CN110171921A - 制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，涉及石英管生产技术领域，包括炉体，炉体上设有大盖，大盖上设有排气口，大盖上转动连接有小盖，小盖上偏心固定设有入料斗；小盖连接有动力机构；在坩埚内设有吹气管，在吹气管的出气端设有布气器。通过入料斗的旋转和气体喷吹的双重作用实现石英砂的均匀下料，制备的石英管无气泡、气线，提高石英管成型质量，提高产品合格率；本发明还公开了利用这种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉制备半导体及光伏用石英管的方法，本方法将石英砂经过物理、化学提纯后再进行氯化处理，最终得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂，保证了半导体及光伏用石英管的透光性。

Description

制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉及其方法

技术领域

本发明涉及石英管生产技术领域，尤其是一种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉；本发明还涉及采用前述制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉生产半导体及光伏用石英管的制备方法。

背景技术

石英玻璃管是用二氧化硅制造的特种工业技术玻璃，具有耐高温、耐腐蚀、热稳定性好、透光性能好、电绝缘性好等一系列的优良的物理化学性能，因此石英管被广泛的应用于电光源、半导体、光通信、军工、冶金、建材、化学、机械、电力、环保等各个领域。

半导体及光伏用石英管对管的质量要求较高，要求石英管管壁均匀度高，无气泡气线，无色线，而现有石英连熔拉管设备中，加料过程容易形成料堆结盖，导致连熔炉石英砂原料分布不均匀，砂粒堆积过多容易使气体被石英熔解包裹，形成气线、气泡，炉内石英液面压力不均，石英料出炉成型受到影响，造成石英管偏壁、气线过多。因此现有设备生产的半导体及光伏用石英管废品率较高，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种均匀加料，无气泡、气线，提高石英管成型质量，提高产品合格率的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种采用上述制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉进行生产半导体及光伏用石英管的制备方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，包括炉体，炉体上设有炉盖，炉体内设有坩埚，坩埚外设有加热装置，坩埚底部设有料台，料台上设有成型出口，成型出口处设有与芯杆相接的成型器，其特点是，

所述炉盖包括与炉体固定连接的大盖，所述大盖上设有排气口，所述大盖上转动连接有小盖，所述小盖上偏心固定设有入料斗，所述入料斗的下端连接有下料管，所述下料管伸入坩埚内，在坩埚内的下料管的下部设有围绕下料管周向均匀分布的至少两个分料管；小盖连接有驱动小盖转动的动力机构；

在坩埚内设有气体喷吹组件，所述气体喷吹组件包括供气设备、供气管和吹气管，所述供气设备的气体出口与供气管连接，所述供气管的另一端通过竖向旋转接头与吹气管转动连接，所述竖向旋转接头以轴线与小盖的轴线共线方式设置，所述吹气管与小盖固定连接，吹气管的出气端伸进坩埚内，在吹气管的出气端设有布气器，所述布气器设在若干分料管之间。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉中：所述小盖和大盖之间通过轴承转动连接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉中：所述吹气管设在入料斗内，所述吹气管以轴线与入料斗轴线共线的方式设置，所述布气器设在若干分料管的中间且与分料管的出料口等高设置。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉中：所述小盖设有外齿圈，所述动力机构包括与外齿圈配合的齿轮，所述炉体上装有与齿轮连接并驱动齿轮转动的电动机。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉中：所述芯杆从炉体的侧壁通入坩埚内。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现。本发明还提供了一种采用以上技术方案中任何一项所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉生产半导体及光伏用石英管的制备方法，其特点是，其步骤如下：

（1）制备高纯石英砂

将石英砂原料粉碎后去D50值为150μm的石英砂颗粒，用纯水冲洗脱泥，再按1︰1.2~1.5的质量比和去离子水混合制成料浆；向料浆中加入质量分数为15~25%的硫酸，搅拌浸泡2~3小时后，将物料投入压滤机进行脱水，将脱水后再次与去离子水按1︰1.8~2.2的质量比配成料浆，向料浆中加入氨水搅拌混合，将料浆调至中性，再加入质量分数为0.3%~0.8%的EDTA，搅拌混合2~3小时后脱水并烘干；

（2）将烘干的石英砂放入温度为1100~1200℃的氯化炉里进行氯化处理15~20分钟后即得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂。

（3）从入料斗向连熔炉内投入高纯石英砂，启动电动机，齿轮带动小盖转动，小盖带动入料斗和吹气管转动，高纯石英砂在多个分料管流出；

同时启动供气设备，气体由供气管进入吹气管，最终从布气器中喷吹而出，高纯石英砂由多个分料管转动流出和气体喷吹双重作用下，高纯石英砂位置不断调整，均匀洒落至料台；

（4）料台上的高纯度石英砂在连熔炉内经熔融后，由成型器拉制成型，即得到半导体及光伏用石英管。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的制备方法中：其特征在于：所述供气设备提供的是保护气体；所述保护气体为氮气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，

（1）制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉的有益效果是：

通过设置分料管，使高纯石英砂分散流出，通过在设置小盖，小盖与大盖转动连接，小盖经动力机构带动旋转，在小盖上偏心设置入料斗，入料斗的下料管设置多个分料管，在多个分料管转动过程中，实现高纯石英砂的均匀下落；同时，供气设备通过供气管向吹气管供气，气体从吹气管底端的布气器喷吹而出，使下落的石英砂进一步的均匀分散，实现石英砂的均匀下料；能够避免下料不均形成的料堆结盖，石英砂粒被均匀分散，石英砂进入连熔炉内得到充分熔解，拉制出的半导体及光伏用石英管无气线、气泡，因石英砂被均匀分散下料，炉内石英液面压力均匀，克服了现有技术中拉制成型的石英管偏壁的缺陷，提高了石英料出炉成型质量；

（2）本方法的有益效果：

本方法将石英砂经过物理、化学提纯后再进行氯化处理，最终得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂，保证了半导体及光伏用石英管的透光性。半导体及光伏用石英管对管的质量要求较高，要求石英管管壁均匀度高，无气泡气线，无色线，使用制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉下料，提高了产品合格率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图。

图中：1. 炉体，2.坩埚，3.大盖，4.料台，5.成型器，6.芯杆，7.排气口，8.小盖，9.入料斗，10.分料管，11.吹气管，12.竖向旋转接头，13.供气管，14.轴承，15.齿轮，16.电动机，17.布气器。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

【实施例1】

参照图1，结合图2，一种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，包括炉体1，炉体1上设有炉盖，炉体1内设有坩埚2，坩埚2外设有加热装置，坩埚2底部设有料台4，料台4上设有成型出口，成型出口处设有与芯杆6相接的成型器5，所述炉盖包括与炉体1固定连接的大盖3，所述大盖3上设有排气口7，所述大盖3上转动连接有小盖8，所述小盖8和大盖3之间通过轴承14转动连接，所述小盖8上偏心固定设有入料斗9，所述入料斗9的下端连接有下料管，所述下料管伸入坩埚2内，在坩埚2内的下料管的下部设有围绕下料管周向均匀分布有四个分料管10；小盖8连接有驱动小盖8转动的动力机构；所述小盖8设有外齿圈，所述动力机构包括与外齿圈配合的齿轮15，所述炉体1上装有与齿轮15连接并驱动齿轮15转动的电动机16，炉体1上安装有电动机16座，电动机16固定安装在电动机16座上；

在坩埚2内设有气体喷吹组件，所述气体喷吹组件包括供气设备、供气管13和吹气管11，所述供气设备的气体出口与供气管13连接，所述供气管13的另一端通过竖向旋转接头12与吹气管11转动连接，所述吹气管11通过支撑架与小盖8固定连接，或者通过支撑架与入料斗9固定连接，吹气管11的出气端伸进坩埚2内，在吹气管11的出气端设有布气器17，所述布气器17设在若干分料管10之间；所述吹气管11设在入料斗9内，所述吹气管11以轴线与入料斗9轴线共线的方式设置，所述布气器17设在若干分料管10的中间且与分料管10的出料口等高设置；

所述竖向旋转接头12以轴线与小盖8的轴线共线的方式设置。

所述芯杆6从炉体1的侧壁通入坩埚2内。

工作原理：

启动电动机16，电动机16带动齿轮15转动，齿轮15通过与小盖8的外齿圈啮合，带动小盖8转动，由于入料斗9和供气管13都与小盖8固定连接，小盖8将带动入料斗9和供气管13转动，向入料斗9投入石英砂原料，入料斗9偏心设置在小盖8上，在入料斗9转动的过程中，石英砂原料从四个分料管10分散流出，同时在炉体1内形成螺旋状的下料轨迹；与此同时，打开供气设备控制阀门， 通过供气管13向吹气管11内通入保护气体，如氮气，气体从吹气管11底部的布气器17喷吹而出，气体吹向周围的分料管10流出的石英砂原料，使石英砂原料再次被均匀吹散，在转动、分料、喷吹的作用下，实现石英砂的均匀下料，能够避免下料不均形成的料堆结盖，石英砂粒被均匀分散，石英砂进入连熔炉内得到充分熔解，拉制出的半导体及光伏用石英管无气线、气泡，因石英砂被均匀分散下料，炉内石英液面压力均匀，克服了现有技术中拉制成型的石英管偏壁的缺陷，提高了石英料出炉成型质量。

【实施例2】

采用实施例1中所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉生产半导体及光伏用石英管的制备方法，其步骤如下，

（1）制备高纯石英砂

将石英砂原料粉碎后去D50值为150μm的石英砂颗粒，用纯水冲洗脱泥，再按1︰1.3的质量比和去离子水混合制成料浆；向料浆中加入质量分数为20%的硫酸，搅拌浸泡2.5小时后，将物料投入压滤机进行脱水，将脱水后再次与去离子水按1︰2的质量比配成料浆，向料浆中加入氨水搅拌混合，将料浆调至中性，再加入质量分数为0.5%的EDTA，搅拌混合2.5小时后脱水并烘干；

（2）将烘干的石英砂放入温度为1150℃的氯化炉里进行氯化处理18分钟后即得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂。

（3）从入料斗9向连熔炉内投入高纯石英砂，启动电动机16，齿轮15带动小盖8转动，小盖8带动入料斗9和吹气管11转动，高纯石英砂在多个分料管10流出；

同时启动供气设备，气体由供气管13进入吹气管11，最终从布气器17中喷吹而出，高纯石英砂由多个分料管10转动流出和气体喷吹双重作用下，高纯石英砂位置不断调整，均匀洒落至料台4；

（4）料台4上的高纯度石英砂在连熔炉内经熔融后，由成型器5拉制成型，即得到半导体及光伏用石英管。

所述供气设备提供的是保护气体；所述保护气体为氮气。

本方法将石英砂经过物理、化学提纯后再进行氯化处理，最终得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂，保证了半导体及光伏用石英管的透光性。

Claims (7)

1.一种制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，包括炉体，炉体上设有炉盖，炉体内设有坩埚，坩埚外设有加热装置，坩埚底部设有料台，料台上设有成型出口，成型出口处设有与芯杆相接的成型器，其特征在于：

所述炉盖包括与炉体固定连接的大盖，所述大盖上设有排气口，所述大盖上转动连接有小盖，所述小盖上偏心固定设有入料斗，所述入料斗的下端连接有下料管，所述下料管伸入坩埚内，在坩埚内的下料管的下部设有围绕下料管周向均匀分布的至少两个分料管；小盖连接有驱动小盖转动的动力机构；

在坩埚内设有气体喷吹组件，所述气体喷吹组件包括供气设备、供气管和吹气管，所述供气设备的气体出口与供气管连接，所述供气管的另一端通过竖向旋转接头与吹气管转动连接，所述竖向旋转接头以轴线与小盖的轴线共线的方式设置，所述吹气管与小盖固定连接，吹气管的出气端伸进坩埚内，在吹气管的出气端设有布气器，所述布气器设在若干分料管之间。

2.根据权利要求1所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，其特征在于：所述小盖和大盖之间通过轴承转动连接。

3.根据权利要求1所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，其特征在于：所述吹气管设在入料斗内，所述吹气管以轴线与入料斗轴线共线的方式设置，所述布气器设在若干分料管的中间且与分料管的出料口等高设置。

4.根据权利要求1所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，其特征在于：所述小盖设有外齿圈，所述动力机构包括与外齿圈配合的齿轮，所述炉体上装有与齿轮连接并驱动齿轮转动的电动机。

5.根据权利要求1所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉，其特征在于：所述芯杆从炉体的侧壁通入坩埚内。

6.一种采用权利要求1~5中任何一项所述的制备半导体及光伏用石英管的均匀加料连熔炉生产半导体及光伏用石英管的制备方法，其特征在于：其步骤如下，

（1）制备高纯石英砂

将石英砂原料粉碎后去D50值为150μm的石英砂颗粒，用纯水冲洗脱泥，再按1︰1.2~1.5的质量比和去离子水混合制成料浆；向料浆中加入质量分数为15~25%的硫酸，搅拌浸泡2~3小时后，将物料投入压滤机进行脱水，将脱水后再次与去离子水按1︰1.8~2.2的质量比配成料浆，向料浆中加入氨水搅拌混合，将料浆调至中性，再加入质量分数为0.3%~0.8%的EDTA，搅拌混合2~3小时后脱水并烘干；

（2）将烘干的石英砂放入温度为1100~1200℃的氯化炉里进行氯化处理15~20分钟后即得到二氧化硅含量大于99.998%的高纯度石英砂；

（3）从入料斗向连熔炉内投入高纯石英砂，启动电动机，齿轮带动小盖转动，小盖带动入料斗和吹气管转动，高纯石英砂在多个分料管流出；

同时启动供气设备，气体由供气管进入吹气管，最终从布气器中喷吹而出，高纯石英砂由多个分料管转动流出和气体喷吹双重作用下，高纯石英砂位置不断调整，均匀洒落至料台；

（4）料台上的高纯度石英砂在连熔炉内经熔融后，由成型器拉制成型，即得到半导体及光伏用石英管。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述供气设备提供的是保护气体；所述保护气体为氮气。