CN110093664A - 一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，侧壁、模顶、模底均由多晶硅材料制作而成，因此本发明降温快，而且不会污染硅产品，不会干扰硅锭的纯度。大锭涂料专用于以多晶硅为原料制作而成的工业硅成型模具中，解决了现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料的问题，能够保证多晶硅模具维持自身传热快、不污染的优势，以此改善硅锭成型质量。大锭涂料摒弃了传统模具涂料以碳或含碳有机物作为涂料主剂的方式，以硅基主剂来配合工业硅生产所用的多晶硅模具，碳化硅和氮化硅能够确保不会对硅料成型造成杂质污染，同时也与多晶硅具有极好的适配性，确保了在多晶硅不会污染工业硅的同时，涂料也不会污染工业硅。

Description

一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法

技术领域

本发明涉及工业硅领域，具体涉及一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法。

背景技术

工业硅又称金属硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98％左右(近年来，含Si量99.99％的也包含在金属硅内)，其余杂质为铁、铝、钙等。硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶硅太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8％以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅，可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的硅片上，可以容纳上万个晶体管；并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上；因此，工业硅在我们的日常生活中极为重要。工业硅一般制作成硅锭进行储存转运与使用，硅锭在锭模内成型。传统的脱模过程中，常因为硅锭成型后与模具内壁摩擦过大，导致成型硅锭不易取出。并且，现有技术中还没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料存在，若使用传统的模具内层涂料，虽然也能够正常使用，但是会导致多晶硅模具传热快、不污染的优势荡然无存，使得多晶硅模具的使用价值也打上折扣。因此，有必要针对工业硅成型用的多晶硅模具专门研究相匹配的内层涂料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，以解决现有技术中硅锭成型后不易从模具内取出，并且现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料的问题，实现便于拔模、同时不会污染成型硅产品，确保多晶硅模具能够在工业硅成型过程中充分发挥自身优势的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多晶硅锭模，包括模具，所述模具包括侧壁、模顶、模底，所述侧壁的上、下两端均敞口，模顶放置在侧壁的顶端，模底可拆卸连接在侧壁的底端，模顶上放置压持件，所述压持件上开设上下连通的通孔，所述压持件上固定安装板，所述安装板上设置驱动端朝下的直线驱动装置，所述直线驱动装置的驱动端穿过安装板进入所述通孔内，所述驱动端的底部固定连接拔模推板；所述侧壁、模顶、模底均由多晶硅材料制作而成；所述侧壁的内表面、模顶的底面、模底的顶面均涂覆大锭涂料，所述大锭涂由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。

首先针对现有技术中硅锭成型后不易从模具内取出的问题，本发明中的模具与传统的一体式模具不同，包括了相互独立的侧壁、模顶、模底三部分，侧壁为模具的侧面，上下两端均敞口，下方的敞口端由模底封隔，上方的敞口端由模顶遮盖，从而共同构成模具的整体结构。其中，模底直接放置在侧壁顶端，而模底与侧壁可拆卸连接，所述的可拆卸连接包括了现有技术中的各种可拆卸连接方式，在此不做赘述。模顶上放置压持件，压持件用于为模顶提供压力，将模顶稳定的压在侧壁上方。压持件上开设上下连通的通孔，便于拔模推板的存放和直线驱动装置驱动端的动作。直线驱动装置连接在安装板上，而安装板又固定在压持件上，因此直线驱动装置也就间接的与压持件相连，直线驱动装置工作，由驱动端驱动拔模推板下压即可。本发明工作时，连接好模底，进行浇筑硅液，之后将模顶放置在侧壁上并在模顶上放置压持件，压持件带有安装板和直线驱动装置，能够提供更大的压持力。待硅锭凝固成型后，首先抬起压持件，取出模顶，再将压持件直接放置在侧壁上，启动直线驱动装置，使拔模推板下压至成型硅锭的顶面，再卸掉模底，之后通过直线驱动装置向拔模推板继续施加向下的作用力，从而将成型的硅锭从侧壁底部推出，避免了传统的拔模结构需要从成型物体内部入手破坏成型结构的问题，使得硅锭成型后便于取出。同时，本发明中侧壁、模顶、模底均由多晶硅材料制作而成。多晶硅的导热系数达到700W/(m·K)，而传统的铁质锭模的导热系数只有几十，因此本发明降温快，而且不会污染硅产品，不会干扰硅锭的纯度。

为了确保多晶硅制作模具的优势充分发挥，本发明还专门对涂料进行了研究。具体的，现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料，若使用传统的模具内层涂料，虽然也能够正常使用，但是会导致多晶硅模具传热快、不污染的优势荡然无存。因此本发明提出用于工业硅生产的锭模涂层，本涂层专用于以多晶硅为原料制作而成的工业硅成型模具中，能够保证多晶硅模具维持自身传热快、不污染的优势，从而改善硅锭成型质量。具体的，大锭涂料按照以下重量配比组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。碳化硅和氮化硅共同组成模具涂层的硅基主剂，摒弃了传统模具涂料以碳或含碳有机物作为涂料主剂的方式，以硅基主剂来配合工业硅生产所用的多晶硅模具，碳化硅和氮化硅能够确保不会对硅料成型造成杂质污染，同时也与多晶硅具有极好的适配性，确保了在多晶硅不会污染工业硅的同时，涂料也不会污染工业硅。碳化硅在本发明中用量最多，首先其耐磨性能好，在通过各种工具进行脱模操作时也不会轻易被破损，因此以碳化硅作为用量最多的主剂，为本发明中的涂层保证了不会轻易在脱模过程中受到成型硅锭的磨损的优点。其次，碳化硅耐高温、导热性能良好，能够保证在高温成型过程中的性质稳定，且解决了传统涂层导热性能较差而导致单晶硅模具的高导热系数没有用武之地的缺陷，能够确保硅料成型过程中通过单晶硅模具进行快速的散热冷却，不会对单晶硅模具内外的热量交换形成阻隔面。氮化硅除了与碳化硅一样具有极好的耐磨性、能够进一步减轻脱模过程中对涂层的磨损，还能够抵抗快速变换的冷热冲击，用于本申请中能够显著提高涂层的抗裂性。具体的，在硅锭成型浇筑过程中，高温的液态硅料进入模具中，涂层所处的环境温度会急剧攀升、之后又快速冷却降温，这种短时间内温度的剧烈变化容易导致成膜状的碳化硅材料产生肉眼不可见的微小龟裂，长此以往导致涂料使用寿命较短；本申请中加入比重较大的氮化硅作为原料，就是为了克服这一技术问题，充分利用氮化硅超硬且抗冷热冲击的性质确保涂层整体能够承受短期内温度的急剧变化，本发明在添加氮化硅后单晶硅模具内壁涂层再无龟裂细纹出现；此外，氮化硅还具有与单晶硅、碳化硅的材质相匹配的优点，为本发明实现以硅基作为涂层主料能够起到显著的强化作用。硅酸钙作为强度增强材料在本发明中进行添加，相较于其余传统的强度增强填料而言，硅酸钙用于本发明中依然能够为本发明实现以硅基作为涂层主料起到强化作用，并利用其硅酸盐的本身性质，进一步克服了传统涂料中强度增强材料与硅基无关、会对工业硅成型造成污染的缺陷。膨润土在涂料中作为增稠剂和分散剂使用。三聚磷酸钠除了能够起到分散剂的作用外，还用于对膨润土内的金属阳离子进行络合形成可溶性络合物，这些可溶性络合物既解决了这类为数不多的金属阳离子对工业硅成型的轻微污染的问题，又维持了涂料整体的湿度，保持水分含量稳定；因此本发明中三聚磷酸钠是与膨润土相互配合共同作用的。此外，本发明中还包含丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺，丙烯酰胺、聚丙稀铣胺在本发明中作为增粘剂使用，提高涂料的黏度，同时丙烯酰胺在高温下也会自发的聚合成聚丙稀铣胺，聚丙稀铣胺具有优良的絮凝能力，能够显著降低自由水的含量，因此，本发明通过丙烯酰胺、聚丙稀铣胺和三聚磷酸钠的共同作用，实现对涂层内部含水量的稳定锁止，避免涂层干褶、避免自由水的浸润，显著提高涂层的水稳定性和使用寿命。粘接剂起到对各种原料的粘接作用，使得本发明在用量出现差错、黏度不足时也能够直接进行涂覆；并且便于本发明在单晶硅模具内壁上的涂覆。本发明中还含有微量的石墨粉，与传统的模具涂层通过大量石墨或炭黑等材料作为碳基主剂不同，本发明中石墨粉含量极低，因此显然不是作为主剂进行使用，而是通过添加微量的石墨粉，利用石墨的润滑性，改善本发明的整体流态，使得本发明便于涂抹。

所述侧壁为上、下两端敞口的、内部中空的长方体结构；侧壁的相对两侧均固定吊耳。此种结构便于起吊侧壁。现有技术中大型单晶硅大棒或大锭的生产极为麻烦，需要占用厂房内大量面积进行铺设，对厂房的面积要求极高。本方案正是为了克服这一问题，设置了特定结构的侧壁，便于侧壁竖直设置，充分利用厂房内的空间高度，无需大面积铺设也能够实现大棒或大锭的生产，且生产完成后配合厂房内的龙门吊等吊车结构将侧壁提升移走即可。

所述模顶底面设置与所述侧壁的顶端相匹配的插槽，所述侧壁的顶端插入至所述插槽内。通过插槽结构便于模顶与侧壁之间的快速安装连接，同时确保模顶放置在侧壁上时在径向方向的结构稳定。所述侧壁底端设置向外伸出的凸缘，凸缘的底面与模底的上表面接触，还包括贯穿凸缘、模底的螺栓，所述螺栓的上下两端均套设螺母。通过凸缘实现侧壁与模底之间的连接，螺栓连接的方式便于拆卸与安装。所述压持件为不锈钢板；所述安装板与压持件焊接。

优选的，所述直线驱动装置为气缸或液压缸。便于自动提供较大的推力推动成型的硅锭与侧壁脱离开来。

所述拔模推板的底面铺设一层橡胶软垫；所述橡胶软垫的厚度为1～2cm。橡胶软垫可以避免拔模推板直接与成型的硅锭接触，避免对硅锭顶面造成磨损，使得拔模推板通过橡胶软垫与成型的硅锭进行接触。橡胶材质不仅质软，而且还具有充足的弹性，能够利用弹性复位力辅助施加推力。

所述粘接剂由70％的硅溶胶与30％的硅酸钠组成；所述碳化硅由50％的α相碳化硅与50％的β相碳化硅组成；所述氮化硅由80％的γ相氮化硅与20％的α相氮化硅和/或β相氮化硅组成。

硅溶胶为纳米级二氧化硅的分散物，它具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料，且对混合涂料类的各种颗粒能够提供较强的粘接性。硅酸钠的使用可以提高涂层的密实度、强度、抗渗性。使用硅溶胶和硅酸钠的混合物共同组成本发明中的粘接剂，除了提供优良的粘接能力以外，对于消除涂层内部微孔、改善涂层的整体致密性也有显著的效果。所述粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3。此处的比例为重量配比，粘接剂中，按重量配比来看，硅溶胶占七成，硅酸钠占三成。此组分配比能够使得本发明中的涂层在单晶硅模具的内壁具有最相适应的粘接能力，相比单独使用硅溶胶而言，涂层密实度有显著提高。α相碳化硅的晶体结构呈六方体或菱面体，β相碳化硅的晶体结构呈立方体，使用不同晶体结构的碳化硅，能够使得不同的碳化硅晶格具有不同面积与朝向的表面，从而避免本发明内部晶格能分布过于统一导致具有应力薄弱方向的缺陷，提高本发明在各个方位上的内应力稳定性。本方案大量使用晶体结构呈立方体的γ相氮化硅，能够显著提高本发明的硬度，以此通过γ相氮化硅为涂层提供强度保护，进一步降低磨损受损的可能性。由于纯γ相氮化硅的硬度可达35GPa，这么高的硬度用于涂层防磨损中略显大材小用。且由于γ相氮化硅需要在高温高压下合成得到，成本较高，因此本方案中仍然使用部分晶体结构呈三角形和六边形的α相氮化硅、β相氮化硅，以此适当降低成本，取得使用效果与使用成本之间的最佳平衡。

本发明中一种多晶硅锭模的使用方法，包括以下步骤：

(A)将模底平放于地面，在模底上放置侧壁并进行固定连接；

(B)将硅液从侧壁顶部倾倒入侧壁和模底所形成的空间内，迅速盖上模顶并在模顶上放置压持件；

(C)硅液冷却成型后，取走模顶，解除模底与侧壁的固定，抬升侧壁与位于侧壁上方的压持件，同时启动直线驱动装置，使拔模推板相对侧壁下行至成型的硅锭的顶面并持续对成型的硅锭施加向下的推力；

(D)在拔模推板的推动下将成型的硅锭与侧壁逐渐脱离，直至侧壁完全抬升至成型的硅锭上方，移开侧壁与压持件；使模底与成型的硅锭脱离，得到大锭；

(E)根据需要切割大锭，得到锭模。

本方法完全克服了现有技术中对于大锭生产难度大、占用厂房面积大的问题，充分利用厂房的空间高度，无需大面积铺设也能够实现大棒或大锭的生产；拔模过程与侧壁的提升过程同步进行，利用侧壁与拔模推板相反的运动方向来提高对成型的硅锭的推动力，降低拔模难度，提高拔模效率。

步骤(C)中侧壁的抬升方法为：由吊车钩住侧壁相对两侧的吊耳进行起吊。

模底与成型硅锭的脱离方法为：在模底上表面与硅锭底面之间插入刮片进行撬动。

大锭涂料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份充分研磨、混合；

(b)将混合后的原料置入反应釜中，加入溶剂，并在85～90℃、常压下搅拌30min；

(c)向反应釜内加入三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，升高釜内温度至150～200℃、升高釜内压力至1.5～2倍大气压，搅拌60min；

(d)将反应釜内卸至常压，使反应釜内部冷却至室温；

(e)反应釜中的成品，密封储存。

本方法首先不添加三聚磷酸钠和丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺，将其余原料按照指定比例添加至反应釜，并在85～90℃、常压下搅拌30min，此时搅拌釜内的温度低于水的沸点，各原料进行充分的相互配合与粘接。之后加入三聚磷酸钠、丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺，锁住溶液内必要的水分，并进行加压升温，温度升高后没有被锁住的水分蒸发在反应釜内部，而涂料本身在高压下不断相互挤压配合，搅拌60分钟后对反应釜泄压至常压，泄压过程中大量蒸发的水蒸气排出，反应釜内剩余的水蒸气在冷却过程中凝结在釜体内壁或涂料上，进入涂料内的水分随着涂料被一同取出，作为涂料内的自由水，为涂料使用过程中水分的自然挥发提供挥发余量，从而能够显著避免使用时极易脱水成块的缺陷。退一步讲，本方案中即使自由水完全蒸发，但是由于有三聚磷酸钠、丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺配合膨润土的锁水能力，也不会沦为传统涂料那种脱水成块的状态。

步骤(d)中反应釜内部冷却至室温的过程中，依然保持对反应釜内部的搅拌；所述搅拌的方法为：将反应釜固定在转盘上，转盘以800～1000rpm的转速转动。利用高速离心实现对反应釜内部的搅拌，避免需要在反应釜内部配置搅拌装置导致对涂料的二次污染。提高冷却效率。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，避免了传统的拔模结构需要从成型物体内部入手破坏成型结构的问题，使得硅锭成型后便于取出。同时，本发明中侧壁、模顶、模底均由多晶硅材料制作而成，因此本发明降温快，而且不会污染硅产品，不会干扰硅锭的纯度。

2、本发明一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，大锭涂料专用于以多晶硅为原料制作而成的工业硅成型模具中，解决了现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料的问题，能够保证多晶硅模具维持自身传热快、不污染的优势，以此改善硅锭成型质量。摒弃了传统模具涂料以碳或含碳有机物作为涂料主剂的方式，以硅基主剂来配合工业硅生产所用的多晶硅模具，碳化硅和氮化硅能够确保不会对硅料成型造成杂质污染，同时也与多晶硅具有极好的适配性，确保了在多晶硅不会污染工业硅的同时，涂料也不会污染工业硅。

3、本发明一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，其中三聚磷酸钠与膨润土相互配合共同作用，三聚磷酸钠除了能够起到分散剂的作用外，还用于对膨润土内的金属阳离子进行络合形成可溶性络合物，这些可溶性络合物既解决了这类为数不多的金属阳离子对工业硅成型的轻微污染的问题，又维持了涂料整体的湿度，保持水分含量稳定。使用丙烯酰胺、聚丙稀铣胺作为增粘剂，提高涂料的粘度，同时丙烯酰胺在高温下也会自发的聚合成聚丙稀铣胺，聚丙稀铣胺具有优良的絮凝能力，能够显著降低自由水的含量，因此通过丙烯酰胺、聚丙稀铣胺和三聚磷酸钠的共同作用，实现对涂层内部含水量的稳定锁止，避免涂层干褶、避免自由水的浸润，显著提高涂层的水稳定性和使用寿命。

4、本发明一种多晶硅锭模及使用方法、涂料制备方法，完全克服了现有技术中对于大锭生产难度大、占用厂房面积大的问题，充分利用厂房的空间高度，无需大面积铺设也能够实现大棒或大锭的生产；拔模过程与侧壁的提升过程同步进行，利用侧壁与拔模推板相反的运动方向来提高对成型的硅锭的推动力，降低拔模难度，提高拔模效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的剖视图；

图2为本发明具体实施例脱模时的示意图；

图3为本发明具体实施例中侧壁的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-侧壁，2-模顶，3-模底，4-压持件，5-通孔，6-安装板，7-直线驱动装置，701-驱动端，8-拔模推板，9-凸缘，10-螺栓，11-螺母，12-软垫，13-密封圈，14-吊耳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1与图2所示的一种多晶硅锭模，包括模具，所述模具包括侧壁1、模顶2、模底3，所述侧壁1的上、下两端均敞口，模顶2放置在侧壁1的顶端，模底3可拆卸连接在侧壁1的底端，模顶2上放置压持件4，所述压持件4上开设上下连通的通孔5，所述压持件4上固定安装板6，所述安装板6上设置驱动端701朝下的直线驱动装置7，所述直线驱动装置7的驱动端701穿过安装板6进入所述通孔5内，所述驱动端701的底部固定连接拔模推板8；所述侧壁1、模顶2、模底3均由多晶硅材料制作而成；所述侧壁1的内表面、模顶2的底面、模底3的顶面均涂覆大锭涂料，所述大锭涂由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。

实施例2：

如图1与图2所示的一种多晶硅锭模，在实施例1的基础上，所述侧壁1为上、下两端敞口的、内部中空的长方体结构；侧壁1的相对两侧均固定吊耳14。所述模顶2底面设置与所述侧壁1的顶端相匹配的插槽，所述侧壁1的顶端插入至所述插槽内；所述侧壁1底端设置向外伸出的凸缘9，凸缘9的底面与模底3的上表面接触，还包括贯穿凸缘9、模底3的螺栓10，所述螺栓10的上下两端均套设螺母11；所述压持件4为不锈钢板；所述安装板6与压持件4焊接。所述拔模推板8的底面铺设一层橡胶软垫12；所述橡胶软垫12的厚度为1～2cm。本实施例使用过程如下：

(A)将模底3平放于地面，在模底3上放置侧壁1并进行固定连接；

(B)将硅液从侧壁1顶部倾倒入侧壁1和模底3所形成的空间内，迅速盖上模顶2并在模顶2上放置压持件4；

(C)硅液冷却成型后，取走模顶2，解除模底3与侧壁1的固定，抬升侧壁1与位于侧壁1上方的压持件4，同时启动直线驱动装置7，使拔模推板8相对侧壁1下行至成型的硅锭的顶面并持续对成型的硅锭施加向下的推力；

(D)在拔模推板8的推动下将成型的硅锭与侧壁1逐渐脱离，直至侧壁1完全抬升至成型的硅锭上方，移开侧壁与压持件4；使模底3与成型的硅锭脱离，得到大锭；

(E)根据需要切割大锭，得到锭模。

优选的，步骤C中侧壁的抬升方法为：由吊车钩住侧壁1相对两侧的吊耳14进行起吊。

优选的，模底3与成型硅锭的脱离方法为：在模底3上表面与硅锭底面之间插入刮片进行撬动。

实施例3：

大锭涂料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份充分研磨、混合；

(b)将混合后的原料置入反应釜中，加入溶剂，并在85～90℃、常压下搅拌30min；

(c)向反应釜内加入三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，升高釜内温度至150～200℃、升高釜内压力至1.5～2倍大气压，搅拌60min；

(d)将反应釜内卸至常压，使反应釜内部冷却至室温；

(e)反应釜中的成品，密封储存。

优选的，步骤(d)中反应釜内部冷却至室温的过程中，依然保持对反应釜内部的搅拌；所述搅拌的方法为：将反应釜固定在转盘上，转盘以800～1000rpm的转速转动。

本实施例最终得到的成品中，各组分的重量份为：碳化硅50份，氮化硅25份，硅酸钙10份，膨润土15份，三聚磷酸钠8份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3份，粘接剂6份，石墨粉1份，溶剂20份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。本实施例中溶剂为水。

实施例4：

本实施例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，三聚磷酸钠9份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺4份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

实施例5：

本实施例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅30份，硅酸钙12份，膨润土20份，三聚磷酸钠10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺5份，粘接剂8份，石墨粉2份，溶剂30份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例1：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅20份，硅酸钙6份，膨润土10份，三聚磷酸钠5份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺1份，粘接剂2份，石墨粉1份，溶剂20份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例2：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅50份，硅酸钙20份，膨润土30份，三聚磷酸钠15份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺10份，粘接剂10份，石墨粉5份，溶剂30份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例3：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例4：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，三聚磷酸钠9份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺4份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂全部为硅溶胶；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例5：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，三聚磷酸钠9份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺4份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅全部为α相碳化硅或β相碳化硅中的任意一种；氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。

对比例6：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，三聚磷酸钠9份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺4份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅中50％为γ相氮化硅，其余50％为α相氮化硅。

对比例7：

本对比例的大锭涂料中各组分的重量配比为：碳化硅50份，氮化硅28份，硅酸钙11份，膨润土17份，三聚磷酸钠9份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺4份，粘接剂7份，石墨粉1.5份，溶剂25份。其中，粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3；碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1；氮化硅全部为α相氮化硅。

申请人对上述所有实施例与对比例所形成的大锭涂料，均取20×20×1cm的方形涂层样品、在相同测试环境下进行检测，结果如下表：

由上表可以看出，实施例3至5均取得了良好的使用效果，在保持多晶硅模具固有优势的同时，具有极低的磨损度，并且自由水含量控制也恰到好处，其余参数均表现优异。而对比例1中，各组分用量都相对偏少，虽然能够取得相对较大的抗弯强度，但是对于模具内壁涂层而言该效果不具有具体的应用价值，反而是磨损程度明显增大；并且含水量也明显增大，锁水效果不足。对比例2中，各组分用量都相对偏大，虽然锁水效果较好，但是抗弯强度较低，涂层的韧性受到影响。对比例3中没有添加三聚磷酸钠、丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺，含水量显著增大，且抗弯强度也较低，含水过多无法满足稳定的涂覆使用。对比例4与实施例4相比，粘接剂全部为硅溶胶，没有了硅酸钠对密实度的改善，密度显著降低，涂层的致密性明显下降。对比例5与实施例4相比，碳化硅全部为α相碳化硅或β相碳化硅中的任意一种，没有了两种不同晶格结构的碳化硅，弹性模量与抗弯强度都明显降低。对比例6与实施例4相比，氮化硅中50％为γ相氮化硅，其余50％为α相氮化硅，即是γ相氮化硅的含量减少，α相氮化硅的含量增多。而对比例7中更是完全是α相氮化硅，不再含有γ相氮化硅，可以看出，随着γ相氮化硅用量的减少，磨损度呈逐渐升高趋势，因此γ相氮化硅对于涂层磨损的改善有明显的效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多晶硅锭模，包括模具，其特征在于，所述模具包括侧壁(1)、模顶(2)、模底(3)，所述侧壁(1)的上、下两端均敞口，模顶(2)放置在侧壁(1)的顶端，模底(3)可拆卸连接在侧壁(1)的底端，模顶(2)上放置压持件(4)，所述压持件(4)上开设上下连通的通孔(5)，所述压持件(4)上固定安装板(6)，所述安装板(6)上设置驱动端(701)朝下的直线驱动装置(7)，所述直线驱动装置(7)的驱动端(701)穿过安装板(6)进入所述通孔(5)内，所述驱动端(701)的底部固定连接拔模推板(8)；所述侧壁(1)、模顶(2)、模底(3)均由多晶硅材料制作而成；所述侧壁(1)的内表面、模顶(2)的底面、模底(3)的顶面均涂覆大锭涂料，所述大锭涂由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅锭模，其特征在于，所述侧壁(1)为上、下两端敞口的、内部中空的长方体结构；侧壁(1)的相对两侧均固定吊耳(14)。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅锭模，其特征在于，所述模顶(2)底面设置与所述侧壁(1)的顶端相匹配的插槽，所述侧壁(1)的顶端插入至所述插槽内；所述侧壁(1)底端设置向外伸出的凸缘(9)，凸缘(9)的底面与模底(3)的上表面接触，还包括贯穿凸缘(9)、模底(3)的螺栓(10)，所述螺栓(10)的上下两端均套设螺母(11)；所述压持件(4)为不锈钢板；所述安装板(6)与压持件(4)焊接。

4.根据权利要求1所述的一种多晶硅锭模，其特征在于，所述拔模推板(8)的底面铺设一层橡胶软垫(12)；所述橡胶软垫(12)的厚度为1～2cm。

5.根据权利要求1所述的一种多晶硅锭模，其特征在于，所述粘接剂由70％的硅溶胶与30％的硅酸钠组成；所述碳化硅由50％的α相碳化硅与50％的β相碳化硅组成；所述氮化硅由80％的γ相氮化硅与20％的α相氮化硅和/或β相氮化硅组成。

6.基于权利要求1至5中任一所述的一种多晶硅锭模的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)将模底(3)平放于地面，在模底(3)上放置侧壁(1)并进行固定连接；

(B)将硅液从侧壁(1)顶部倾倒入侧壁(1)和模底(3)所形成的空间内，迅速盖上模顶(2)并在模顶(2)上放置压持件(4)；

(C)硅液冷却成型后，取走模顶(2)，解除模底(3)与侧壁(1)的固定，抬升侧壁(1)与位于侧壁(1)上方的压持件(4)，同时启动直线驱动装置(7)，使拔模推板(8)相对侧壁(1)下行至成型的硅锭的顶面并持续对成型的硅锭施加向下的推力；

(D)在拔模推板(8)的推动下将成型的硅锭与侧壁(1)逐渐脱离，直至侧壁(1)完全抬升至成型的硅锭上方，移开侧壁与压持件(4)；使模底(3)与成型的硅锭脱离，得到大锭；

(E)根据需要切割大锭，得到锭模。

7.根据权利要求6所述的一种多晶硅锭模的使用方法，其特征在于，步骤(C)中侧壁的抬升方法为：由吊车钩住侧壁(1)相对两侧的吊耳(14)进行起吊。

8.根据权利要求6所述的一种多晶硅锭模的使用方法，其特征在于，模底(3)与成型硅锭的脱离方法为：在模底(3)上表面与硅锭底面之间插入刮片进行撬动。

9.基于权利要求1至5中任一所述的一种多晶硅锭模中大锭涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)将碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份充分研磨、混合；

(b)将混合后的原料置入反应釜中，加入溶剂，并在85～90℃、常压下搅拌30min；

(c)向反应釜内加入三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，升高釜内温度至150～200℃、升高釜内压力至1.5～2倍大气压，搅拌60min；

(d)将反应釜内卸至常压，使反应釜内部冷却至室温；

(e)反应釜中的成品，密封储存。

10.根据权利要求9所述的大锭涂料的制备方法，其特征在于，步骤(d)中反应釜内部冷却至室温的过程中，依然保持对反应釜内部的搅拌；所述搅拌的方法为：将反应釜固定在转盘上，转盘以800～1000rpm的转速转动。