CN209854277U - 一种单晶炉用供热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单晶炉用供热装置，包括：铜电极和石墨电极；石墨电极的一端设置有第一凹槽，在第一凹槽背离底部的端部设置有内孔，铜电极的一端设置有与第一凹槽相匹配的第一凸起结构，铜电极的另一端与单晶炉底固定连接；通过第一凸起结构与第一凹槽的契合，铜电极与石墨电极连接。本实用新型通过在第一凹槽的末端设置内孔，由于内孔的存在，第一凸起结构和第一凹槽在对应内孔位置处相互不接触，减少了石墨电极与铜电极的接触面积，降低了铜电极自身散热所带走的热量，降低了热损耗，提高了供热效率。并且该结构易于加工、便于安装，几乎不影响石墨电极的整体强度及稳定性。

Description

一种单晶炉用供热装置

技术领域

本实用新型涉及单晶硅制造技术领域，尤其涉及一种单晶炉用供热装置。

背景技术

单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶硅棒的设备。

目前，单晶炉设备的供热装置包括：铜电极与石墨电极，铜电极和石墨电极之间通过结构上的契合相互紧密连接，单晶炉中在拉制单晶硅棒时，主要的供热方式是通过通有冷却水的铜电极将热量传递给石墨电极，并由石墨电极给发热部供电，由发热部进行供热。

目前的单晶炉中，由于铜电极和石墨电极之间通过结构上的契合相互紧密连接，导致铜电极与石墨电极契合所形成的接触面的面积较大，在供热过程中，易使得单晶炉内的热量通过石墨电极传导至铜电极，并由铜电极将热量散失，造成供热效率下降。

实用新型内容

本实用新型提供一种单晶炉用供热装置，以解决现有技术中铜电极易将热量自行散失，造成供热效率下降等问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种单晶炉用供热装置，所述单晶炉用供热装置包括：

铜电极和石墨电极；

所述石墨电极的一端设置有第一凹槽，在所述第一凹槽背离底部的端部设置有内孔，所述铜电极的一端设置有与所述第一凹槽相匹配的第一凸起结构，所述铜电极的另一端与所述单晶炉底固定连接；

通过所述第一凸起结构与所述第一凹槽的契合，所述铜电极与所述石墨电极连接。

可选的，所述坩埚轴包括：

所述内孔为台阶孔，且所述台阶孔靠近所述第一凹槽的端部位置处的孔径大于所述台阶孔背离所述第一凹槽的端部位置处的孔径。

可选的，当所述第一凸起结构与所述第一凹槽契合时，所述第一凹槽的底面与所述第一凸起结构的端面之间设置有预设宽度的密封间隙。

可选的，在所述密封间隙中填充有惰性气体。

可选的，所述单晶炉用供热装置还包括：

保温层；

所述保温层中设置有安装通孔，所述铜电极与所述石墨电极连接后设置在所述安装通孔中。

可选的，所述单晶炉用供热装置还包括：

石英护套；

所述石英护套设置在所述保温层与所述铜电极、所述石墨电极之间。

可选的，所述铜电极设置有中空腔室，且所述中空腔室与水冷管接通。

可选的，在所述石墨电极的内部设置有真空腔室。

可选的，所述铜电极的第一凸起结构与所述石墨电极的第一凹槽之间为螺纹连接。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种单晶炉用供热装置，所述单晶炉用供热装置包括：

铜电极、内衬和石墨电极；

所述石墨电极的一端设置有第二凹槽，所述铜电极的一端设置有与所述第二凹槽相匹配的第二凸起结构，所述铜电极的另一端与所述单晶炉底固定连接；

所述内衬设置在所述第二凹槽与所述第二凸起结构之间，所述内衬的材质为碳碳复合材料。

本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置，包括：铜电极和石墨电极；石墨电极的一端设置有第一凹槽，在第一凹槽背离底部的端部设置有内孔，铜电极的一端设置有与第一凹槽相匹配的第一凸起结构，铜电极的另一端与单晶炉底固定连接；通过第一凸起结构与第一凹槽的契合，铜电极与石墨电极连接。本实用新型通过在第一凹槽的末端设置内孔，由于内孔的存在，第一凸起结构和第一凹槽在对应内孔位置处相互不接触，减少了石墨电极与铜电极的接触面积，降低了的铜电极自身散热所带走的热量，降低了热损耗，提高了供热效率。并且该结构易于加工、便于安装，几乎不影响石墨电极的整体强度及稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置的剖面结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种石墨电极的剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种保温层的剖面结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种单晶炉底的剖面结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置的装配剖面示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种单晶炉用供热装置的剖面结构示意图。

附图标记说明：

10-单晶炉下炉筒，101-单晶炉底，102-水冷管，103-开孔，20-铜电极，201-第一凸起结构，202-第二凸起结构，30-石墨电极，301-第一凹槽，302-真空腔室，303-安装凹槽，304-第二凹槽，40-保温层，401-安装通孔，402-孔隙，50-石英护套，60-内衬，A-内孔，B-密封间隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，其示出了本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置的剖面结构示意图，单晶炉用供热装置设置在单晶炉下炉桶10的单晶炉底101，单晶炉用供热装置包括：铜电极20和石墨电极30；石墨电极30的一端设置有第一凹槽301，在第一凹槽301背离底部的端部设置有内孔A，铜电极20的一端设置有与第一凹槽301相匹配的第一凸起结构201，铜电极20的另一端与单晶炉底101固定连接；通过第一凸起结构201与第一凹槽301的契合，铜电极20与石墨电极30连接。

在本实用新型实施例中，一般的，铜电极20在通电后会产生热量，并将热量传输至与其连接的石墨电极30，使得石墨电极30可以为与其相连接的发热部供热。

具体的，为了保证铜电极20和石墨电极30连接和导热的稳固性，可以在石墨电极30的一端设置第一凹槽301，并在铜电极20的一端设置有与第一凹槽301相匹配的第一凸起结构201，通过第一凸起结构201和第一凹槽301的结合完成铜电极20和石墨电极30的连接。

进一步的，在本实用新型实施例中，可以在第一凹槽301的末端设置内孔A，使得第一凸起结构201和第一凹槽301契合后产生新的接触面，该新的接触面中，由于内孔A的存在，第一凸起结构201和第一凹槽301在对应内孔A位置处相互不接触，使得新的接触面的面积减少，从而降低了铜电极20的热导吸热能力，降低了热损耗。

可以通过下述传热公式验证本实用新型方案的效果，具体为，在下述传热公式中，Q：材料传导的热量(瓦)；λ：材料导热系数(瓦/(米·摄氏度))；A：传导面积(平方米)；T：传热时间(秒)；△t：两表面的温度差(摄氏度)；H：材料的厚度(米)。其中，材料传导的热量Q与导热系数λ、传导面积A、传热时间T以及两表面的温度差△t成正比，而与材料的厚度h成反比；

由以上公式可看出，当在其他条件不变的情况下；降低传导面积A，则材料传导的热量Q减小，由以上理论依据可得出结论，若降低第一凸起结构201和第一凹槽301契合后产生的接触面的面积，可以使铜电极20热导吸热能力降低，降低热损耗。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置，包括：铜电极和石墨电极；石墨电极的一端设置有第一凹槽，在第一凹槽背离凹槽底部的的一端设置有内孔，铜电极的一端设置有与第一凹槽相匹配的第一凸起结构，铜电极的另一端与单晶炉底固定连接；通过第一凸起结构与第一凹槽的契合，铜电极与石墨电极连接。本实用新型通过在第一凹槽的末端设置内孔，由于内孔的存在，第一凸起结构和第一凹槽在对应内孔位置处相互不接触，减少了石墨电极与铜电极的接触面积，降低了的铜电极自身散热所带走的热量，降低了热损耗，提高了供热效率。并且该结构易于加工、便于安装，几乎不影响石墨电极的整体强度及稳定性。

可选的，参照图2，其示出了本实用新型实施例提供的一种石墨电极的剖面结构示意图，内孔A为台阶孔，且台阶孔靠近第一凹槽301的端部位置处的孔径大于台阶孔背离第一凹槽301的端部位置处的孔径。

在本实用新型实施例中，台阶孔即为两个或者多个孔相互套接，形成类似于台阶一样，所以叫做台阶孔，在图2中，示出的台阶孔包括两个互相套接的孔，且台阶孔在第一凹槽301的端部位置处的孔径最大。这样在保证石墨电极30的第一凹槽301的结构强度和契合强度的基础上，进一步降低了第一凸起结构201和第一凹槽301契合后产生新的接触面的面积，并进一步降低了的铜电极自身散热所带走的热量。

可选的，参照图1，当第一凸起结构201与第一凹槽301契合时，第一凹槽301的底面与第一凸起结构201的端面之间设置有预设宽度的密封间隙B。

可选的，在密封间隙B中填充有惰性气体。

在本实用新型实施例中，在本实用新型实施例中，为了进一步降低铜电极自身散热所带走的热量，可以在第一凹槽301的底面与第一凸起结构201的端面之间设置有预设宽度的密封间隙B，使得第一凹槽301的底面与第一凸起结构201的端面之间的传热介质为密封间隙B中的惰性气体，使铜电极20吸收热、热导吸热能力进一步降低，降低热损耗。

可选的，参照图1，单晶炉用供热装置还包括：保温层40；保温层40中设置有安装通孔，铜电极20与石墨电极30连接后设置在安装通孔中。

在本实用新型实施例中，保温层40的材料可以为石墨毡，具有较强的隔热效果，将铜电极20与石墨电极30连接后设置在保温层40中，能够进一步降低铜电极20与石墨电极30的热损耗，提高供热效率。

进一步的，参照图3，其示出了本实用新型实施例提供的一种保温层的剖面结构示意图，在实际应用中，通常可以对称设置两组单晶炉用供热装置，来对设置在中间的发热部进行供热，因此，需要两个开有的保温层40对称布置，且两个保温层40之间预留出容纳石墨托杆的，两组铜电极20与石墨电极30连接后分别置于不同的安装通孔401中，共同为石墨托杆承载的发热部进行供热。

可选的，参照图1，单晶炉用供热装置还包括：石英护套50；石英护套50设置在保温层40与铜电极20、石墨电极30之间。

在本实用新型实施例中，为了避免石墨材质的保温层40与石墨电极30、铜电极20直接接触产生短路，可以在保温层40与铜电极20、石墨电极30之间设置石英护套50，起到绝缘和隔热的效果。

可选的，参照图4，其示出了本实用新型实施例提供的一种单晶炉底的剖面结构示意图，铜电极20的内部设置有中空腔室，且中空腔室与水冷管102接通。

在本实用新型实施例中，铜电极20在工作时需要进行散热，因此可以将铜电极20设计为内部中空，并将中空腔室与水冷管102接通，通过水冷管102传导的冷却液的循环，实现对铜电极20的散热，另外，将铜电极20设计为具有第一凸起结构201，也更便于冷却液在其中进行循环，开孔103是单晶炉下炉桶上的气孔，用于排出废气。

可选的，参照图2，在石墨电极30设置有真空腔室302。

本实用新型实施例中，在石墨电极30的内部设置有真空腔室302，可以利用真空环境的真空腔室302，实现对石墨电极30的温度保护，避免石墨电极30的温度过高。

另外，在石墨电极30的另一端也设置了安装凹槽303，用于容纳固定螺栓，固定螺栓与发热部的脚板进行连接，起到固定发热部的作用。

可选的，铜电极20的第一凸起结构201与石墨电极30的第一凹槽301之间为螺纹连接。螺纹连接的铜电极20石墨电极30紧固性较强，提高了单晶炉用供热装置的装配紧固性。

在本实用新型实施例中，参照图5，其示出了本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置的装配剖面示意图，在实际应用中，通常可以对称设置两组单晶炉用供热装置，来对设置在中间的发热部进行供热，具体的，需要两个保温层40对称布置，且两个开有安装通孔401的保温层40之间预留出容纳石墨托杆的孔隙402，两组铜电极20与石墨电极30连接后分别置于不同的安装通孔401中，共同为石墨托杆承载的发热部进行供热。

具体的，单晶炉用供热装置的装配方法包括：

步骤A1，将保温层40对正后安装在在单晶炉底101。

步骤A2，将石英护套50安装在保温层40与铜电极20的间隙内。

步骤A3，最后将石墨电极30正常安装在铜电极20上。

步骤A4，安装后其余部件正常安装，在使用过程中单晶炉长时间运行，单晶炉底101与铜电极20的内部的循环水带走的热量减少，起到了隔热保温作用，有效降低的使用功耗。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置，包括：铜电极和石墨电极；石墨电极的一端设置有第一凹槽，在第一凹槽背离底部的端部设置有内孔，铜电极的一端设置有与第一凹槽相匹配的第一凸起结构，铜电极的另一端与单晶炉底固定连接；通过第一凸起结构与第一凹槽的契合，铜电极与石墨电极连接。本实用新型通过在第一凹槽的末端设置内孔，由于内孔的存在，第一凸起结构和第一凹槽在对应内孔位置处相互不接触，减少了石墨电极与铜电极的接触面积，降低了的铜电极自身散热所带走的热量，降低了热损耗，提高了供热效率。并且该结构易于加工、便于安装，几乎不影响石墨电极的整体强度及稳定性。

如图6所示，其示出了本实用新型实施例提供的另一种单晶炉用供热装置的剖面结构示意图，单晶炉用供热装置设置在单晶炉下炉桶10的单晶炉底101，单晶炉用供热装置包括：铜电极20、内衬60和石墨电极30；石墨电极30的一端设置有第二凹槽304，铜电极20的一端设置有与第二凹槽304相匹配的第二凸起结构202，铜电极20的另一端与单晶炉底101固定连接；内衬60设置在第二凹槽304与第二凸起结构202之间，内衬60的材质为碳碳复合材料。

在本实用新型实施例中，碳碳复合材料(c-c composite or carbon-carboncomposite material)是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，碳/碳复合材料和石墨材料相比，存在导热系数的差异。

在下述传热公式中，Q：材料传导的热量(瓦)；λ：材料导热系数(瓦/(米·摄氏度))；A：传导面积(平方米)；T：传热时间(秒)；△t：两表面的温度差(摄氏度)；H：材料的厚度(米)。其中，材料传导的热量Q与导热系数λ、传导面积A、传热时间T以及两表面的温度差△t成正比，而与材料的厚度h成反比；

由以上公式可看出，当在其他条件不变的情况下；降低导热系数λ，则热量Q降低，由以上理论依据可得出结论，若降低第二凸起结构202和第二凹槽304之间的导热系数，可以使铜电极20热导吸热能力降低，降低热损耗。

因此，在本实用新型实施例中，可以在第二凹槽304与第二凸起结构202之间设置内衬60，利用内衬60和石墨电极30之间导热系数的差异，来降低供热过程中的热量损失。

进一步的，当第二凸起结构202与第二凹槽304契合时，第二凹槽304的底面与第二凸起结构202的端面之间设置有预设宽度的密封间隙。

进一步的，在密封间隙中填充有惰性气体。

进一步的，单晶炉用供热装置还包括：保温层40；保温层40中设置有安装通孔，铜电极20与石墨电极30连接后设置在安装通孔中。

进一步的，单晶炉用供热装置还包括：石英护套50；石英护套50设置在保温层与铜电极20、石墨电极30之间。

进一步的，铜电极20设置有中空腔室，且中空腔室与水冷管接通。

进一步的，在石墨电极30的内部设置有真空腔室。

综上，本实用新型实施例提供的一种单晶炉用供热装置，包括：铜电极、内衬和石墨电极；石墨电极的一端设置有第二凹槽，铜电极的一端设置有与第二凹槽相匹配的第二凸起结构，铜电极的另一端与单晶炉底固定连接；内衬设置在第二凹槽与第二凸起结构之间。本实用新型通过内衬和石墨电极之间导热系数的差异，来降低供热过程中的热量损失，降低了的铜电极自身散热所带走的热量，提高了供热效率。并且该结构易于加工、便于安装，几乎不影响石墨电极的整体强度及稳定性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种单晶炉用供热装置，所述单晶炉用供热装置设置在单晶炉底，其特征在于，所述单晶炉用供热装置包括：

铜电极和石墨电极；

所述石墨电极的一端设置有第一凹槽，在所述第一凹槽背离底部的端部设置有内孔，所述铜电极的一端设置有与所述第一凹槽相匹配的第一凸起结构，所述铜电极的另一端与所述单晶炉底固定连接；

通过所述第一凸起结构与所述第一凹槽的契合，所述铜电极与所述石墨电极连接。

2.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，所述内孔为台阶孔，且所述台阶孔靠近所述第一凹槽的端部处的孔径大于所述台阶孔靠近底部处的孔径。

3.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，当所述第一凸起结构与所述第一凹槽契合时，所述第一凹槽的底面与所述第一凸起结构的端面之间设置有预设宽度的密封间隙。

4.根据权利要求3所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，在所述密封间隙中填充有惰性气体。

5.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，所述单晶炉用供热装置还包括：

保温层；

所述保温层中设置有安装通孔，所述铜电极与所述石墨电极连接后设置在所述安装通孔中。

6.根据权利要求5所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，所述单晶炉用供热装置还包括：

石英护套；

所述石英护套设置在所述保温层与所述铜电极、所述石墨电极之间。

7.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，所述铜电极设置有中空腔室，且所述中空腔室与水冷管接通。

8.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，在所述石墨电极的内部设置有真空腔室。

9.根据权利要求1所述的单晶炉用供热装置，其特征在于，所述铜电极的第一凸起结构与所述石墨电极的第一凹槽之间为螺纹连接。

10.一种单晶炉用供热装置，所述单晶炉用供热装置设置在单晶炉底，其特征在于，所述单晶炉用供热装置包括：

铜电极、内衬和石墨电极；

所述石墨电极的一端设置有第二凹槽，所述铜电极的一端设置有与所述第二凹槽相匹配的第二凸起结构，所述铜电极的另一端与所述单晶炉底固定连接；

所述内衬设置在所述第二凹槽与所述第二凸起结构之间，所述内衬的材质为碳碳复合材料。