CN204421610U - 分体式水冷坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式水冷坩埚，包括：坩埚本体，包括坩埚底和坩埚壁，所述坩埚底和坩埚壁均包括外壁和紫铜材料的内壁，所述坩埚底和坩埚壁的夹角不小于90°，所述坩埚壁具有坩埚壁支撑杆；系统底座，所述坩埚壁支撑杆的底端连接于所述系统底座；以及升降装置，连接于所述系统底座与所述坩埚底之间，用于升降所述坩埚底。本实用新型的分体式水冷坩埚使用寿命长、脱模容易且能够避免污染。

Description

分体式水冷坩埚

技术领域

本实用新型涉及冶金铸锭技术领域，尤其与用于硅材料处理过程中硅水浇铸的分体式水冷坩埚有关。

背景技术

中国的能源资源储藏总量不足，人均能源资源拥有量更低，同时中国经济的快速增长推动了其对资源的旺盛需求，对能源的需求量越来越大，常规能源已不能满足国民经济发展的需要。另一方面我国温室气体排放量巨大、空气质量差、环境污染问题严重，中国已成为全球第一大二氧化硫和二氧碳排放国，国际环保责任压力大。

为了缓解以上矛盾我国近年来大力发展清洁能源。太阳能由于其体量大、清洁、安全，被认为是未来清洁能源的主要供给方式，这也是近几年光伏产业得以飞速发展的主要原因。

光伏产业的发展带动了低成本、环境友好的非化学法硅提纯工艺的发展。非化学法硅提纯工艺是以定向凝固技术为基础发展起来的，在提纯过程中往往要涉及到硅水浇铸的问题。常规的硅水浇铸，其坩埚材料一般用的是高温铸铁，存在以下问题：首先，硅与很多金属材料都能形成低温合金，因此浇铸过程高温硅水很容易与坩埚材料发生合金反应而受到污染。但在硅提纯过程中，为了减轻后期提纯任务负担，在高温硅水浇铸过程中必须尽量避免硅材料的污染；其次，坩埚由于长期受到高温硅水的侵蚀而导致其寿命很短；还有就是硅水冷却过程体积要膨胀，因此硅水铸锭过程中由于硅材料的体积膨胀很容易与坩埚挤压在一起导致后期脱模困难。

铜材料其热导率较高，被认为是制备水冷坩埚的首选材料，如公开号为CN101665253A，名称为《多晶硅提纯方法及用于多晶硅提纯的坩埚、提纯设备》的中国发明专利，即公开了一种冷坩埚，其坩埚壁就是水冷铜管构成。可借鉴以其为材料制成脱模容易、避免污染的用于硅材料处理过程中硅水浇铸的水冷坩埚。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的为提供一种分体式水冷坩埚。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种分体式水冷坩埚，包括：坩埚本体，包括坩埚底和坩埚壁，所述坩埚底和坩埚壁均包括外壁和紫铜材料的内壁，所述坩埚底和坩埚壁的夹角大于90°，所述坩埚壁具有坩埚壁支撑杆；系统底座，所述坩埚壁支撑杆的底端连接于所述系统底座；以及升降装置，连接于所述系统底座与所述坩埚底之间，用于升降所述坩埚底。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述坩埚底的外壁和所述坩埚壁的外壁的材质均为不锈钢。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述坩埚壁与所述坩埚底的夹角介于110°-120°之间。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述坩埚本体为倒置的圆台形状，所述坩埚壁与所述坩埚底的夹角为115°。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述坩埚壁支撑杆为3-4根，在所述坩埚壁的圆周上均匀分布。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，至少有两根所述坩埚壁支撑杆为管状结构，分别为所述坩埚壁的冷却水的进水通道与回水通道。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述升降装置包括下固定板、滚珠丝杆和坩埚底支撑杆，所述坩埚底支撑杆固定连接于所述坩埚底与所述下固定板，所述下固定板连接于所述滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的底端固定连接于所述系统底座。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述升降装置还包括上固定板和坩埚底上下移动导杆，所述上固定板固定连接于所述坩埚壁支撑杆，所述坩埚底上下移动导杆为两根，顶端固定连接于所述上固定板，中间穿设于所述下固定板相应位置上的两导向孔中，底端固定连接于所述系统底座。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述系统底座的底面上设置有移动轮。

本实用新型的分体式水冷坩埚，优选的，所述坩埚底支撑杆为具有中心管腔和夹层的双层管结构，所述中心管腔和夹层分别为所述坩埚底的冷却水的进水通道与回水通道，或者所述中心管腔和所述夹层分别为坩埚底的冷却水的回水通道与进水通道。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型的分体式水冷坩埚使用寿命长，脱模容易，很好解决了常规硅水浇铸过程中来自坩埚污染的问题。同时，也很好解决了坩埚经常受到硅水侵蚀而容易损坏的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的分体式水冷坩埚的示意图。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是，本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

下面参考附图和优选实施例对技术方案作详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例的分体式水冷坩埚，包括坩埚本体1、系统底座2和升降装置3。

其中，坩埚本体1包括坩埚壁11、坩埚底12和坩埚壁支撑杆13，这里所说的分体，是指坩埚底12与坩埚壁11之间的分体。

坩埚壁11及坩埚底12都是由不锈钢材料的外壁及紫铜材料的内壁组成。其中，坩埚壁11包括紫铜材料的内壁111和不锈钢材质的外壁112，而内壁111与外壁112之间具有冷却水通道113，冷却水通道113可以由内壁111外侧表面上开设凹槽形成。坩埚壁11的底端具有底圈114，底圈114套设在坩埚底12的外周。坩埚底12则包括紫铜材料的内壁120和不锈钢材质的外壁122，而内壁120与外壁122之间为冷却水通道121，冷却水通道121与冷却水通道113之间不连通。

坩埚壁11通过坩埚壁支撑杆13与系统底座2固定为一体，坩埚壁支撑杆13的底端连接于系统底座2，而坩埚壁支撑杆13的顶端则连接于坩埚壁11的底圈114的底面。

坩埚底12可相对于坩埚壁11上下移动。坩埚壁11为圆筒形，也即坩埚壁11在任何高度处的被水平平面所截得的截面都是圆形，但高度越高，截面圆的面积越大，因此，整个坩埚本体1可以称是倒置的圆台形状。且坩埚壁11与坩埚底12之间的夹角θ不小于90°，优选的在110°-120°之间，夹角θ更优选的为115°。

其中坩埚壁支撑杆13的数量为3根或4根，在坩埚壁11的圆周上，具体是在底圈114的圆周上均匀分布，其中有两根坩埚壁支撑杆13为管状结构，分别为坩埚壁11冷却水的进水通道130与回水通道131。

系统底座2的底面设置有移动轮20，通过移动轮20使得整个分体式水冷坩埚可移动，极大方便了炉前操作。

升降装置3包括上固定板31、下固定板32、坩埚底支撑杆33、滚珠丝杠34和坩埚底上下移动导杆35，均设置在底圈114、系统底座2和坩埚壁支撑杆13所围成的空间内。

其中，坩埚底12的底面的圆心位置连接坩埚底座支撑杆33的顶端，坩埚底座支撑杆33穿过上固定板31的中心通孔，与下固定板32固定连接，坩埚底座支撑杆33的底端在系统底座2上平面的上方悬空设置。坩埚底支撑杆33为双层管结构，具有中心管腔331和夹层332，中心管腔331和夹层332分别为坩埚底12冷却水的进水通道与回水通道，或者中心管腔331和夹层332分别为坩埚底12冷却水的回水通道与进水通道。

坩埚底支撑杆33通过上固定板31和下固定板32定位。上固定板31和下固定板32的形状可以是圆形但不局限于是圆形，上固定板31的外缘固定连接于坩埚壁支撑杆13。滚珠丝杠34的底端连接于系统底座2的上平面。下固定板32与滚珠丝杠34连接，通过滚珠丝杠34下固定板32可以实现上下移动，但本实用新型中，下固定板32的上下移动也可通过液压装置等实现，并不局限于使用滚珠丝杠34。坩埚底上下移动导杆35为两根，坩埚底上下移动导杆35的顶端固定连接于上固定板31，坩埚底上下移动导杆35中间穿设于下固定板32相应位置上的两导向孔中，坩埚底上下移动导杆35的底端固定连接于系统底座2，下固定板32与两坩埚底上下移动导杆35相连的目的是为了保持下固定板32在上下移动的过程中更平稳。上固定板31通过坩埚壁支撑杆13及坩埚底上下移动导杆35与系统底座2固定在一起。

本实用新型实施例的分体式水冷坩埚，通过安装调试使坩埚壁支撑杆13、坩埚底上下移动导杆35与系统底座2上平面(即上表面)相垂直，使上固定板31、下固定板32均与系统底座2上平面相平行。坩埚底12、坩埚底支撑杆33及下固定板32固定在一起，通过滚珠丝杠34实现坩埚底12的升降速度及上下行程大小的控制，坩埚底12可以越过底圈114顶面，当脱模时，坩埚底12升起把铸锭向上抬起，使之脱离锅壁11，用工装把硅锭移走。通过坩埚底上下移动导杆35实现坩埚底12在升降过程中更平稳，不发生抖动现象。因为坩埚底12在升降过程中如果不平稳产生抖动，特别是横向的抖动，就容易使坩埚底12与坩埚壁11发生摩擦或相互卡住造成坩埚损坏、或是难以出锭等现象。

本实用新型的分体式水冷坩埚，坩埚底12和坩埚壁11的内壁材料为紫铜，主要考虑其热导率高，容易把高温硅水的热量在最短时间内传给冷却水，进而通过冷却水尽快带走硅水凝固过程中释放的热量。使得硅材料冷却过程中与铜材料的合金反应及相互扩散的热力学动力学条件变得非常差，使得二者之间的合金反应及相互扩散在理论上基本不可能发生。实践结果证明使用水冷坩埚浇铸硅水过程中来自坩埚的铜污染几乎可以忽略。很好解决了常规硅水浇铸过程中来自坩埚污染的问题。同时，也很好解决了坩埚经常受到硅水侵蚀而容易损坏的问题。坩埚底12和坩埚壁11的外壁是不锈钢材料，主要是考虑到不锈钢材料耐腐蚀及刚度较高，保证坩埚外围的固定及长期使用过程中不容易变形。坩埚底12平面与坩埚壁11之间的夹角θ不小于115°，可避免由于硅水冷却过程中体积膨胀使得硅锭与坩埚壁挤压到一起，实践证明角度小于115°后期出锭较难。坩埚底12可以通过滚珠丝杠34实现上下升降，铸锭结束，可通过坩埚底12的上升把硅锭顶起以便于脱锭。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本实用新型所附的权利要求所揭示的本实用新型的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本实用新型的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分体式水冷坩埚，其特征在于，所述分体式水冷坩埚包括：

坩埚本体，包括坩埚底和坩埚壁，所述坩埚底和坩埚壁均包括外壁和紫铜材料的内壁，所述坩埚底和坩埚壁的夹角大于90°，所述坩埚壁具有坩埚壁支撑杆；

系统底座，所述坩埚壁支撑杆的底端连接于所述系统底座；以及

升降装置，连接于所述系统底座与所述坩埚底之间，用于升降所述坩埚底。

2.如权利要求1所述的分体式水冷坩埚，其中，所述坩埚底的外壁和所述坩埚壁的外壁的材质均为不锈钢。

3.如权利要求2所述的分体式水冷坩埚，其中，所述坩埚壁与所述坩埚底的夹角介于110°-120°之间。

4.如权利要求1所述的分体式水冷坩埚，其中，所述坩埚本体为倒置的圆台形状，所述坩埚壁与所述坩埚底的夹角为115°。

5.如权利要求4所述的分体式水冷坩埚，其中，所述坩埚壁支撑杆为3-4根，在所述坩埚壁的圆周上均匀分布。

6.如权利要求5所述的分体式水冷坩埚，其中，至少有两根所述坩埚壁支撑杆为管状结构，分别为所述坩埚壁的冷却水的进水通道与回水通道。

7.如权利要求1所述的分体式水冷坩埚，其中，所述升降装置包括下固定板、滚珠丝杆和坩埚底支撑杆，所述坩埚底支撑杆固定连接于所述坩埚底与所述下固定板，所述下固定板连接于所述滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的底端固定连接于所述系统底座。

8.如权利要求7所述的分体式水冷坩埚，其中，所述升降装置还包括上固定板和坩埚底上下移动导杆，所述上固定板固定连接于所述坩埚壁支撑杆，所述坩埚底上下移动导杆为两根，顶端固定连接于所述上固定板，中间穿设于所述下固定板相应位置上的两导向孔中，底端固定连接于所述系统底座。

9.如权利要求1所述的分体式水冷坩埚，其中，所述系统底座的底面上设置有移动轮。

10.如权利要求1所述的分体式水冷坩埚，其中，所述坩埚底支撑杆为具有中心管腔和夹层的双层管结构，所述中心管腔和夹层分别为所述坩埚底的冷却水的进水通道与回水通道，或者所述中心管腔和所述夹层分别为坩埚底的冷却水的回水通道与进水通道。