CN208815153U - 硅芯方锭铸锭炉热场结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，它包括石墨块(1)，所述石墨块(1)上设置有定向导气块(2)，所述定向导气块(2)上设置有坩埚(4)，所述坩埚(4)外侧设置有定位块(3)，所述坩埚(4)外侧设置有加热器(5)，所述加热器(5)外侧设置有保温层(6)，所述保温层(6)外侧设置有炉体(7)。本实用新型一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，它通过增加了下侧加热器和顶层加热器，能够对坩埚内硅料进行有效加热，并且能够方便的调节垂直方向的温度梯度场，通过外侧保温层控制散热，使硅能定向结晶，其结晶凝固过程得到有效控制，提高了多晶硅铸锭的质量和产品尺寸。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，属于多晶硅生产技术领域。
背景技术
目前，目前国内生产多晶硅的工艺大部分都是常规三氯氢硅氢还原法，即改良西门子法，改良西门子法或其他类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是多晶硅还原炉，多晶硅还原炉在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直至表面温度达到1100摄氏度，通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生氢还原反应，使三氯氢硅中的硅分子堆积在硅芯上，使其的直径不断地增大，通常，硅芯的直径在7-10毫米，可以是圆形也可以是方型，或是其他形状，最终通过氢还原反应使直径不断地增大到120-200毫米，生产出高纯太阳能级6N或电子级11N的多晶硅。
目前硅芯的制备方法有二种，传统的方法是用CZ法(区熔提拉法)，即把直径在20-50毫米的硅棒在充满惰性气体的真空炉膛内用高频感应加热，使其顶部局部熔化，从上部放入1根直径在5-10毫米的籽晶，然后慢慢向上提拉，使其成为直径在7-10毫米，长度在1900-3000毫米之间的细长硅芯，其缺点是提拉速度慢，一般为8-12毫米/分钟，拉制1根2米的硅芯需要4小时，生产效率低，电力消耗大，设备投资大。
另一种是用金刚石工具切割法，美国Diamond Wire Technology公司研制出采用金刚石线的数控多晶硅细长硅芯多线切割机床，用于硅芯的制备。通过利用电镀上金刚石微粒的细钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向移动，将硅棒压在该机床用金刚石线交叉组成的方形线网上，从而将该硅棒切割成细长的硅芯。其优点十分明显，10-12小时可以切割出200根左右2米长的7X7或8X8毫米的方形硅芯，电力消耗小，加工效率高。
多晶硅铸锭炉是一种硅原料重融设备，用于低成本生产太阳能级多晶硅铸锭，其作用是将多晶硅原料按照设定的工艺，经过加热融化、定向结晶、退火、冷却等阶段后成为沿一定方向生长的多晶硅锭。多晶硅铸锭过程中，其所处的环境即为多晶硅铸锭炉热场。通过该热场能够提供多晶硅融化所需的热能，还能提供合理的温度梯度，以便能够得到合乎要求的沿固定方向生长的多晶硅锭。但是，现有的多晶硅铸锭炉热场结构不合理，其加热器加热不均匀，定向导气块气体走向单一，进气口冷量足够，出气口冷量不足，无法为多晶硅锭提供具有较好的温度梯度场的生长环境，由此，影响了多晶硅锭的结晶质量以及硅芯方锭的尺寸。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，它通过增加了下侧加热器和顶层加热器，能够对坩埚内硅料进行有效加热，并且能够方便的调节垂直方向的温度梯度场，通过外侧保温层控制散热，使硅能定向结晶，其结晶凝固过程得到有效控制，提高了多晶硅铸锭的质量和产品尺寸。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，它包括石墨块，所述石墨块上设置有定向导气块，所述定向导气块上设置有坩埚，所述坩埚外侧设置有定位块，所述坩埚外侧设置有加热器，所述加热器外侧设置有保温层，所述保温层外侧设置有炉体。
优选的，所述定向导气块包括导气块本体，所述导气块本体背面左右两侧分别设置有进气口和出气口，所述进气口右侧沿竖直方向开设有贯穿整个定向导气块的第一导气孔，所述进气口和出气口之间沿竖直方向开设有前后两个贯穿整个定向导气块的第二导气孔，所述进气口与第一导气孔下端之间通过进气导槽相连通，所述出气口沿水平方向向右开设有出气导槽，所述出气导槽与前后两个第二导气孔下端之间通过连接导槽相连通，所述第一导气孔上端沿水平方向向左开设有第一冷却槽，所述第一冷却槽延伸至靠近第二通孔位置处，两个第二导气孔上端沿水平方向向左均开设有第二冷却槽，所述第二冷却槽延伸至靠近导气块本体左侧面位置处，所述第一冷却槽前后两侧沿水平方向分别开设有第三冷却槽，所述第三冷却槽外侧设置有第四冷却槽，所述第三冷却槽左端与第一冷却槽左端相连通，所述第三冷却槽右端与第四冷却槽右端相连通，所述第四冷却槽左端与第二冷却槽左端相连通。
优选的，所述导气块本体上设置有前后两排固定安装孔。
优选的，所述导气块本体背面设置有四个定位孔。
优选的，所述定位块采用柔性耐高温材料。
优选的，所述定位块的高度不低于坩埚高度的1/3。
优选的，所述加热器包括支撑架，所述支撑架固定设置于石墨块四侧，所述支撑架上设置有下侧加热器，所述下侧加热器上方设置有上侧加热器，所述上侧加热器顶部设置有顶层加热器。
优选的，所述下侧加热器和上侧加热器之间形成散热通道。
优选的，所述保温层包括顶层保温层，所述顶层保温层四周设置有侧保温层。
优选的，所述保温层的材料采用碳纤维材料。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、本实用新型通过增加了下侧加热器和顶层加热器，能够对坩埚内硅料进行有效加热，并且能够方便的调节垂直方向的温度梯度场，通过外侧保温层控制散热，使硅能定向结晶，其结晶凝固过程得到有效控制，提高了多晶硅铸锭的质量和产品尺寸；
2、本实用新型通过合理设计定向导气块的冷却槽路径，大大提高了定向导气块冷却的均匀性，能够为多晶硅锭提供具有较好的温度梯度场生长环境，有效保证了最终的产品质量，也有利于生产加宽加长型硅芯方锭的生产。
附图说明
图1为本实用新型一种硅芯方锭铸锭炉热场结构的示意图。
图2为图1中定向导气块的正面示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为图1中定向导气块的背面示意图。
其中：
石墨块1
定向导气块2
导气块本体21
进气口22
出气口23
第一导气孔24
第二导气孔25
进气导槽26
出气导槽27
连接导槽28
第一冷却槽29
第二冷却槽210
第三冷却槽211
第四冷却槽212
固定安装孔213
定位孔214
定位块3
坩埚4
加热器5
支撑架51
下侧加热器52
上侧加热器53
顶层加热器54
散热通道55
顶部保温层6
顶层保温层61
侧保温层62
炉体7。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1～图4所示，本实施例中的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，它包括石墨块1，所述石墨块1上设置有定向导气块2，所述定向导气块2上设置有坩埚4，所述坩埚4外侧设置有定位块3，所述坩埚4外侧设置有加热器5，所述加热器5外侧设置有保温层6，所述保温层6外侧设置有炉体7；
所述定向导气块2包括导气块本体21，所述导气块本体21背面左右两侧分别设置有进气口22和出气口23，所述进气口22右侧沿竖直方向开设有贯穿整个定向导气块2的第一导气孔24，所述进气口22和出气口23之间沿竖直方向开设有前后两个贯穿整个定向导气块2的第二导气孔25，所述进气口22与第一导气孔24下端之间通过进气导槽26相连通，所述出气口23沿水平方向向右开设有出气导槽27，所述出气导槽27与前后两个第二导气孔25下端之间通过连接导槽28相连通，所述第一导气孔25上端沿水平方向向左开设有第一冷却槽29，所述第一冷却槽29延伸至靠近第二通孔25位置处，两个第二导气孔25上端沿水平方向向左均开设有第二冷却槽210，所述第二冷却槽210延伸至靠近导气块本体21左侧面位置处，所述第一冷却槽29前后两侧沿水平方向分别开设有第三冷却槽211，所述第三冷却槽211外侧设置有第四冷却槽212，所述第三冷却槽211左端与第一冷却槽29左端相连通，所述第三冷却槽211右端与第四冷却槽212右端相连通，所述第四冷却槽212左端与第二冷却槽210左端相连通；
所述导气块本体21上设置有前后两排固定安装孔213；
所述导气块本体21背面设置有四个定位孔214；
所述定位块3采用柔性耐高温材料；
所述定位块3的高度不低于坩埚4高度的1/3；
所述加热器5包括支撑架51，所述支撑架51固定设置于石墨块1四侧，所述支撑架51上设置有下侧加热器52，所述下侧加热器52上方设置有上侧加热器53，所述上侧加热器53顶部设置有顶层加热器54；
所述下侧加热器52和上侧加热器53之间形成散热通道55；
所述保温层6包括顶层保温层61，所述顶层保温层61四周设置有侧保温层62；
所述保温层6的材料采用碳纤维材料；
除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：它包括石墨块（1），所述石墨块（1）上设置有定向导气块（2），所述定向导气块（2）上设置有坩埚（4），所述坩埚（4）外侧设置有定位块（3），所述坩埚（4）外侧设置有加热器（5），所述加热器（5）外侧设置有保温层（6），所述保温层（6）外侧设置有炉体（7）。
2.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述定向导气块（2）包括导气块本体（21），所述导气块本体（21）背面左右两侧分别设置有进气口（22）和出气口（23），所述进气口（22）右侧沿竖直方向开设有贯穿整个定向导气块（2）的第一导气孔（24），所述进气口（22）和出气口（23）之间沿竖直方向开设有前后两个贯穿整个定向导气块（2）的第二导气孔（25），所述进气口（22）与第一导气孔（24）下端之间通过进气导槽（26）相连通，所述出气口（23）沿水平方向向右开设有出气导槽（27），所述出气导槽（27）与前后两个第二导气孔（25）下端之间通过连接导槽（28）相连通，所述第一导气孔（24）上端沿水平方向向左开设有第一冷却槽（29），所述第一冷却槽（29）延伸至靠近第二导气孔（25）位置处，两个第二导气孔（25）上端沿水平方向向左均开设有第二冷却槽（210），所述第二冷却槽（210）延伸至靠近导气块本体（21）左侧面位置处，所述第一冷却槽（29）前后两侧沿水平方向分别开设有第三冷却槽（211），所述第三冷却槽（211）外侧设置有第四冷却槽（212），所述第三冷却槽（211）左端与第一冷却槽（29）左端相连通，所述第三冷却槽（211）右端与第四冷却槽（212）右端相连通，所述第四冷却槽（212）左端与第二冷却槽（210）左端相连通。
3.根据权利要求2所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述导气块本体（21）上设置有前后两排固定安装孔（213）。
4.根据权利要求2所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述导气块本体（21）背面设置有四个定位孔（214）。
5.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述定位块（3）采用柔性耐高温材料。
6.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述定位块（3）的高度不低于坩埚（4）高度的1/3。
7.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述加热器（5）包括支撑架（51），所述支撑架（51）固定设置于石墨块（1）四侧，所述支撑架（51）上设置有下侧加热器（52），所述下侧加热器（52）上方设置有上侧加热器（53），所述上侧加热器（53）顶部设置有顶层加热器（54）。
8.根据权利要求4所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述下侧加热器（52）和上侧加热器（53）之间形成散热通道（55）。
9.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述保温层（6）包括顶层保温层（61），所述顶层保温层（61）四周设置有侧保温层（62）。
10.根据权利要求1所述的一种硅芯方锭铸锭炉热场结构，其特征在于：所述保温层（6）的材料采用碳纤维材料。
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