CN115572050A - 一种用于生产石英坩埚的模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于生产石英坩埚的模具，涉及石英坩埚制作领域，旨在解决石英坩埚内壁存在气泡的问题，其技术方案要点是：一种用于生产石英坩埚的模具，包括内模具和外模具；所述内模具开设有若干微气孔，所述微气孔通过管道连接有负压发生器用于保证内模具始终处于负压状态。本发明的一种用于生产石英坩埚的模具，通过设置负压发生器助力气泡析出，提高了石英坩埚的产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及石英坩埚制作领域，更具体地说，它涉及一种用于生产石英坩埚的模具。
背景技术
硅单晶是制作硅基半导体材料、太阳能电池片最主要的原材料之一。硅单晶主要由CZ直拉法制得。在CZ直拉法中，将多晶硅原料放置于石英坩埚内加热熔融状硅熔体，拉杆带动籽晶下降使其接触硅熔体，然后缓慢的向上提拉籽晶从而形成硅单晶棒。
石英坩埚一般为双层结构，内壁为不含气泡的透明层，外壁为气泡含量较多的非透明层。内壁因为与硅熔体接触，在高温状态下，若内壁存在气泡，气泡会由于硅熔体侵蚀而破裂，破裂的碎片如果溶于硅熔体中，会影响硅单晶的成品率和品质。外壁需要把来自加热器的热量均匀散射，所以需要规定数量和大小的气泡，从而对硅熔体均匀加热。作为唯一与硅溶液接触的材料，石英坩埚的质量对硅单晶的品质有很大影响。譬如石英坩埚内壁气泡的含量、石英坩埚的纯度、石英坩埚的耐高温变形性能等。
石英坩埚的制作一般采用真空电弧法制作。采用该方法时，将高纯的石英砂原料倒入石墨模具或金属模具内，通过成型装置将石英砂原料均匀的成型在模具的内表面，然后通过高温电弧(一般是用三相电弧炉三根石墨电极)将石英砂在2000℃以上的高温下熔化，最后通过快速冷却形成石英(玻璃)坩埚。在目前的制作石英坩埚的工艺步骤中，模具能够排出石英坩埚内壁的气泡，但是属于被动排出，就是当有气泡析出时，模具能够进行气体流动，例如授权号为CN104402204B的中国专利，从而使气泡排出，但是还没有一种模具可以提高气泡的排出效率。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于生产石英坩埚的模具，通过在模具上增加负压装置从而保证模具内处于负压状态，便于气泡排出，提高石英坩埚的结构强度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于生产石英坩埚的模具，包括内模具和外模具；其特征在于：所述内模具开设有若干微气孔，所述微气孔通过管道连接有负压发生器用于保证内模具始终处于负压状态。
本发明进一步设置为：所述内模具还包括进气口，自然状态下所述进气口的进气量小于微气孔的出气量。
本发明进一步设置为：所述负压发生器设置为文丘里管。
本发明进一步设置为：所述文丘里管包括有负压端，所述负压端通过管道与微气孔连接。
本发明进一步设置为：所述文丘里管设置有水泵循环系统。
本发明进一步设置为：所述水泵循环系统环绕于外模具设置。
本发明进一步设置为：所述文丘里管的内壁设置有螺旋状导流槽。
本发明进一步设置为：所述内模具以及外模具设置有旋转底座。
本发明进一步设置为：所述内模具以及外模具处于稀有气体氛围中。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)利用文丘里管产生负压，负压作用于内模具上，使内模具内的石英砂在熔化状态时便于析出气泡；
2)文丘里管连接水泵循环系统不仅作为产生负压的装置，而且在水泵循环的作用下，能够冷却外模具，提高冷却效率；
3)利用文丘里管的内壁的螺旋状，使析出的杂质能够被沉降在内壁上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、外模具；2、内模具；3、文丘里管；4负压端；5、水泵；6、螺旋状导流槽；7、水管；8、旋转底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
一种用于生产石英坩埚的模具，如图1所示，包括有外模具1和内模具3，外模具1和内模具2组成空腔用于放置石英砂料；在内模具2上开设有若干的微气孔，用于排出石英砂料中的气体，并且会排出部分残渣。
内模具2连接有文丘里管3作为产生负压的负压装置，文丘里管3连接有水泵5使文丘里管3进行水循环，水可以采用杂质较少的纯水，并且于水泵5连接的水管7环绕设置于外模具1外侧并与外模具1进行水冷接触，而文丘里管3的喉部即较窄的部分设置有负压端4，负压端4通过管道与内模具2的微气孔连接，可以将整个内模具2的外侧部分设置为密封空间，仅保留一个稍微大一点的出气孔，然后将出气孔与文丘里管3的负压端4用密封管道连接，当然也可以用较细的管分别与微气孔进行连接；只要保证内模具2排气时气体能够完全被负压的管道进行吸附即可。
同时在文丘里管3内壁设置为螺旋状导流槽6，使水在循环时能够形成涡流，从而使水中残留的杂质在水的涡流作用下沉降在螺旋状导流槽6的槽底，方便后期清洁。
本发明的工作原理为：当需要制作石英坩埚时，需要将石英砂料导入到外模具1和内模具2之间，通过电弧熔制炉进行电弧溶解；此时石英砂料内会有残余的空气；因此在电弧溶解过程中，启动水泵5，使水泵5带动水在水管7内流动起来，而当水流经过文丘里管3时，文丘里管3在其喉部会产生负压，此时的负压通过负压端4的管道将作用力作用到内模具内，因此石英砂料产生的气泡会在负压作用力下被吸附到文丘里管3内，并且也会有部分残渣同时带入到文丘里管3内，这样能够更好的将石英砂料内的气泡排出；通过外部作用力吸附更好的排出气泡。
并且气泡内的杂质会在文丘里管3内被螺旋状导流槽6沉降，当工作一段时间后，只需要清理螺旋状导流槽6内的杂质即可，后期清理更加方便。
同时因为在水泵5的作用下，水进行循环流动，而水管7是环绕于外模具1设置的，能够与外模具1进行热量传递，从而通过水冷有助于外模具1的散热，方便石英坩埚的加工，并且对模具的保养比较好。
当然，较为优选的是还可以在外模具1底部还安装有旋转底座8，旋转底座8在加工石英坩埚时进行旋转动作，增加石英砂料的动能，更好的排出内部气泡，并且使石英砂料更加密实。
同时在加工过程中，可以在电弧熔制炉内设置为稀有气体气氛，现有技术通常为真空气氛，但是真空气氛还是存在杂质融入的情况，因此替换为稀有气体气氛，不容易引入杂质；提高石英坩埚的质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于生产石英坩埚的模具，包括内模具(2)和外模具(1)；其特征在于：所述内模具(2)开设有若干微气孔，所述微气孔通过管道连接有负压发生器用于保证内模具(2)始终处于负压状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述内模具(2)还包括进气口，自然状态下所述进气口的进气量小于微气孔的出气量。
3.根据权利要求1所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述负压发生器设置为文丘里管(3)。
4.根据权利要求3所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述文丘里管(3)包括有负压端(4)，所述负压端(4)通过管道与微气孔连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述文丘里管(3)设置有水泵(5)循环系统。
6.根据权利要求5所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述水泵(5)循环系统环绕于外模具(1)设置。
7.根据权利要求5所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述文丘里管(3)的内壁设置有螺旋状导流槽(6)。
8.根据权利要求1所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述内模具(2)以及外模具(1)设置有旋转底座(8)。
9.根据权利要求1所述的一种用于生产石英坩埚的模具，其特征在于：所述内模具(2)以及外模具(1)处于稀有气体氛围中。
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2022
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