CN117566744A - 一种硅材料提纯装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅材料提纯装置及其使用方法，包括炉体、观察窗、入料机构、摆动组件、真空组件、电子枪、电子束、铺平组件、闭合组件、支撑杆、电动杆、熔炼坩埚、冷水管、凝固坩埚，本发明提供了一种硅材料提纯装置及其使用方法，本发明提供了一种硅材料提纯装置及其使用方法，通过设置摆动组件和铺平组件，将投入原料硅分点投放，避免原料硅在熔炼坩埚内过分集中、堆积，通过装配体的转动，使装配体与熔炼坩埚平行，并驱动铺平架的移动，对原料硅进行铺平，使原料硅各处厚度相近，便于后续快速、均匀的融练，该摆动组件和铺平组件从源头避免了原料硅的堆积，便于后续均匀、快速的融练原料硅。
Description
技术领域
本发明涉及硅材料相关领域，具体是一种硅材料提纯装置及其使用方法。
背景技术
电子束熔炼制备太阳能级多晶硅，作为冶金法制备太阳能级多晶硅生产流程中的重要工艺组成部分，能够高效去除硅中的挥发性杂质。
例如专利号为CN201811202907.0的中国专利公开了《一种硅材料高效提纯方法及装置》，通过在电子束熔炼多晶硅过程中，引入独立的能力大小和照射位置可调节的能量模块，通过照射位置的操控，在硅料熔化阶段对固态硅料富集区进行高能量照射，加快硅料的熔化效率，缩短熔化时间；
又如专利号为CN202222899077.X的中国专利公开了《一种涡流自热式硅材料提纯连续出料真空炉装置》，将反应器与水冷真空收料腔设置在同一轨道上，反应器通过轨道与水冷真空收料腔完美结合和分离，使反应器的水冷密封口通过水冷密封口上的水冷密封圈与真空收料装置中的水冷真空收料腔完美对接；通过轨道将反应器与水冷真空收料腔分离后，方便加料和检维修工作。
在专利号为CN201811202907.0的中国专利《一种硅材料高效提纯方法及装置》中，硅原料在落入真空炉时，会呈圆锥状堆积在熔炼坩埚上，其使用能力模块对富集区进行高能量照射，也仍然存在整体融化不均的情况，使融化时间整体延长的情况，且在熔炼坩埚倾斜倒出硅液时，需要再次开启能量模块对浇铸口进行高能量照射避免凝固堵塞，而其浇铸口过小，造成倒出硅液时流速过慢，所需时间长，电子束能源持续输出，使得资源较为浪费。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种硅材料提纯装置及其使用方法。
基于此，本发明提出了一种硅材料提纯装置及其使用方法，包括炉体、观察窗、入料机构、摆动组件、真空组件、电子枪、电子束、铺平组件、闭合组件、支撑杆、电动杆、熔炼坩埚、冷水管、凝固坩埚；
所述炉体的左端设置有观察窗，且其顶端安装有入料机构；
所述摆动组件安装于炉体的内部，所述真空组件安装于炉体的顶端；
所述电子枪安装于炉体的顶端，且其右端与真空组件相连接，所述电子枪向下发出电子束，照射至熔炼坩埚；
所述铺平组件安装于炉体的内部，所述闭合组件安装于炉体的右端，且其左端与熔炼坩埚相契合；
所述支撑杆和电动杆的底端分别与炉体相固定，且其顶端均与熔炼坩埚转动连接；
所述熔炼坩埚的内部设置有冷水管，所述凝固坩埚放置于炉体的内部
所述铺平组件包括气缸、连接架、齿条、齿轮、装配体、支撑块、电机、丝杆、滑座、铺平架；所述气缸安装于炉体的内部，且其顶端与连接架锁紧固定，所述连接架的顶端固定有齿条，所述齿条的右端与齿轮啮合连接，所述齿轮固定于装配体的前端外侧，所述装配体的后端与支撑块转动连接，且其前端与炉体转动连接，所述支撑块的左端与炉体相固定，所述装配体的内部安装有电机，所述电机的前端采用联轴器与丝杆传动连接，所述丝杆的前端与装配体活动连接，所述滑座的内侧与丝杆螺纹连接，且其底端固定有铺平架。
可选的，所述摆动组件包括安装板、转动板、安装座、连接座、转动连接板、第二连接座、螺纹杆，所述安装板的顶端与炉体锁紧固定，且其底端转动连接有转动板，所述转动板的顶端固定有安装座，所述安装座与连接座转动连接，所述连接座的顶端与转动连接板转动连接，所述转动连接板的顶端与第二连接座转动连接，所述第二连接座的顶端转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆与炉体螺纹连接。
可选的，所述闭合组件包括外壳、伺服电机、第二丝杆、滑台、导向连接杆、支撑连接座、契合板，所述外壳安装于炉体的右端，且其内部安装有伺服电机，所述伺服电机的左端采用联轴器与第二丝杆传动连接，所述滑台的内侧与第二丝杆螺纹连接，所述滑台的外侧固定有导向连接杆，所述导向连接杆的左端与支撑连接座相固定，且其外侧与炉体滑动连接，所述支撑连接座的左端固定有契合板，所述契合板的左端与熔炼坩埚相契合。
可选的，所述真空组件包括分子泵、罗茨泵、机械泵，所述分子泵的右端连接有罗茨泵，所述罗茨泵的右端连接有机械泵，所述分子泵的左端与电子枪相连接。
可选的，所述真空组件设置有两组，一组与电子枪相连接，另一组与炉体相连接，为电子枪和炉体营造真空条件，满足光子束融练原料硅所需条件。
可选的，所述齿条、齿轮、装配体、支撑块、电机、丝杆、滑座、铺平架组成活动组，所述活动组设置有两组，对称设置于熔炼坩埚的左右两端，便于对熔炼坩埚内的硅原料进行铺平。
可选的，所述连接架的横截面呈“凹”状，其左右两侧顶端分别与两组活动组锁紧固定。
可选的，所述转动板左侧凹槽与安装板外侧相接触，避免在原料硅输送的过程中，造成漏料的情况。
可选的，所述导向连接杆设置有多组，每两组对称分布于支撑连接座的前后两端，起到稳定、均衡连接的作用，均衡的对契合板传递力。
本发明具有如下优点：本发明通过改进在此提供一种硅材料提纯装置及其使用方法，与同类型设备相比，具有如下改进：
优点：本发明提供了一种硅材料提纯装置及其使用方法，通过设置摆动组件和铺平组件，将投入原料硅分点投放，避免原料硅在熔炼坩埚内过分集中、堆积，利用转动板调节原料硅的堆积点，通过增加堆积点，降低其堆积高度，便于后续铺平架的平铺，通过装配体的转动，使装配体与熔炼坩埚平行，并驱动铺平架的移动，对原料硅进行铺平，使原料硅各处厚度相近，便于后续快速、均匀的融练，该摆动组件和铺平组件从源头避免了原料硅的堆积，便于后续均匀、快速的融练原料硅。
优点：本发明提供了一种硅材料提纯装置及其使用方法，通过设置闭合组件，设置与熔炼坩埚契合的契合板，作为熔炼坩埚活动的闭合板，实现快速、大量的出料操作，便于快速的将液态硅倒出，避免输出慢，造成电子束持续、长时照射液态硅的情况。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明铺平组件剖面结构示意图；
图3为本发明铺平组件剖面结构示意图；
图4为本发明铺平组件细节立体结构示意图；
图5为本发明滑座、铺平架立体结构示意图；
图6为本发明摆动组件立体结构示意图；
图7为本发明闭合组件内部结构示意图。
附图标记说明：炉体-1、观察窗-2、入料机构-3、摆动组件-4、真空组件-5、电子枪-6、电子束-7、铺平组件-8、闭合组件-9、支撑杆-10、电动杆-11、熔炼坩埚-12、冷水管-13、凝固坩埚-14、气缸-81、连接架-82、齿条-83、齿轮-84、装配体-85、支撑块-86、电机-87、丝杆-88、滑座-89、铺平架-810、安装板-41、转动板-42、安装座-43、连接座-44、转动连接板-45、第二连接座-46、螺纹杆-47、外壳-91、伺服电机-92、第二丝杆-93、滑台-94、导向连接杆-95、支撑连接座-96、契合板-97、活动组-A、分子泵-51、罗茨泵-52、机械泵-53。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参照图1-图5，本实施例提供一种硅材料提纯装置及其使用方法，包括炉体1、观察窗2、入料机构3、摆动组件4、真空组件5、电子枪6、电子束7、铺平组件8、闭合组件9、支撑杆10、电动杆11、熔炼坩埚12、冷水管13、凝固坩埚14；炉体1的左端设置有观察窗2，且其顶端安装有入料机构3；摆动组件4安装于炉体1的内部，真空组件5安装于炉体1的顶端；电子枪6安装于炉体1的顶端，且其右端与真空组件5相连接，电子枪6向下发出电子束7，照射至熔炼坩埚12；铺平组件8安装于炉体1的内部，闭合组件9安装于炉体1的右端，且其左端与熔炼坩埚12相契合；支撑杆10和电动杆11的底端分别与炉体1相固定，且其顶端均与熔炼坩埚12转动连接；熔炼坩埚12的内部设置有冷水管13，凝固坩埚14放置于炉体1的内部，铺平组件8包括气缸81、连接架82、齿条83、齿轮84、装配体85、支撑块86、电机87、丝杆88、滑座89、铺平架810；气缸81安装于炉体1的内部，且其顶端与连接架82锁紧固定，连接架82的顶端固定有齿条83，齿条83的右端与齿轮84啮合连接，齿轮84固定于装配体85的前端外侧，装配体85的后端与支撑块86转动连接，且其前端与炉体1转动连接，支撑块86的左端与炉体1相固定，装配体85的内部安装有电机87，电机87的前端采用联轴器与丝杆88传动连接，丝杆88的前端与装配体85活动连接，滑座89的内侧与丝杆88螺纹连接，且其底端固定有铺平架810。
本实施例中，真空组件5包括分子泵51、罗茨泵52、机械泵53，分子泵51的右端连接有罗茨泵52，罗茨泵52的右端连接有机械泵53，分子泵51的左端与电子枪6相连接，真空组件5设置有两组，一组与电子枪6相连接，另一组与炉体1相连接，为电子枪6和炉体1营造真空条件，满足光子束7融练原料硅所需条件，齿条83、齿轮84、装配体85、支撑块86、电机87、丝杆88、滑座89、铺平架810组成活动组A，活动组A设置有两组，对称设置于熔炼坩埚12的左右两端，便于对熔炼坩埚12内的硅原料进行铺平，连接架82的横截面呈“凹”状，其左右两侧顶端分别与两组活动组A锁紧固定，便于同时带动两组活动组A的运动，加强该结构的实用性，同时也便于两组活动组A同时对原料硅进行铺平操作，便利性强。
请参照图6，本实施例提供一种硅材料提纯装置及其使用方法，摆动组件4包括安装板41、转动板42、安装座43、连接座44、转动连接板45、第二连接座46、螺纹杆47，安装板41的顶端与炉体1锁紧固定，且其底端转动连接有转动板42，转动板42的顶端固定有安装座43，安装座43与连接座44转动连接，连接座44的顶端与转动连接板45转动连接，转动连接板45的顶端与第二连接座46转动连接，第二连接座46的顶端转动连接有螺纹杆47，螺纹杆47与炉体1螺纹连接。
本实施例中，转动板42左侧凹槽与安装板41外侧相接触，避免在原料硅输送的过程中，造成漏料的情况。
请参照图7，本实施例提供一种硅材料提纯装置及其使用方法，闭合组件9包括外壳91、伺服电机92、第二丝杆93、滑台94、导向连接杆95、支撑连接座96、契合板97，外壳91安装于炉体1的右端，且其内部安装有伺服电机92，伺服电机92的左端采用联轴器与第二丝杆93传动连接，滑台94的内侧与第二丝杆93螺纹连接，滑台94的外侧固定有导向连接杆95，导向连接杆95的左端与支撑连接座96相固定，且其外侧与炉体1滑动连接，支撑连接座96的左端固定有契合板97，契合板97的左端与熔炼坩埚12相契合。
本实施例中，导向连接杆95设置有多组，每两组对称分布于支撑连接座96的前后两端，起到稳定、均衡连接的作用，均衡的对契合板97传递力，并且该导向连接杆95与炉体1的连接处设置有密封圈，起到加强连接处密封的作用，便于炉体1内真空环境的营造，同时，该导向连接杆95起到导向作用，使契合板97能够始终保持水平的运动。
本发明通过改进提供一种硅材料提纯装置及其使用方法，其工作原理如下；
第一：将清洗、烘干后的硅原料投入入料机构3内；
第二：合炉，利用两组真空组件5，分别对炉体1和电子枪6进行真空处理，达到电子束7熔炼所需要的真空条件，随后对电子枪6进行预热；
第三：使入料机构3下料，控制入料机构3底部输出通道的阀门，使阀门打开，硅原料从转动板42滑入熔炼坩埚12的内部，在此过程中，可通过转动螺纹杆47，调节其向下的长度，在转动连接板45的连接作用下，带动转动板42向下或向上倾斜，调节转动板42的方向，以此实现硅原料落入熔炼坩埚12的不同点位，避免硅原料过分堆积、集中，并且在硅原料输送完毕后，向上旋转螺纹杆47，使其最终带动转动板42向上转动，接触炉体1的内壁，避免转动板42影响电子束7照射到熔炼坩埚12内的原料硅上；
第四：控制气缸81向上运动，进而带动齿条83、齿轮84的配合转动，致使装配体85向内转动，平铺至熔炼坩埚12的顶端，并通过电机87驱动丝杆88的转动，使滑座89带动铺平架810水平移动，对熔炼坩埚12内部的硅原料进行平铺，使硅原料的叠加厚度相近，便于后续的融化；
第五：硅原料平铺后，再次控制气缸81的运动，使其带动齿条83向下运动，致使齿轮84带动装配体85向外转动，使装配体85离开熔炼坩埚12的表面，并倾斜放置于熔炼坩埚12的两侧，避免影响电子束7的照射；
第六：启动电子枪6的照射模式，设定照射功率为150-200kw，发射电子束7照射熔炼熔炼坩埚12内的硅原料，使其液化，待硅原料完全融化后，形成完全液态硅熔池，保持照射10-20min，使液体硅内部的挥发性杂质元素被有效去除；
第七：启动伺服电机92，驱动第二丝杆93的转动，使滑台94在导向连接杆95、支撑连接座96的连接下，带动契合板97快速向右移动，离开熔炼坩埚12的右端，使熔炼坩埚12内部的液体硅可以从右端流入凝固坩埚14内，并控制电动杆11的伸长，使熔炼坩埚12的左端抬高，形成向下倾斜的状态，快速、大量的将液体硅倒入凝固坩埚14的内部，使液态硅离开高温区，在凝固坩埚14内凝固；
第八：待硅原料熔炼完毕后，关闭电子枪6系统，利用冷水管13的冷却水循环，对熔炼坩埚12进行冷却，而后开炉，去除固态硅锭。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅材料提纯装置，其特征在于：包括炉体(1)、观察窗(2)、入料机构(3)、摆动组件(4)、真空组件(5)、电子枪(6)、电子束(7)、铺平组件(8)、闭合组件(9)、支撑杆(10)、电动杆(11)、熔炼坩埚(12)、冷水管(13)、凝固坩埚(14)；
所述炉体(1)的左端设置有观察窗(2)，且其顶端安装有入料机构(3)；
所述摆动组件(4)安装于炉体(1)的内部，所述真空组件(5)安装于炉体(1)的顶端；
所述电子枪(6)安装于炉体(1)的顶端，且其右端与真空组件(5)相连接，所述电子枪(6)向下发出电子束(7)，照射至熔炼坩埚(12)；
所述铺平组件(8)安装于炉体(1)的内部，所述闭合组件(9)安装于炉体(1)的右端，且其左端与熔炼坩埚(12)相契合；
所述支撑杆(10)和电动杆(11)的底端分别与炉体(1)相固定，且其顶端均与熔炼坩埚(12)转动连接；
所述熔炼坩埚(12)的内部设置有冷水管(13)，所述凝固坩埚(14)放置于炉体(1)的内部
所述铺平组件(8)包括气缸(81)、连接架(82)、齿条(83)、齿轮(84)、装配体(85)、支撑块(86)、电机(87)、丝杆(88)、滑座(89)、铺平架(810)；所述气缸(81)安装于炉体(1)的内部，且其顶端与连接架(82)锁紧固定，所述连接架(82)的顶端固定有齿条(83)，所述齿条(83)的右端与齿轮(84)啮合连接，所述齿轮(84)固定于装配体(85)的前端外侧，所述装配体(85)的后端与支撑块(86)转动连接，且其前端与炉体(1)转动连接，所述支撑块(86)的左端与炉体(1)相固定，所述装配体(85)的内部安装有电机(87)，所述电机(87)的前端采用联轴器与丝杆(88)传动连接，所述丝杆(88)的前端与装配体(85)活动连接，所述滑座(89)的内侧与丝杆(88)螺纹连接，且其底端固定有铺平架(810)。
2.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述摆动组件(4)包括安装板(41)、转动板(42)、安装座(43)、连接座(44)、转动连接板(45)、第二连接座(46)、螺纹杆(47)，所述安装板(41)的顶端与炉体(1)锁紧固定，且其底端转动连接有转动板(42)，所述转动板(42)的顶端固定有安装座(43)，所述安装座(43)与连接座(44)转动连接，所述连接座(44)的顶端与转动连接板(45)转动连接，所述转动连接板(45)的顶端与第二连接座(46)转动连接，所述第二连接座(46)的顶端转动连接有螺纹杆(47)，所述螺纹杆(47)与炉体(1)螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述闭合组件(9)包括外壳(91)、伺服电机(92)、第二丝杆(93)、滑台(94)、导向连接杆(95)、支撑连接座(96)、契合板(97)，所述外壳(91)安装于炉体(1)的右端，且其内部安装有伺服电机(92)，所述伺服电机(92)的左端采用联轴器与第二丝杆(93)传动连接，所述滑台(94)的内侧与第二丝杆(93)螺纹连接，所述滑台(94)的外侧固定有导向连接杆(95)，所述导向连接杆(95)的左端与支撑连接座(96)相固定，且其外侧与炉体(1)滑动连接，所述支撑连接座(96)的左端固定有契合板(97)，所述契合板(97)的左端与熔炼坩埚(12)相契合。
4.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述真空组件(5)包括分子泵(51)、罗茨泵(52)、机械泵(53)，所述分子泵(51)的右端连接有罗茨泵(52)，所述罗茨泵(52)的右端连接有机械泵(53)，所述分子泵(51)的左端与电子枪(6)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述真空组件(5)设置有两组，一组与电子枪(6)相连接，另一组与炉体(1)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述齿条(83)、齿轮(84)、装配体(85)、支撑块(86)、电机(87)、丝杆(88)、滑座(89)、铺平架(810)组成活动组(A)，所述活动组(A)设置有两组，对称设置于熔炼坩埚(12)的左右两端。
7.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述连接架(82)的横截面呈“凹”状，其左右两侧顶端分别与两组活动组(A)锁紧固定。
8.根据权利要求2所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述转动板(42)左侧凹槽与安装板(41)外侧相接触。
9.根据权利要求3所述的一种硅材料提纯装置，其特征在于，所述导向连接杆(95)设置有多组，每两组对称分布于支撑连接座(96)的前后两端。
10.一种使用权利要求1至9任一项所述的一种硅材料提纯装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一：将清洗、烘干后的硅原料投入入料机构(3)内；
第二：合炉，利用两组真空组件(5)，分别对炉体(1)和电子枪(6)进行真空处理，达到电子束(7)熔炼所需要的真空条件，随后对电子枪(6)进行预热；
第三：控制入料机构(3)下料，硅原料从转动板(42)滑入熔炼坩埚(12)的内部，在此过程中，调节转动板(42)的方向，以此实现硅原料落入熔炼坩埚(12)的不同点位，避免硅原料过分堆积、集中；
第四：控制气缸(81)向上运动，进而带动齿条(83)、齿轮(84)的配合转动，致使装配体(85)向内转动，平铺至熔炼坩埚(12)的顶端，铺平架(810)水平移动，对熔炼坩埚(12)内部的硅原料进行平铺，使硅原料的叠加厚度相近，便于后续的融化；
第五：硅原料平铺后，装配体(85)离开熔炼坩埚(12)的表面，并倾斜放置于熔炼坩埚(12)的两侧；
第六：启动电子枪(6)的照射模式，设定照射功率为150-200kw，发射电子束(7)照射熔炼熔炼坩埚(12)内的硅原料，使其液化，待硅原料完全融化后，形成完全液态硅熔池，保持照射10-20min，使液体硅内部的挥发性杂质元素被有效去除；
第七：将熔炼坩埚(12)的左端抬高，形成向下倾斜的状态，快速、大量的将液体硅倒入凝固坩埚(14)的内部，在凝固坩埚(14)内凝固；
第八：待硅原料熔炼完毕后，关闭电子枪(6)系统，利用冷水管(13)的冷却水循环，对熔炼坩埚(12)进行冷却，而后开炉，去除固态硅锭。
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