形。
所述的气体喷嘴7喷出惰性气体为氮气，其纯度≥99.99％。
所述的颗粒硅料4的粒径大于漏斗颈3的内径。
所述的硅芯6置于石英护管9内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种多晶硅硅芯焊接系统，其特征在于：所述的系统包括带有漏斗颈(3)的漏斗(1)、加热线圈(2)、气体喷嘴(7)和若干夹持器(8)；
加热线圈(2)设置于漏斗(1)下部外围；
气体喷嘴(7)设置于漏斗颈(3)下方；
夹持器(8)设置于漏斗(1)和气体喷嘴(7)之间，夹持器(8)分别与传动机构相连，夹持器(8)可沿轴向和径向运动；
所述的焊接系统置于洁净环境。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅硅芯焊接系统，其特征在于：所述的系统还包括设置于气体喷嘴(7)上方的石英护管(9)。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种多晶硅硅芯焊接系统，其特征在于：所述的加热线圈(2)为高频加热线圈，其加热功率可调。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的一种多晶硅硅芯焊接系统，其特征在于：所述的加热线圈(2)可由等离子热炬或电弧加热器替换。
5.一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
硅芯倒角：将待焊接硅芯(6)沿短轴截面倒角，倒角截面角度≤30°；
夹持共轴：倒角后的两块硅芯(6)由夹持器(8)分别加持后共轴，两块硅芯(6)尖角接触，并使接触部位位于气体喷嘴(7)方向；
硅料熔融：漏斗(1)内的颗粒硅料(4)经加热线圈(2)加热熔融，经漏斗颈(3)向下滴流至两块硅芯(6)空隙处；气体喷嘴(7)喷出惰性气体冷却、凝固滴至两块硅芯(6)空隙处硅料熔融液(5)，完成硅芯焊接。
6.根据权利要求5所述的一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于：所述的硅芯(6)横截面为任意形状。
7.根据权利要求5所述的一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于：所述的硅芯(6)倒角截面角度为10°～30°。
8.根据权利要求5所述的一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于：所述的气体喷嘴(7)喷出惰性气体为氮气，其纯度≥99.99％。
9.根据权利要求5所述的一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于：所述的颗粒硅料(4)的粒径大于漏斗颈(3)的内径。
10.根据权利要求5所述的一种多晶硅硅芯焊接方法，其特征在于：所述的硅芯(6)置于石英护管(9)内。
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