CN112195510A - 一种碳纤维碗形预制体及碳碳碗体及坩埚 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳纤维碗形预制体，所述碳纤维碗形预制体为一中空碗形体，所述碳纤维碗形预制体上端口的直径大于下端口的直径。本申请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。
Description
技术领域
本发明涉及一种热场装置，具体涉及到一种单晶硅或多晶硅的制造过程中的一种碳纤维碗形预制体及以其制成的碳碳碗体及包括此碳碳碗体的坩埚。
背景技术
在单晶硅的制作中，目前普遍采用直拉法(CZ法)，就是沿着垂直方向从熔体中拉制单晶的方法。在制造设备中，有一个部件是石墨坩埚，它是用来承载内部的石英坩埚的。在使用过程中，由于石英坩埚和石墨坩埚的膨胀系数不同，而且硅蒸汽与石墨会产生侵蚀反应的原因，存在石墨坩埚龟裂、侵蚀失强等问题。而且，随着单晶硅生长的晶体直径越来越粗，相应的单晶炉的直径也越做越大，这样对热场的可靠性也要求越来越高。由于石墨坩埚强度的局限性，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。
现有技术的坩埚是整体式的坩埚，放置在托盘上后底下连接托杆上盘，坩埚和托盘是分开式的，在坩埚的底部弧形的位置特别容易破裂损坏，一旦破裂则整个坩埚必须报废，成本很高；此外，坩埚和托盘是两部分的，托盘的存在增加成本。
因此，现有技术还有提升的地方。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种碳纤维碗形预制体及以其制成的碳碳碗体及包括此碳碳碗体的坩埚，结构可靠、产品质量一致，以解决现有的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种碳纤维碗形预制体，所述碳纤维碗形预制体为一中空碗形体，所述碳纤维碗形预制体上端口的直径大于下端口的直径。
一种碳碳碗体，所述碳碳碗体为一中空碗形体，所述碳碳碗体上端口的直径大于下端口的直径，所述碳碳碗体是一体成型，或者是分体组合。
本申请较佳实施例所述的碳碳碗体，所述碳碳碗体的上端面为平面、凸台或凹台其中的一种。
本申请较佳实施例所述的碳碳碗体，所述碳碳碗体的下端面为平面、凸台或凹台其中的一种。
一种坩埚，包括权利要求2到4所述的碳碳碗体的其中一种，所述坩埚还包括埚邦，所述埚邦和碳碳碗体为分开的部件，所述埚邦为一中空圆筒体，所述埚邦位于所述碳碳碗体上方。
本申请较佳实施例所述的坩埚，所述坩埚还包括托杆上盘，所述埚邦、碳碳碗体和托杆上盘依次连接。
本申请较佳实施例所述的坩埚，所述托杆上盘和所述碳碳碗体连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。
本申请较佳实施例所述的坩埚，所述埚邦和所述碳碳碗体连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。
本申请的设计理念是，设计出一种坩埚，首先制造了一种碳纤维碗形预制体，再从碳纤维碗形预制体制造成为碳碳碗体，碳碳碗体结合其它部件成为坩埚，所述坩埚包括埚邦和碳碳碗体，组合后直接连接托杆上盘的上端，埚邦和碳碳碗体为分开的两个部件，所以在碳碳碗体损坏时，只要更换碳碳碗体就好了，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，提高企业市场竞争力。
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、本申请结构上少了托盘，材料成本低。
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为本申请一种坩埚示意图；
图2为图1中B部示意图；
图3为图1中B部另外一种实施例示意图；
图4为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图5为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图6为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图7为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图8为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图9为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图10为图1中B部又另外一种实施例示意图；
图11为图1中A部放大示意图；
图12为图1中A部另外一种实施例示意图。
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。
请参考图1，本申请一种坩埚示意图，本申请的坩埚，包括一碳碳碗体12，图中，所述碳碳碗体12为一中空碗形体，所述碳碳碗体12上端口的直径大于下端口的直径，所述碳碳碗体12可以是一体成型，或者是分体组合，也就是说，所述碳碳碗体12可以用一块材料挖空成型，或是用几块拼接制成，所述碳碳碗体12的切面为一弧形。
在所述碳碳碗体12制成前，首先制作一种碳纤维碗形预制体，所述碳纤维碗形预制体为一中空碗形体，所述碳纤维碗形预制体上端口的直径大于下端口的直径。所述碳纤维碗形预制体和所述碳碳碗体12的形状一样，可以留有加工余量，本实施例图1中，所述上端口截面为弧形的起点，但是不能用来限制本申请，例如所述上端口截面为弧形的起点并且在上方连接部份直立段作为连接余量，所述直立段一般不大于10cm，所述碳纤维碗形预制体经过加工，例如沉积增密、涂层、碳化、石墨化、机加工等等，成为所述碳碳碗体12。对应连接件，所述碳纤维碗形预制体的上端面为平面、凸台或凹台其中的一种。所述碳纤维碗形预制体的下端面为平面、凸台或凹台其中的一种。这样的设计是为了和对接件连接。
优选的，所述碳碳碗体12的上端面为平面、凸台或凹台其中的一种。另外，所述碳碳碗体12的下端面为平面、凸台或凹台其中的一种。这样的设计是为了和对接件连接。
此外，如图1所示，本申请的坩埚还包括埚邦11和托杆上盘30，所述埚邦11、碳碳碗体12和托杆上盘30依次连接，图中，所述埚邦11和所述碳碳碗体12是两个部件，所述埚邦11为一中空圆筒体，所述埚邦11的切面为一直线形。另外，所述埚邦11和所述碳碳碗体12连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。请参考图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，为图1中B部示意图，所述埚邦11和所述碳碳碗体12连接的多种端面形态。
所述埚邦11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。
这种凸台或凹台的连接设计可以使得所述埚邦11和所述碳碳碗体12的连接更加稳定。所述埚邦11和所述碳碳碗体12设计成为分体式的情形下，所述埚邦11和所述碳碳碗体12的材料可以分开使用不同材料，例如所述埚邦11使用石墨，而所述碳碳碗体12使用碳碳材料，所述碳碳碗体12是易损件，分体式设计下，损坏了只要更换所述碳碳碗体12即可，不需要整体换掉，而且碳碳材料的使用寿命大概是石墨的2到3倍，可以减少更换次数。
另外，所述托杆上盘30和所述碳碳碗体12连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。请参考图11和图12，为图1中A部示意图，所述托杆上盘30和所述碳碳碗体12连接的多种端面形态，当然A部示意图也可以参考如上所述的B部示意图进行连接的多种端面形态设计。如图11所示，所述碳碳碗体12的端面为一凸台或凹台；所述托杆上盘30和所述碳碳碗体12的端面连接的地方对应的为一凹台或凸台。请参考图12，图12为另外一种实施例示意图，所述碳碳碗体12的端面的另外一种凸台或凹台的实施例。这种凸台或凹台的连接设计可以使得连接更加稳定。
本申请的设计启发来自于长期以来客户的使用反馈，在上万数量的坩埚使用后，坩埚的寿命达到使用期限时，汇总出来，将近90％坩埚损坏都是从碗体部分开裂或者减薄造成的发生在埚邦11和碗体12分界线上下10cm处主要是因为此碗体部分承受的应力最大，而且最容易和内侧的石英坩埚粘连，需要重点铲除和敲击清理。这是经年累月的经验得出来的，所以本申请对于坩埚行业有重大的现实意义，可以解决行业内的迫切需求。
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、本申请结构上少了托盘，材料成本低。
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 (8)
1.一种碳纤维碗形预制体，其特征在于，所述碳纤维碗形预制体为一中空碗形体，所述碳纤维碗形预制体上端口的直径大于下端口的直径。
2.一种碳碳碗体，其特征在于，所述碳碳碗体为一中空碗形体，所述碳碳碗体上端口的直径大于下端口的直径，所述碳碳碗体是一体成型，或者是分体组合。
3.如权利要求2所述的碳碳碗体，其特征在于，所述碳碳碗体的上端面为平面、凸台或凹台其中的一种。
4.如权利要求2所述的碳碳碗体，其特征在于，所述碳碳碗体的下端面为平面、凸台或凹台其中的一种。
5.一种坩埚，包括权利要求2到4所述的碳碳碗体的其中一种，其特征在于，所述坩埚还包括埚邦，所述埚邦和碳碳碗体为分开的部件，所述埚邦为一中空圆筒体，所述埚邦位于所述碳碳碗体上方。
6.如权利要求5所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚还包括托杆上盘，所述埚邦、碳碳碗体和托杆上盘依次连接。
7.如权利要求6所述的坩埚，其特征在于，所述托杆上盘和所述碳碳碗体连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。
8.如权利要求6所述的坩埚，其特征在于，所述埚邦和所述碳碳碗体连接的端面对应的为平面、凹台或凸台其中的一种。
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