CN112176417A - 编织坩埚 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种编织坩埚，所述坩埚包括埚邦和埚底，所述埚邦和埚底是分开的两个部件，所述埚邦由一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述埚邦包括多数根轴向条，所述轴向条和一根或多根所述碳纤维绳或带在同一个曲面内，一根或多根所述碳纤维绳或带缠绕包覆所述轴向条，所述轴向条平行于埚邦的中心轴，一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织；所述埚底为一碗形体或其他形状。本申请的坩埚周向强度增大，上下直径更精确，螺旋编织，编织更简单,埚底的碗底部密实处理，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纤维复合材料的应用，具体涉及一种采用纤维复合材料编织制作的有螺旋编织埚邦和埚底的涂层坩埚。
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纤维复合材料编织的有螺旋编织埚邦和埚底的涂层坩埚，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：
一种编织坩埚，所述坩埚包括埚邦和埚底，所述埚邦和埚底是分开的两个部件，所述埚邦由一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述埚邦包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚邦包括：中环部和至少一端的封边部，其中，所述中环部为一环状中空网状体，所述中环部包括多数根轴向条，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚邦包括：一中环部，所述中环部为一环状中空网状体，所述中环部包括多数根轴向条，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述轴向条被中环部的一根或多根碳纤维绳或带内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部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或带以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳或带和第二群碳纤维绳或带；组成所述第一群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致，组成所述第二群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致；所述第一群碳纤维绳或带一时间在所述第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳或带；第一群所述碳纤维绳或带中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳或带环绕第一群碳纤维绳或带连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚底包括一碗体部，所述碗体部为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述碗体部包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳或带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或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
依照本申请较佳实施所述的编织坩埚，所述埚底是碳碳材料的整体埚底、石墨材料的整体埚底、螺旋编织的埚底、交错编织的埚底或者是以上整体埚底的分体结构的组合埚底的其中一种。
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、本申请的坩埚周向强度增大，上下直径更精确；
第二、本申请的坩埚采用螺旋编织，编织更简单,埚底的碗底部密实处理，加强了埚底的支撑强度；
第三、本申请的坩埚设计了轴向条，可以确保埚邦高度方向的刚度和强度。
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为本申请坩埚示意图；
图2为本申请另外一种埚邦示意图；
图3为纤维编织管示意图；
图4为编织示意图之一；
图5为编织示意图之二；
图6为编织示意图之三；
图7为埚底的一种结构示意图；
图8为碗底部一种结构示意图；
图9为图8另外一种角度示意图；
图10为碗底部另一种结构示意图；
图11为碗底部又一种结构示意图。
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，由一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述坩埚的埚邦首先需要用一根或多根碳纤维绳或带编织成预制体，所述预制体是指没有增密硬化前的编织体，然后经过增密处理得到硬化的埚邦。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。所述埚邦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埚邦周向强度增大，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。
以下结合附图，具体说明本申请。请参见图1本申请的坩埚示意图，本申请的坩埚是一种螺旋编织的埚邦的坩埚，所述坩埚包括埚邦10和埚底20，所述坩埚由一根或多根碳纤维绳或带30编织而成，一根或多根所述碳纤维绳或带30为碳纤维、陶瓷纤维或金属纤维其中一种。所述埚邦包括多数根轴向条50，一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织。所述埚底为一碗形体或其他形状，所述埚底可以是碳碳材料的整体埚底、石墨材料的整体埚底、螺旋编织的埚底、交错编织的埚底或者是以上整体埚底的分体结构的组合埚底的其中一种。本申请实施例中，如图1所示，所述埚底是碗形网状体，也就是属于交错编织的埚底，用一根或多根碳纤维绳或带编织而成，如图7所示，所述埚底20包括一碗体部21或者可同时包括一碗底部22，但是不能用来限制本申请。
本申请埚邦一种实施例为：所述埚邦包括：中环部12和至少一端的封边部，图1的实施例中，封边部的数量是两个，也就是上封边部11和下封边部13，但是不能用来限制本申请，少掉其中一个只要能够稳定连接的，都应该是本申请的保护范围，所述上封边部11、中环部12和下封边部13依次连接，其中，所述中环部12为一环状中空体，具有在上表面和下表面开口的基本上为圆筒的中空形状，所述中环部12的环状中空体通过将一根或多根碳纤维绳或带30编织成相对于所述轴向条50呈螺旋编织交叉而形成，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳或带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或带绕所述轴向条螺旋编织的角度为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，所述轴向条平行于埚邦的中心轴。一根或多根所述碳纤维绳或带30的每一根均包含多根纤维纱线，绳子的中心为平行于绳子轴心的纤维纱线，平行于轴心的纤维纱线外面包覆纤维编织管40，所述纤维编织管40如图3所示。
所述多数根轴向条可以是预埋的，所谓的预埋的轴向条指的是，先将设计好数量的硬质轴向条轴向插设在预定位置的意思，然后才将一根或多根碳纤维绳或带缠绕包覆所述轴向条。硬质轴向条为碳碳棒、石墨棒、高温陶瓷棒、高温金属棒其中的一种，所述轴向条平行于埚邦的中心轴。在使用硬质轴向条时，所述轴向条和所述上封边部11及下封边部13可以不连接或者是接触连接。
所述上封边部11和下封边部13为环形体，由一根或多根一根或多根所述碳纤维绳或带30编织而成，保证封边的尾端不容易松开。请参见图1，轴向条50和中环部12连接时，轴向条被中环部的一根或多根碳纤维绳或带内外所包围，轴向条50由上至下或由下至上当遇到中环部12时，一时间在外一时间在内交织连接；轴向条50因为平行于中心轴，因此可以确保埚邦10的高度。
所述轴向条50和一根或多根碳纤维绳或带呈螺旋编织连接，在使得沿圆周方向膨胀的力作用于坩埚时，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，所以坩埚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。
碳纤维绳或带30各自通过使约数万根纤维成束形成。作为构成碳纤维绳或带30的纤维，可以使用沥青基纤维、PAN基纤维、黏胶基纤维等。构成碳纤维绳或带30的纤维可以为相同材料或不同材料。
所述上封边部11和下封边部13的编织方式为针织或机织，请参考图4、图5和图6所示，为上封边部11和下封边部13的各种编织方式，通过将一根或多根碳纤维绳或带30编织形成。
另外，轴向条50也可以更长一些，两端分别和上封边部11以及下封边部13连接来增加强度；在所述轴向条采用碳纤维绳等软质材料时，所述轴向条编织连接所述上封边部，而且所述轴向条也可以编织连接所述下封边部。总的来说，轴向条可以和上封边部11及下封边部13连接，也可以不连接的。连接的话，适用用于轴向条也是碳纤维绳，这样可以和周向碳纤维绳混编在一起固定。一般是不需要连接的，因为周向碳纤维绳已经将轴向条紧紧固定住了，轴向条和上封边部11及下封边部13接触连接即可。
本申请埚邦另外一种实施例，请参考图2，本申请另外一种埚邦示意图，本实施例和图1的实施例差别在没有上封边部及下封边部，所述埚邦只有中环部12；所述埚邦由一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述埚邦包括多数根轴向条50，所述轴向条和一根或多根所述碳纤维绳或带在同一个曲面内，所述轴向条平行于埚邦的中心轴，一根或多根所述碳纤维绳或带缠绕包覆所述轴向条，所述碳纤维绳或带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或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度，如图2所示，本实施例中，一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织的角度为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。如图2所示，本实施例中的埚邦没有上封边部及下封边部，在一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织后，在两端固定一根或多根所述碳纤维绳或带，保证不松开即可，不需要加密编织。
此实施例的编织方式我们称之为螺旋编织方式。螺旋编织时，所述中环部包括多数根轴向条的支撑，所以可以没有封边部，或者是封边部可以是简单的环绕，不是密实状。
下面以埚底是碗形网状体来说明本申请实施例，如图1所示，所述埚底也就是属于交错编织的埚底，用一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述埚底20包括碗体部21或者可同时包括一碗底部22，但是不能用来限制本申请。图7中所述碗体部21为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述碗体部21包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳或带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或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
此外，所述碗体部21编织连接所述碗底部22。进一步来说所述碗底部22，第一种实施例，如图7、图8和图9所示，所述碗底部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或带以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带，两部分碳纤维绳或带交叉时，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳或带彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
请参考图10，第二种实施例，所述碗底部22密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳或带和第二群碳纤维绳或带；组成所述第一群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致，组成所述第二群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致；所述第一群碳纤维绳或带一时间在所述第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳或带彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
另外一种实施例来看，如图11所示，所述碗底部22密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳或带；第一群所述碳纤维绳或带中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳或带环绕第一群碳纤维绳或带连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。此处所说的密实状，指的是碳纤维绳或带彼此靠在一起的状态，不刻意留下空隙。
如上所述，所述碗底部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。
本申请的坩埚采用纤维复合材料的碳纤维绳或带30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，同时在坩埚制作过程中工时大大缩短，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、本申请的坩埚周向强度增大，上下直径更精确；
第二、本申请的坩埚采用螺旋编织，编织更简单,埚底的碗底部密实处理，加强了埚底的支撑强度；
第三、本申请的坩埚设计了轴向条，可以确保埚邦高度方向的刚度和强度。
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 (9)
1.一种编织坩埚，其特征在于，所述坩埚包括埚邦和埚底，所述埚邦和埚底是分开的两个部件，所述埚邦由一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述埚邦包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳或带绕所述轴向条螺旋编织。
2.如权利要求1所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚邦包括：中环部和至少一端的封边部，其中，所述中环部为一环状中空网状体，所述中环部包括多数根轴向条，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
3.如权利要求1所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚邦包括：一中环部，所述中环部为一环状中空网状体，所述中环部包括多数根轴向条，所述轴向条与一根或多根所述碳纤维绳或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
4.如权利要求2或3所述的编织坩埚，其特征在于，所述轴向条被中环部的一根或多根碳纤维绳或带内外所包围，一时间在外、一时间在内交织连接。
5.如权利要求4所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部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或带以及一部分环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带，从圆心向外放射的一根或多根碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的一根或多根碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
6.如权利要求4所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部密实状编织的网状体包括第一群碳纤维绳或带和第二群碳纤维绳或带；组成所述第一群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致，组成所述第二群碳纤维绳或带的碳纤维绳或带方向一致；所述第一群碳纤维绳或带一时间在所述第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在所述第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
7.如权利要求4所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚底包括一碗底部，所述碗底部密实状编织的网状体包括至少二群碳纤维绳或带；第一群所述碳纤维绳或带中心交差编织从圆心向外成放射状，第二群碳纤维绳或带环绕第一群碳纤维绳或带连接呈密实状，从圆心向外放射的第一群碳纤维绳或带一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的上方，一时间在环绕成圆形的第二群碳纤维绳或带的下方交叉连接呈密实状。
8.如权利要求4所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚底包括一碗体部，所述碗体部为一碗形网状体，用一根或多根碳纤维绳或带编织而成，所述碗体部包括多数根轴向条，一根或多根所述碳纤维绳或带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或带螺旋编织方向的夹角为大于70度小于90度。
9.如权利要求1所述的编织坩埚，其特征在于，所述埚底是碳碳材料的整体埚底、石墨材料的整体埚底、螺旋编织的埚底、交错编织的埚底或者是以上整体埚底的分体结构的组合埚底的其中一种。
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