CN110195253A - 一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法，涉及新材料技术领域，本发明通过在坩埚(5)上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽(4)，利用材料熔液自身存在表面张力的特性，可使熔液上表面高于弧形槽槽底，设置在籽晶夹头(1)上的籽晶(2)插入弧形槽内并与坩埚内的熔液接触实现筒状材料(3)的拉制，本发明具有操作简单，生产效率高、成本低等及拉制长度长等优点，同时具有结构设计合理，特别适合大范围的推广和应用。

Description

一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法
【技术领域】
本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法。
【背景技术】
已知的，新材料产业具有技术高度密集，研究与开发投入高，产品的附加值高，生产与市场的国际性强，以及应用范围广，发展前景好等特点，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济，社会发展，科技进步和国防实力的重要标志，世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。以靶材为例，基于物理气相沉积原理的溅射镀膜工艺，已广泛应用于液晶显示设备、太阳能电池、太阳能真空管、半导体芯片等技术领域；而旋转型靶材是溅射镀膜工艺中常用的一种镀膜耗材，旋转型靶材一般由管状金属基材和镀膜材料层构成，正常做法是在管状金属基材外表面进行表面清洗或者吹砂完后就直接喷涂镀膜材料层，这种产品存在的问题是镀膜材料层与管状金属基材外表面结合强度较差，会影响旋转型靶材在溅射镀膜工艺中的正常使用。
另一种工艺是在一个完整的锭型或棒形材料上用掏料装置掏出一个空心管料，然后将管料绑定在管状金属基材上，该工艺具有生产效率低，生产成本高及管料长度小等缺点，无法得到大范围的推广和应用，因此如何提供一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
【发明内容】
鉴于背景技术中存在的不足，本发明公开了一种用于拉制筒状材料的装置及其拉制方法，本发明通过在坩埚上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽，利用材料熔液自身存在表面张力的特性，可使熔液上表面高于弧形槽槽底，设置在籽晶夹头上的籽晶插入弧形槽内并与坩埚内的熔液接触实现筒状材料的拉制，本发明具有操作简单，生产效率高、成本低等优点。
为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于拉制筒状材料的装置，包括籽晶夹头、坩埚和加热器，所述坩埚通过坩埚支撑座设置在一个密闭的腔体内，在坩埚的外部套接有加热器，在坩埚上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽，在每组弧形槽的上方分别设有籽晶夹头，在所述籽晶夹头的下端面设有环形籽晶，所述籽晶的下端面对应且插入每组弧形槽内。
所述的用于拉制筒状材料的装置，所述每组弧形槽包括两个弧形槽，两个弧形槽呈扇形设置。
所述的用于拉制筒状材料的装置，所述加热器的内缘面与坩埚的外缘面之间的距离为5～80mm。
所述的用于拉制筒状材料的装置，所述弧形槽外圈的内缘面与籽晶外缘面之间的间距为0.3～5mm，弧形槽内圈的外缘面与籽晶内缘面之间的间距为0.3～5mm。
所述的用于拉制筒状材料的装置，所述弧形槽的槽底低于坩埚内熔液的上液面。
所述的用于拉制筒状材料的装置，所述弧形槽的中心与籽晶夹头的中心为同心设置。
一种用于拉制筒状材料的拉制方法，所述拉制方法包括如下步骤：
A、将待熔化材料的杂质清洗干净；
B、把清洗干净后的材料放入坩埚，并将材料平整压实；
C、开启加热器对坩埚进行加热，待坩埚内的材料熔化后，通过加料装置向坩埚内补充材料至熔液上面高于弧形槽底面后，旋转的籽晶夹头带着籽晶下降，当籽晶的下端面插入弧形槽内后处于坩埚内腔的籽晶的下端面与坩埚内熔液的上表面接触，当与熔液接触的籽晶熔接后缓慢上升籽晶夹头，此时籽晶夹头带动籽晶缓慢上升，当籽晶在上升的同时也在旋转进而使籽晶重新结晶，在整个过程中通过加料装置持续向坩埚内补充材料，以保证熔液的上表面始终高于弧形槽的底面；
D、通过上述步骤熔化后的材料便形成了一个新的筒状材料，其籽晶夹头带动籽晶缓慢上升并旋转，便形成所需长度的筒状材料；
E、重复上述步骤便可实现多次筒状材料的拉制过程。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在坩埚上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽，利用材料熔液自身存在表面张力的特性，可使熔液上表面高于弧形槽槽底，设置在籽晶夹头上的籽晶插入弧形槽内并与坩埚内的熔液接触实现筒状材料的拉制，本发明具有操作简单，生产效率高、成本低等及拉制长度长等优点，同时具有结构设计合理，特别适合大范围的推广和应用。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明中坩埚的结构示意图；
图4是本发明中坩埚的另一立体结构示意图；
在图中：1、籽晶夹头；2、籽晶；3、筒状材料；4、弧形槽；5、坩埚；6、加热器；7、坩埚支撑座。
【具体实施方式】
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例。
首先需要说明的是，本发明在描述结构时采用的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
结合附图1～4所述的一种用于拉制筒状材料的装置，包括籽晶夹头1、坩埚5和加热器6，所述坩埚5通过坩埚支撑座7设置在一个密闭的腔体内，在坩埚5的外部套接有加热器6，所述加热器6的内缘面与坩埚5的外缘面之间的距离为5～80mm；所述加热器6连接电源，需要说明的是由于密闭的腔体和电源不是本发明保护的重点，故对其结构不做具体累述，进一步，在坩埚5上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽4，所述弧形槽4的中心与籽晶夹头1的中心为同心设置，所述每组弧形槽4包括两个弧形槽4，两个弧形槽4呈扇形设置，扇形设置的两个弧形槽4的首尾间隔连接后形成一个半圆结构，半圆结构的中心与环形籽晶2的中心同心，所述弧形槽4外圈的内缘面与籽晶2外缘面之间的间距为0.3～5mm，弧形槽4内圈的外缘面与籽晶2内缘面之间的间距为0.3～5mm，具体详见附图3和附图4；即半圆结构设置的弧形槽4的内外壁与籽晶2的内外壁之间设置间隙是方便籽晶2在弧形槽4内旋转。
进一步，在每组弧形槽4的上方分别设有籽晶夹头1，在所述籽晶夹头1的下端面设有环形籽晶2，所述籽晶2的下端面对应且插入每组弧形槽4内。
在具体实施时，所述弧形槽4的槽底低于坩埚内熔液的上液面。
以拉制硅料为例，具体实施例如下：
一种用于拉制筒状材料的拉制方法，所述拉制方法包括如下步骤：
A、将待熔化硅料的杂质清洗干净；
B、把清洗干净后的硅料放入坩埚5，并将硅料平整压实；
C、开启加热器6对坩埚5进行加热，待坩埚5内的硅料熔化后，通过加料装置向坩埚5内补充硅料至熔液上面高于弧形槽4底面后，旋转的籽晶夹头1带着籽晶2下降，当籽晶2的下端面插入弧形槽4内后处于坩埚5内腔的籽晶2的下端面与坩埚5内熔液的上表面接触，当与熔液接触的籽晶熔接后缓慢上升籽晶夹头1，此时籽晶夹头1带动籽晶2缓慢上升，当籽晶2在上升的同时也在旋转进而使籽晶2重新结晶，在整个过程中通过加料装置持续向坩埚5内补充硅料，以保证熔液的上表面始终高于弧形槽4的底面，其中加料装置不是本发明保护的重点，故对其结构不做累述；
D、通过上述步骤熔化后的硅料便形成了一个新的筒状材料，其籽晶夹头1带动籽晶2缓慢上升并旋转，便形成所需长度的筒状材料3，即空心的硅管；
E、重复上述步骤便可实现多次筒状材料的拉制过程。
本发明不仅适用于靶材所需筒状材料的拉制，同样还适用于空心硅芯的拉制及其它空心晶体材料的拉制。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (7)

1.一种用于拉制筒状材料的装置，包括籽晶夹头(1)、坩埚(5)和加热器(6)，其特征是：所述坩埚(5)通过坩埚支撑座(7)设置在一个密闭的腔体内，在坩埚(5)的外部套接有加热器(6)，在坩埚(5)上部的外缘面上间隔设有至少一组贯通至坩埚上端面的弧形槽(4)，在每组弧形槽(4)的上方分别设有籽晶夹头(1)，在所述籽晶夹头(1)的下端面设有环形籽晶(2)，所述籽晶(2)的下端面对应且插入每组弧形槽(4)内。
2.如权利要求1所述的用于拉制筒状材料的装置，其特征是：所述每组弧形槽(4)包括两个弧形槽(4)，两个弧形槽(4)呈扇形设置。
3.如权利要求1所述的用于拉制筒状材料的装置，其特征是：所述加热器(6)的内缘面与坩埚(5)的外缘面之间的距离为5～80mm。
4.如权利要求1所述的用于拉制筒状材料的装置，其特征是：所述弧形槽(4)外圈的内缘面与籽晶(2)外缘面之间的间距为0.3～5mm，弧形槽(4)内圈的外缘面与籽晶(2)内缘面之间的间距为0.3～5mm。
5.如权利要求1所述的用于拉制筒状材料的装置，其特征是：所述弧形槽(4)的槽底低于坩埚内熔液的上液面。
6.如权利要求1所述的用于拉制筒状材料的装置，其特征是：所述弧形槽(4)的中心与籽晶夹头(1)的中心为同心设置。
7.利用权利要求1～6任一权利要求所述的一种用于拉制筒状材料的装置的一种用于拉制筒状材料的拉制方法，其特征是：所述拉制方法包括如下步骤：
A、将待熔化材料的杂质清洗干净；
B、把清洗干净后的材料放入坩埚(5)，并将材料平整压实；
C、开启加热器(6)对坩埚(5)进行加热，待坩埚(5)内的材料熔化后，通过加料装置向坩埚(5)内补充材料至熔液上面高于弧形槽(4)底面后，旋转的籽晶夹头(1)带着籽晶(2)下降，当籽晶(2)的下端面插入弧形槽(4)内后处于坩埚(5)内腔的籽晶(2)的下端面与坩埚(5)内熔液的上表面接触，当与熔液接触的籽晶熔接后缓慢上升籽晶夹头(1)，此时籽晶夹头(1)带动籽晶(2)缓慢上升，当籽晶(2)在上升的同时也在旋转进而使籽晶(2)重新结晶，在整个过程中通过加料装置持续向坩埚(5)内补充材料，以保证熔液的上表面始终高于弧形槽(4)的底面；
D、通过上述步骤熔化后的材料便形成了一个新的筒状材料，其籽晶夹头(1)带动籽晶(2)缓慢上升并旋转，便形成所需长度的筒状材料(3)；
E、重复上述步骤便可实现多次筒状材料的拉制过程。
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