CN112176402A - 一种编织的碗体预制体及以其制成的涂层碗体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种编织的碗体预制体，用于坩埚底部也就是埚底，所述碗体预制体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述碗体预制体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称；或者是，所述碗体预制体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织。本申请的碗体采用交差或者螺旋编织，编织更简单，碗底密实处理，加强了埚底的支撑强度。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅或多晶硅的制造过程中的一种碳纤维复合材料的应用，具体涉及一种采用碳纤维复合材料编织制作的碗体预制体以及以这个预制体制成的涂层碗体。
背景技术
在晶体的制作中，有一个部件是坩埚，坩埚的材料一般为石墨、陶瓷、金属等，存在坩埚龟裂、侵蚀失强等问题。而且，随着生长的晶体直径越来越粗，相应的炉子的直径也越做越大，这样对热场的可靠性也要求越来越高。由于现有坩埚的埚底强度的局限性，直径越大那么其壁厚要求也越大，所以重量很重，而且热容很高，导致操作笨重，耗能增加，成本提高。
因此，现有技术的坩埚的埚底还有提升的地方。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料编织的碗体预制体以及以这个预制体制成的涂层碗体，配合坩埚埚邦和碗底使用，以解决现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种编织的碗体预制体，用于坩埚底部也就是埚底，所述碗体预制体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述碗体预制体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称；或者是，所述碗体预制体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织而成。
依照本申请较佳实施例所述的编织的碗体预制体，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度；所述轴向条被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
依照本申请较佳实施例所述碗体预制体包括至少一封边。
一种编织的涂层碗体，用于坩埚底部也就是埚底，所述涂层碗体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称，碳纤维表面和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层；或者是，所述涂层碗体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织而成，碳纤维表面和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层。
依照本申请较佳实施例所述的编织的涂层碗体，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度；所述轴向条被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
依照本申请较佳实施例所述的编织的涂层碗体，所述轴向条为碳碳棒、石墨棒、高温陶瓷棒、高温金属棒、碳纤维绳其中的一种。
依照本申请较佳实施例所述涂层碗体包括至少一封边。
依照本申请较佳实施例所述的编织的涂层碗体，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括一部分从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件。
依照本申请较佳实施例所述的编织的涂层碗体，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳和第二群碳纤维绳；组成所述第一群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致，组成所述第二群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致；所述第一群碳纤维绳一时间在所述第二群碳纤维绳的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件。
依照本申请较佳实施例所述的编织的涂层碗体，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳；第一群所述碳纤维绳中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳环绕第一群碳纤维绳连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件
由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：
第一、本申请采用碳碳材质的碗体，碳碳材料相比石墨材质强度高，起到局部增强放入作用，可以提高使用寿命；
第二、采用本申请方案，坩埚埚邦要求可以降低，可以采用石墨或者密度更低的碳碳，从而大大节约使用成本；
第三、如果碳碳碗体损坏，只需要更换局部易损件，不需要报废整个坩埚，既达到安全生产，又有节省材料降低费用的效果；
第四、采用本申请方案，无需整体制造坩埚，可以节约炉内空间，同时可以减少传统坩埚制造的工艺过程、难度和工时，从而节约制造成本；
第五、采用本组合坩埚，可以使得内部的石英坩埚在拉晶结束后更容易取出，减少敲打，从而降低外力对坩埚的破坏，提升使用寿命
第六、本申请的埚底的碗体采用交差或者螺旋编织，编织更简单；
第七、本申请的埚底的碗底密实处理，加强了埚底的支撑强度。
当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时具有以上全部的技术效果。
附图说明
图1为埚底的一种结构示意图；
图2为碗底一种结构示意图；
图3为图2另外一种角度示意图；
图4为碗底另一种结构示意图；
图5为碗底又一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件等。
本申请的核心思想在于，制作一种坩埚，有效的提高和超越传统坩埚的寿命，埚底包括一个编织结构的碗体，所述碗体首先需要用碳纤维绳编织成预制体，所述预制体是指没有增密硬化前的编织体，所述预制体可以依据实际情况增加封边，然后经过增密处理得到硬化的碗体。增密硬化包括气相沉积、液相沉积、烧结等过程，此为公知技术，不在此赘述。这种坩埚可以根据实际的设计要求灵活设计其结构，而埚底的碗体的垂直向的轴向条加强了坩埚高度方向的支撑强度，水平向的螺旋编织的碗体周向强度增大，上下直径更精确，采用螺旋编织，编织更简单，减少了制作时间，大大降低材料成本和使用成本，所谓的螺旋是一种像螺线及螺丝的扭纹曲线。
本申请的编织碗体可以承载的埚邦除了封边设计的编织埚邦外，也适用于环形中空整体埚邦以及环形中空拼接体埚邦；环形中空整体埚邦也就是将一块材料中间挖空、外面整形而成，这已经是公开技术；而环形中空拼接体埚邦就是采用拼接条拼接成的，这个拼接的技术已经在其他专利公开，在此不再说明。本申请实施例中仅以编织埚邦为例，但是不能用来限制本申请，本申请的编织碗体可以承载任何形式的埚邦。所述埚邦种类依据不同的分类有以下几种：按结构分类包括编织埚邦和实体埚邦；按材质分类包括碳碳埚邦和石墨埚邦。编织埚邦包括交叉编织、螺旋编织、带轴向条的交叉编织；实体埚邦包括整体埚邦和拼接埚邦。
以下结合附图，具体说明本申请，请参见图1埚底的一种结构示意图，一种坩埚包括埚邦(图未示)和埚底，应用于单晶硅或多晶硅的制造过程中的一种碳纤维复合材料的应用领域。所述埚底为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述埚底包括涂层碗体21和碗底22，一种实施例中，所述涂层碗体21编织连接所述碗底22，两者是编织在一起的，在此编织方式中，所述涂层碗体21的上端可以编织连接一封边，来增加连接稳固，当然也可以不要封边，只要连接稳定即可；另外一种实施例中，所述碗底22用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体21用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体21和碗底22是两个分开的部件，在此编织方式中，所述涂层碗体21的上端和下端可以编织连接各一封边或只有一端连接封边，来增加连接稳固，当然也可以不要封边，只要连接稳定即可。
进一步来说所述碗底22，所述碗底22的第一种实施例，如图1、图2和图3所示，所述碗底22密实状编织的网状体包括一部分从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳，两部分碳纤维绳交叉时，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
请参考图4，所述碗底22的第二种实施例，所述碗底22密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳和第二群碳纤维绳；组成所述第一群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致，组成所述第二群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致；所述第一群碳纤维绳一时间在所述第二群碳纤维绳的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
所述碗底22的第三种实施例，如图5所示，所述碗底22密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳；第一群所述碳纤维绳中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳环绕第一群碳纤维绳连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
如上所述，所述碗底22的网状体的三种形状，但是不能用来限制本申请，只要是以编织方式形成的，都应该是本申请的保护范围。
另外，如图1所示，所述涂层碗体21由一根或多根碳纤维绳编织而成，如上所述涂层碗体21首先需要用纤维编织成预制体，编织的碗体预制体用于坩埚底部也就是埚底，所述碗体预制体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述碗体预制体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称；或者是，所述碗体预制体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度，所述轴向条被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
此外，如图1所示，所述涂层碗体21由一根或多根碳纤维绳编织而成，如上所述预制体可以依据实际情况增加封边，然后经过增密处理得到硬化的碗体，也就是本申请说的编织的涂层碗体，所述涂层碗体21由一根或多根碳纤维绳编织而成，所述碗体21包括多数根轴向条50，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条50螺旋编织，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度，如图1所示，本实施例中，一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织所述轴向条50的角度为89度，但是不能用来限制本申请，角度小一点只要能保证周向强度大的，都应该是本申请的保护范围；所述轴向条50被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接；所述涂层碗体21的碳纤维表面(碳纤维绳硬化后的表面称碳纤维表面)和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层，所述硬化物质可以是碳化硅、氮化硅或其他陶瓷等等。
所述轴向条50和一根或多根碳纤维绳呈螺旋编织连接，在使得沿圆周方向膨胀的力作用于埚底时，网状体能够沿圆周方向变大，从而能够吸收圆周方向的膨胀。因此，不可能发生纤维的断裂，形状不会在很大程度上丧失，所以埚底具有优异的形状稳定性。而且仅有一个方向的编织方式，编织更简单。此外，所述轴向条50为碳碳棒、石墨棒、高温陶瓷棒、高温金属棒、碳纤维绳其中的一种。
本申请另外一种实施例，所述涂层碗体21为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体21的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称，所述涂层碗体21的碳纤维表面(碳纤维绳硬化后的表面称碳纤维表面)和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层，所述硬化物质可以是碳化硅、氮化硅或其他陶瓷等等，这个编织技术已经在申请人其它专利中公开，在此不再说明。
与现有技术的坩埚相比，本申请的坩埚采用碳纤维复合材料的碳纤维绳编织，不需要制作胚体，坩埚的形状不受胚体的限制，可以灵活设计，由于原料规格统一，可以批量生产，而且生产效率大大提高，工时大大缩短，所以成本较低，交货周期短，易于供应。
综上所述，由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：
第一、本申请采用碳碳材质的碗体，碳碳材料相比石墨材质强度高，起到局部增强放入作用，可以提高使用寿命；
第二、采用本申请方案，坩埚埚邦要求可以降低，可以采用石墨或者密度更低的碳碳，从而大大节约使用成本；
第三、如果碳碳碗体损坏，只需要更换局部易损件，不需要报废整个坩埚，既达到安全生产，又有节省材料降低费用的效果；
第四、采用本申请方案，无需整体制造坩埚，可以节约炉内空间，同时可以减少传统坩埚制造的工艺过程、难度和工时，从而节约制造成本；
第五、采用本组合坩埚，可以使得内部的石英坩埚在拉晶结束后更容易取出，减少敲打，从而降低外力对坩埚的破坏，提升使用寿命；
第六、本申请的埚底的碗体采用交差或者螺旋编织，编织更简单；
第七、本申请的埚底的碗底密实处理，加强了埚底的支撑强度。
发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟习本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所做的均等变化和更动，均应落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种编织的碗体预制体，用于坩埚底部也就是埚底，其特征在于，所述碗体预制体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述碗体预制体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称；或者是，所述碗体预制体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织而成。
2.如权利要求1所述的编织的碗体预制体，其特征在于，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度；所述轴向条被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
3.如权利要求1所述的编织的碗体预制体，其特征在于，所述碗体预制体包括至少一封边。
4.一种编织的涂层碗体，用于坩埚底部也就是埚底，其特征在于，所述涂层碗体为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体的网状体由一根或多根碳纤维绳沿相对于中心轴倾斜第一角度的第一方向对齐；由一根或多根碳纤维绳沿相对于所述中心轴倾斜第二角度的第二方向对齐；所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中所述第一方向与所述第二方向相对于中心轴对称，碳纤维表面和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层；或者是，所述涂层碗体包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳绕所述轴向条螺旋编织而成，碳纤维表面和之间包覆或填充沉积碳层或硬化物质层。
5.如权利要求4所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度；所述轴向条被一根或多根碳纤维绳内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
6.如权利要求4所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述涂层碗体包括至少一封边。
7.如权利要求5所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述轴向条为碳碳棒、石墨棒、高温陶瓷棒、高温金属棒、碳纤维绳其中的一种。
8.如权利要求4所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括一部分从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件。
9.如权利要求4所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳和第二群碳纤维绳；组成所述第一群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致，组成所述第二群碳纤维绳的碳纤维绳方向一致；所述第一群碳纤维绳一时间在所述第二群碳纤维绳的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件。
10.如权利要求4所述的编织的涂层碗体，其特征在于，所述埚底还包括一碗底，所述碗底密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳；第一群所述碳纤维绳中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳环绕第一群碳纤维绳连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳的下方交叉连接呈密实状；所述涂层碗体编织连接所述碗底；或者是，所述碗底用一根或多根碳纤维绳编织而成，而且，所述涂层碗体用一根或多根碳纤维绳编织而成，所述涂层碗体和碗底是两个分开的部件。
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