CN116732601A - 一种直拉单晶用防裂吸料装置 - Google Patents
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Abstract
一种直拉单晶用防裂吸料装置，包括外筒、置于所述外筒内的内筒以及连接于所述内筒的吸料管，至少所述内筒底部位于所述吸料管外缘周边的部分与所述外筒之间存在有间隙；所述间隙能够在硅液被吸聚于所述内筒时作为缓冲带以缓解所述内筒底部的受热膨胀并释放所述吸料管与所述内筒连接位置处的应力。本发明在内筒与外筒之间设有间隙作为缓冲带，以缓解内筒受热膨胀并释放吸料管与内筒连接位置处的应力，扩大内筒底部硅液的散热面积，以降低内筒底部靠近吸料管处的应力集中，进而可防止其底部受内筒内部压力的挤压而出现裂纹，提高内筒底部尤其是靠近吸料管处结构的完整性，亦可防止硅液外流及吸料管调入石英坩埚中。
Description
技术领域
本发明属于直拉单晶吸取硅料辅助装置的技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶用防裂吸料装置。
背景技术
现有直拉单晶中，为了降低开炉成本提高单位产量，均使用多次取段复投方式进行拉制。但多次取段复投会导致埚内剩料中的金属等杂质聚集，使下颗次单晶少子寿命大幅降低，影响单晶品质及有效产量。而且出现少子寿命寿命异常后必然会直接停炉，从而使开炉成本增加，造成减利。为降低锅底剩料杂质凝聚，采用吸附式结构的吸料装置对锅底剩料进行吸附，以使重新复投硅料。
目前使用吸料装置为组装件，包括内外两层结构，如图1所示，内筒一般为纯石英及陶瓷材质制成，外筒为防护套。但这种结构的吸料装置，在内外筒交接处的位置中，吸管在完成硅液吸取后硅液冷却过程中容易发生膨胀，从而导致内筒下底部靠近吸料管附近的位置容易出现裂纹，内筒底部的裂纹后受内部气压的挤压后会碎裂，从而会引起硅液外流，严重时甚至会出现吸料管掉落至石英坩埚内的风险。而石英坩埚处于高温软化状态，掉落吸料管容易损伤石英坩埚的锅底，从而必须停炉处理。
发明内容
本发明提供一种直拉单晶用防裂吸料装置，解决了现有双层吸料装置中由于硅液冷却后内筒膨胀造成内筒隐裂而导致吸料管掉落至石英坩埚中或硅液外流的技术问题。
为解决至少一个上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种直拉单晶用防裂吸料装置，包括外筒、置于所述外筒内的内筒以及连接于所述内筒的吸料管，至少所述内筒底部位于所述吸料管外缘周边的部分与所述外筒之间存在有间隙；所述间隙能够在硅液被吸聚于所述内筒时作为缓冲带以缓解所述内筒底部的受热膨胀并释放所述吸料管与所述内筒连接位置处的应力。
进一步的，所述间隙包括所述内筒外壁，其底部的上端面为平整面或凸起弧面，且其底部厚度大于其侧壁面的厚度。
进一步的，还包括内置于所述间隙内的托盘，所述托盘覆盖所述内筒底部且其底部外缘部紧贴所述外筒底部大径面处设置；
并所述托盘顶部外缘与所述内筒底部大径面处不接触。
进一步的，所述托盘中心位置处设有一通孔，所述通孔被所述吸料管贯穿设置；
且所述通孔直径大于所述吸料管外径且小于所述外筒被所述吸料管贯穿的套孔直径。
进一步的，所述通孔直径不超过所述内筒底部直径的一半。
进一步的，在所述吸料管外壁面还套设一筒环，所述筒环内置于所述通孔内。
进一步的，所述筒环靠近所述内筒一侧设置，并所述筒环至所述内筒底部的距离小于所述通孔高度的一半。
进一步的，所述筒环厚度小于所述通孔高度，且所述筒环外径小于所述通孔内径。
进一步的，在所述托盘的上端面或下端面上设有若干开口朝外设置的凹槽，所述凹槽深度小于所述托盘厚度。
进一步的，所述托盘包括具有所述通孔的内盘和外接于所述内盘的外盘，所述外盘为多瓣式拼盘结构。
采用本发明设计的一种直拉单晶用防裂吸料装置，在内筒与外筒之间设有间隙作为缓冲带，以缓解内筒受热膨胀并释放吸料管与内筒连接位置处的应力，扩大内筒底部硅液的散热面积，以降低内筒底部靠近吸料管处的应力集中，进而可防止其底部受内筒内部压力的挤压而出现裂纹，提高内筒底部尤其是靠近吸料管处结构的完整性，亦可防止硅液外流及吸料管调入石英坩埚中。
同时，在间隙的底部也可以放置一托盘且在内筒外部的吸料管上固定一筒环，可以进一步隔离内筒与外筒，可有效降低吸料管与内筒和环筒连接位置处的承重及耐压度；亦避免内筒撑裂而导致外筒炸裂的风险；还可防止吸料管从其与内筒的连接位置处断裂而掉落至石英坩埚中，避免石英坩埚受损。
附图说明
图1是现有技术中常用的吸料装置；
图2是本发明一实施例的一种直拉单晶用防裂吸料装置的结构示意图；
图3是本发明另一实施例的一种直拉单晶用防裂吸料装置的结构示意图；
图4是本发明另一实施例的一种直拉单晶用防裂吸料装置的结构示意图；
图5是本发明其中一实施例的托盘的结构示意图；
图6是本发明其中一实施例的托盘的结构示意图；
图7是本发明其中一实施例的托盘的结构示意图。
图中：
10、外筒 20、内筒 30、吸料管
40、间隙 50、托盘 51、通孔
52、凹槽 53、内盘 54、外盘
60、筒环
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例提出一种直拉单晶用防裂吸料装置，如图2-3所示，包括外筒10、置于外筒10内的内筒20以及连接于内筒10的吸料管30，至少内筒20底部位于吸料管30外缘周边的部分与外筒10之间存在有间隙40，间隙40能够在硅液被吸聚于内筒20时作为缓冲带以缓解内筒20底部的受热膨胀并释放吸料管30与内筒20连接位置处的应力。
进一步的，间隙40包括内筒20的整体外壁，并整体覆盖内筒20的底部，其底部的上端面为平整面或凸起弧面，且其底部厚度大于其侧壁面的厚度。由于硅液在内筒20中后会先在内筒20底部聚集平摊，硅液冷却过程中会使得内筒20受热发生膨胀，预留的间隙40可以作为缓冲带以抵消内筒20的膨胀变形，防止其冲击外筒10的壁面。
在本实施例中，间隙40的底部可以为平整面，结构如图2所示，此时，内筒20的底部亦为平整面，从而使得内筒20底部的大径面的直径较外筒10底部的大径面大，进而使得间隙40底部的厚度大于其侧壁面的厚度。
当然，间隙40的底部也可以为凸起弧面，结构如图3所示，此时，内筒20的底部亦为凸起弧面，从而使得间隙40的底部为内高外底的曲面结构，从而使得在内筒20的底部增加更大的变形空间，以进一步增加内筒20底部的散热面积，从而减小底部的应力集中。
进一步的，为了进一步使内筒20和外筒10更好的隔离，防止其破裂损坏，在间隙40的底部还设有托盘50，其中，托盘50与内筒20的底部结构相同，托盘50覆盖内筒20底部且其底部外缘部紧贴外筒10的底部大径面处设置，并托盘50的顶部外缘与内筒20的底部大径面处不接触，这一结构目的是为完成吸料后留有足够的膨胀空间以缓冲内筒10底部大径面处变形，防止内筒20撑裂或撑开由石墨制成的外筒10。
由于完成吸料后，存储于内筒20中的硅液对置于内筒20中的吸料管30和置于内筒20外的吸料管30存在热应力的差异，从而会在吸料管30与内筒20的连接位置处容易出现开裂，使吸料管30从内筒20的底部连接处出现脱落；严重时会使内筒20的底部出现碎裂。则，托盘50的设置不仅可使位于内筒20内部及外部的吸料管30进行有效隔离，而且还可防止内筒20底部的损裂片或硅液掉落到外筒10的底部或石英坩埚中。
进一步的，在托盘50的中心位置处设有一通孔51，通孔51被吸料管30贯穿设置；且通孔51的直径大于吸料管30的外径且小于外筒10被吸料管30贯穿的套孔直径。通孔51的设置目的是提高吸料管30与内筒20连接位置处的散热面积，从而可进一步降低此处的热应力的集中，以及时释放热应力，缓解吸料管30与内筒20分裂的风险。
进一步的，通孔51的直径不超过内筒20底部直径的一半，过大的通孔51不利于托盘50对内筒20底部的支撑，会降低托盘50的整体强度，从而也会降低内筒20放置在托盘50上的稳定性。
进一步的，在吸料管30的外壁面还套设一筒环60，筒环60内置于通孔51内。也就是在内筒10以外的吸料管30外壁上加设一个固定筒环60，筒环60与内筒20和吸料管30一样，都是由高纯陶瓷或高纯石英制成的结构，通过石英或陶瓷将筒环60与吸料管30焊接起来。筒环60的厚度小于通孔51的高度，且筒环60的外径小于通孔51的内径。筒环60的设置，可防止吸料管30从其与内筒20的连接位置处断裂而掉落至石英坩埚中，避免石英坩埚受损。
进一步的，筒环60靠近内筒20的一侧设置，并筒环60至内筒20底部的距离小于通孔51高度的一半。托盘50与筒环60的配合，可解决吸料管30因高温软化而导致容易在内筒20底部的连接处断裂的技术问题，同时还可加强托盘50来降低内筒20与吸料管30焊接部位的承重能力，避免硅液及内筒20直接挤压吸料管30，进一步保护内筒20结构的完整性；并可防止吸料管30受内部热气压挤压而膨胀损裂而掉落如石英坩埚中。
还有，托盘50在吸料前将内筒20中的吸料管30和内筒20以外的吸料管30进行有效隔离，防止筒环60因受其本身自身的重力而导致筒环60与吸料管30的连接位置的断裂；而且在高温条件下，高纯陶瓷或高纯石英制成的内筒20、吸料管30或筒环60，在受热条件下会因热应力而软化，进而托盘50可进一步有效降低吸料管30分别与内筒20和筒环60焊接位置处的承重力和耐压程度。
进一步的，托盘50为一体式结构，如图2-3所示。一体式结构的托50的另两种结构如图4-5所示，即在托盘50的上端面或下端面上设有若干开口朝外设置的凹槽52，凹槽52的深度小于托盘50的厚度，且凹槽52沿托盘50上端面或下端面的弧面间隔设置；这一组结构，不仅可降低托盘50的整体结构，而且还可保证对内筒20的稳定支撑，以避免内筒20撑裂而导致外筒10炸裂的风险，降低吸料装置的整体使用成本，延长吸料装置的额定使用寿命，降低综合成本。
进一步的，如图6-7所示，托盘50为分体式结构，包括具有通孔51的内盘53和外接于内盘53的外盘54，内盘53为一体式结构，且内盘53的面积不小于内筒20的底部非大径处的平面面积。外盘54为多瓣式拼盘结构，如图6所示，可以为两瓣式或三瓣式；此时，若外筒10为一体式结构，则外盘54的拼接母线可随意排布；若外筒10为分体式结构，则外盘54的拼接母线必须与外筒10的拼接缝错开设置。当然，外盘54也可以为一体式结构，如图7所示，只要能保证内盘53与外盘54拼接完整即可，且内盘53的面积必须至少包括内筒20的底部平面面积。
在本实施例中，间隙40的设置作为内筒20与外筒10之间的缓冲层，以缓解内筒20膨胀的泄压。托盘50可适应于不同结构的内筒20，为冷却后的硅料膨胀留有一定缓存空间，从而为不同炉型、不同尺寸热场提供适用性。其中，托盘50为等静石墨材质制成，不仅可避免内筒20无法承受硅液凝固过程中出现的膨胀而炸裂的潜在风险，而且还可保持外筒10整体的完整性。托盘50还可有效降低吸料管30与内筒20焊接位置以及吸料管30与筒环60焊接位置处的承重力及耐压程度，使整体等静压石墨材质制成的外筒10不易破裂，延长吸料装置的的额定使用寿命，降低综合成本。筒环60可避免因吸料管30断裂掉落至石英坩埚中造成石英坩埚受损的为问题，防止对复投后所拉制单晶的成晶与品质造成影响。
采用本发明设计的一种直拉单晶用防裂吸料装置，在内筒与外筒之间设有间隙作为缓冲带，以缓解内筒受热膨胀并释放吸料管与内筒连接位置处的应力，扩大内筒底部硅液的散热面积，以降低内筒底部靠近吸料管处的应力集中，进而可防止其底部受内筒内部压力的挤压而出现裂纹，提高内筒底部尤其是靠近吸料管处结构的完整性，亦可防止硅液外流及吸料管调入石英坩埚中。
同时，在间隙的底部也可以放置一托盘且在内筒外部的吸料管上固定一筒环，可以进一步隔离内筒与外筒，可有效降低吸料管与内筒和环筒连接位置处的承重及耐压度；亦避免内筒撑裂而导致外筒炸裂的风险；还可防止吸料管从其与内筒的连接位置处断裂而掉落至石英坩埚中，避免石英坩埚受损。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种直拉单晶用防裂吸料装置，包括外筒、置于所述外筒内的内筒以及连接于所述内筒的吸料管，其特征在于，至少所述内筒底部位于所述吸料管外缘周边的部分与所述外筒之间存在有间隙；所述间隙能够在硅液被吸聚于所述内筒时作为缓冲带以缓解所述内筒底部的受热膨胀并释放所述吸料管与所述内筒连接位置处的应力。
2.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述间隙包括所述内筒外壁，其底部的上端面为平整面或凸起弧面，且其底部厚度大于其侧壁面的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，还包括内置于所述间隙内的托盘，所述托盘覆盖所述内筒底部且其底部外缘部紧贴所述外筒底部大径面处设置；
并所述托盘顶部外缘与所述内筒底部大径面处不接触。
4.根据权利要求3所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述托盘中心位置处设有一通孔，所述通孔被所述吸料管贯穿设置；
且所述通孔直径大于所述吸料管外径且小于所述外筒被所述吸料管贯穿的套孔直径。
5.根据权利要求4所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述通孔直径不超过所述内筒底部直径的一半。
6.根据权利要求4或5所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，在所述吸料管外壁面还套设一筒环，所述筒环内置于所述通孔内。
7.根据权利要求6所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述筒环靠近所述内筒一侧设置，并所述筒环至所述内筒底部的距离小于所述通孔高度的一半。
8.根据权利要求7所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述筒环厚度小于所述通孔高度，且所述筒环外径小于所述通孔内径。
9.根据权利要求4-5、7-8任一项所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，在所述托盘的上端面或下端面上设有若干开口朝外设置的凹槽，所述凹槽深度小于所述托盘厚度。
10.根据权利要求4-5、7-8任一项所述的一种直拉单晶用防裂吸料装置，其特征在于，所述托盘包括具有所述通孔的内盘和外接于所述内盘的外盘，所述外盘为多瓣式拼盘结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |