CN212451165U - 石英坩埚熔制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石英坩埚熔制装置，该石英坩埚熔制装置包括：熔制模具，其内腔底壁上设有定位孔；成型棒，可转动插设于所述定位孔内，所述成型棒用于将石英砂成型于所述熔制模具的内表面上；内衬件，设于所述定位孔与所述成型棒之间，用于所述成型棒相对所述熔制模具转动时对所述成型棒与定位孔之间进行摩擦隔离。该石英坩埚熔制装置，通过在熔制模具的内腔底壁上设有定位孔，成型棒的定位端与石英坩埚模具的定位孔之间设置有内衬结构件，有效降低了成型棒定位端与熔制模具的定位孔之间的摩擦损耗，减少了杂质污染的产生，避免了石英坩埚析晶情况的产生，从而大大提高了制得的石英坩埚的产品品质。

Description

石英坩埚熔制装置

技术领域

本实用新型涉及石英坩埚熔制技术领域，更具体地，涉及一种石英坩埚熔制装置。

背景技术

石英玻璃坩埚是拉制太阳能、半导体单晶硅棒的重要辅件。石英坩埚在采用电弧法工艺生产时，将高纯的石英砂原料倒入石墨模具或金属模具，通过成型棒将石英砂原料均匀的成型在模具的内表面，然后将模具送入熔融室内，通过石墨电极产生的电弧高温将石英砂熔化。

在石英坩埚成型过程中，成型棒与成型模具间的距离为石英砂料层的厚度，成型棒外边沿轮廓形状决定石英坩埚直壁的长度、R弧的形状尺寸。

石英坩埚模具包括石墨模具、或金属模具，石英坩埚模具内底面设置有定位孔，定位孔用于定位成型棒的定位端，使用中发现其存在如下问题：石英坩埚模具在转动过程中，定位孔与成型棒定位端相对运动产生摩擦损耗，会在坩埚熔制过程中引入杂质污染，容易导致石英坩埚产生析晶。

因此，亟待一种能够降低成型棒定位端与石英坩埚模具定位孔的摩擦损耗，从而提高石英坩埚生产质量的石英坩埚熔制装置的出现。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能够有效降低成型棒定位端与石英坩埚模具定位孔的摩擦损耗，从而大大提高石英坩埚生产质量的石英坩埚熔制装置，以解决现有技术中存在的问题。

根据本实用新型提供一种石英坩埚熔制装置，该石英坩埚熔制装置包括：

熔制模具，其内腔底壁上设有定位孔；

成型棒，可转动插设于所述定位孔内，所述成型棒用于将石英砂成型于所述熔制模具的内表面上；

内衬件，设于所述定位孔与所述成型棒之间，用于所述成型棒相对所述熔制模具转动时对所述成型棒与所述定位孔之间进行摩擦隔离。

优选地，所述成型棒上设有插接部，所述成型棒经其插接部插设于所述定位孔内。

优选地，所述内衬件与所述插接部的形状尺寸相匹配，所述内衬件套设于所述插接部上。

优选地，所述内衬件的形状尺寸与所述定位孔的形状尺寸相匹配，所述内衬件固定于所述定位孔内。

优选地，所述内衬件包括圆锥筒形结构，以及圆柱筒形结构。

优选地，所述内衬件的结构还包括所述圆锥筒形结构的变形结构；

所述圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除并形成密封底面，从而形成具有密封底面的锥台状的筒形结构；

以及

所述圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除形成开口，从而形成小端面具有开口的锥台状的筒形结构。

优选地，所述定位孔的结构为锥形腔体结构，所述锥台状的筒形结构嵌入所述锥形腔体结构中，所述锥台状的筒形结构的小端的端面与所述锥形腔体结构的尖端之间形成容纳腔，所述成型棒的端头伸入所述容纳腔内。

优选地，所述圆柱筒形结构包括第一圆柱筒形结构、第二圆柱筒形结构和第三圆柱筒形结构；其中，

所述第一圆柱筒形结构为在轴向方向上的一端开口，另一端具有球面部进行密封的结构；

所述第二圆柱筒形结构为在轴向方向上的两端均开口的圆柱筒形结构；

所述第三圆柱筒形结构为在轴向方向上的一端开口，另一端具有平整的密封底面的结构。

优选地，所述熔制模具的周壁上开设有多个真空孔，多个所述真空孔环绕所述熔制模具的轴线排布。

优选地，所述内衬件的制作材料包括陶瓷材料、碳碳复合材料、石墨材料中的至少其中一种。

有益效果：

本实用新型提供的石英坩埚熔制装置，通过在熔制模具的内腔底壁上设有定位孔，成型棒的定位端与石英坩埚模具的定位孔之间设置有内衬结构件，有效降低了成型棒定位端与熔制模具的定位孔之间的摩擦损耗，减少了杂质污染的产生，避免了石英坩埚析晶情况的产生，从而大大提高了制得的石英坩埚的产品品质。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了根据本实用新型实施例的石英坩埚熔制装置的立体结构示意图。

图2示出了根据本实用新型实施例的石英坩埚熔制装置的剖视图。

图3示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第一实施方式的结构示意图。

图4示出了图3中内衬件与定位孔配合关系的结构示意图(即，去掉插接部)。

图5示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第二实施方式的结构示意图。

图6示出了图5中内衬件与定位孔配合关系的结构示意图(即，去掉插接部)。

图7示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第三实施方式的结构示意图。

图8示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第四实施方式的结构示意图。

图9示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第五实施方式的结构示意图。

图10示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第六实施方式的结构示意图。

图11示出了内衬件、定位孔以及插接部三者之间配合关系的第七实施方式的结构示意图。

图12示出了利用本实用新型中的石英坩埚熔制装置生产石英坩埚的步骤流程图。

图中：熔制模具1、圆筒部11、弧面部12、定位孔121、真空孔13、成型棒2、弧形段21、直线段22、插接部23、夹持头24、内衬件3。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

如图1至图11所示，本实用新型提供一种石英坩埚熔制装置，该石英坩埚熔制装置包括熔制模具1、成型棒2和内衬件3。熔制模具1，其内腔底壁上设有定位孔121；成型棒2，可转动插设于所述定位孔121内，所述成型棒2用于将石英砂成型于所述熔制模具1的内表面上；内衬件3，设于所述定位孔121与所述成型棒2之间，用于所述成型棒2相对所述熔制模具1转动时对所述成型棒2与定位孔121之间进行摩擦隔离。

下面结合附图进行较为详细的说明。

参考图1至图2，熔制模具1包括圆筒部11，以及连接于圆筒部11底部的弧面部12，该熔制模具1的圆筒部11的上端开口形成加料口，用于向该熔制模具1内加入石英坩埚的制作材料，例如石英砂。定位孔121开设于熔制模具1的弧面部12上，并且设于熔制模具1的轴线上。

进一步地，熔制模具1的周壁上开设有多个真空孔13，真空孔13共设置多圈，即沿着熔制模具1的轴线方向排布多圈真空孔13，各圈真空孔13环绕所述熔制模具1的轴线排布。该实施例中，各圈真空孔13的间隔角度相同，形成均匀分布。

成型棒2的形状尺寸与熔制模具1的内腔相适配，具体地，成型棒2包括弧形段21和直线段22，直线段22的第一端上设有夹持头24，夹持头24朝向上方外伸出熔制模具1的进料口，夹持头24用于对成型棒2进行夹持固定，从而使得熔制坩埚能够相对成型棒2进行转动。直线段22的第二端与弧形段21的第二端连接，其中，插接部23设于弧形段21的第一端上，并且，插接头与直线段22平行设置。成型棒2的弧形段21与熔制模具1的弧面部12的内壁相适配，直线段22与圆筒部11的内壁相适配，整个的成型棒2与熔制模具1的内周壁之间间隔预设距离设置，当成型棒2旋转时，将石英砂成型于熔制模具1的内表面上，该预设距离即为成型棒2成型于熔制模具1上内周壁上的成型料的厚度。

所述成型棒2上设有插接部23，所述成型棒2经其插接部23插设于所述定位孔121内。插接部23与之直线段22平行设置，并且朝向相反的方向延伸。

内衬件3可为套状结构，所述内衬件3与所述插接部23的形状尺寸相匹配，所述内衬件3套设于所述插接部23上，插接部23插设于定位孔121中，内衬件3位于插接部23与定位孔121之间，从而起到摩擦隔离的作用；或者，所述内衬件3的形状尺寸与所述定位孔121的形状尺寸相匹配，所述内衬件3固定于所述定位孔121内，插接部23插设于定位孔121的内衬件3中，从而内衬件3位于插接部23与定位孔121之间，从而起到摩擦隔离的作用。

内衬件3与插接部23之间可有多种配合方式，下面具体对内衬件3与插接部23之间的配合方式进行详细介绍。其中，下面第一实施方式至第四实施方式首先介绍内衬件3为圆锥筒形结构以及变形的实施例。

图3示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第一实施方式的结构示意图。如图3所示，同时参考图4，该第一种实施方式中，内衬件3为圆锥筒形结构，沿着轴向的截面成“V”字形，插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，内衬件3位于定位孔121内并设于插接部23与定位孔121之间，如此结构，可使得成型棒2在相对熔制模具1转动过程中避免与熔制模具1的硬性摩擦，并且，该种结构设置，插接部23插入内衬件3中的位置较深，成型棒2在相对熔制模具1转动过程中具有较好的稳定性。

图5示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第二实施方式结构示意图。如图5所示，同时参考图6，该第二种实施方式中，内衬件3可视为圆锥筒形结构的变形结构，该圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的下部尖端处进行切除并形成密封底面，该密封底面为平面且垂直于内衬件3的轴线设置，密封底面为平板状，从而形成具有密封底面的锥台状的筒形结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，内衬件3位于定位孔121内并设于插接部23与定位孔121之间，插接部23的底面支撑于密封底面上，如此结构，可使得成型棒2在相对熔制模具1转动过程中避免与熔制模具1的硬性摩擦，并且，该种结构设置，插接部23的底部形成平面支撑，成型棒2在相对熔制模具1过程中具有较好的支撑性。

图7示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第三实施方式结构示意图。如图7所示，该第三种实施方式中，内衬件3可视为圆锥筒形结构的变形结构，该圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除形成开口，从而形成小端面具有开口的锥台状的筒形结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，定位孔121为锥台状结构，内衬件3的下端抵顶于定位孔121的底面上，插接部23为锥台状结构，内衬件3位于定位孔121内并设于插接部23与定位孔121之间，插接部23的锥台状结构经内衬件3支撑于定位孔121上，如此结构，可使得成型棒2在相对熔制模具1转动过程中避免与熔制模具1的硬性摩擦。作为优选实施方式，插接部23的底部端面与定位孔121的底面之间间隔预设距离设置，以防止成型棒2相对熔制模具1转动过程中插接部23的底部端面与定位孔121的底面之间的接触摩擦。

图8出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第四实施方式结构示意图。如图8所示，该第四种实施方式中，内衬件3可视为圆锥筒形结构的变形结构，该圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除形成开口，从而形成小端面具有开口的锥台状的筒形结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，插接部23为锥形结构，所述定位孔121的结构为锥形腔体结构，所述锥台状的筒形结构嵌入所述锥形腔体结构中，所述锥台状的筒形结构的小端的端面与所述锥形腔体结构的尖端之间形成容纳腔，所述成型棒2的端头伸入所述容纳腔内。如此结构，既使得成型棒2的插接部23能够较深的插入定位孔121中从而提高成型棒2相对熔制模具1转动时的稳定性，又避免了成型棒2在相对熔制模具1转动过程中与熔制模具1的硬性摩擦。

下面的第五实施方式至第七实施方式接着介绍内衬件3为圆柱筒形结构的实施例。在第五实施方式至第七实施方式中，所述圆柱筒形结构依次包括第一圆柱筒形结构、第二圆柱筒形结构和第三圆柱筒形结构。

图9示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第五实施方式结构示意图。如图9所示，该第五种实施方式中，内衬件3为第一圆柱筒形结构，所述第一圆柱筒形结构为在轴向方向上的上端开口，下端具有球面部进行密封的结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，插接部23为具有球头的柱状结构，插接部23插设于内衬套中，其球头部分支撑于内衬套的球面部上如此结构，使得插接部23与内衬件3的有效接触面积较大，并且能够实现插接部23与内衬件3之间的光滑过渡接触，在成型棒2相对熔制模具1转动过程中具有较好的稳定性，避免了成型棒2在转动过程中与熔制模具1的硬性摩擦，同时提高了内衬件3的使用寿命。

图10示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第六实施方式结构示意图。如图10所示，该第六种实施方式中，内衬件3为第三圆柱筒形结构，第三圆柱筒形结构为在轴向方向上的一端开口，另一端具有平整的密封底面的结构，密封底面为平板状结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，插接部23为柱状结构，插接部23插设于内衬套中，插接部23的下端面支撑于内衬件3的密封底面上，避免了与定位孔121的直接接触，在成型棒2相对熔制模具1转动过程中，具有较好的稳定性，避免了成型棒2在相对熔制模具1转动过程中与熔制模具1的硬性摩擦。

图11示出了内衬件3、定位孔121以及插接部23三者之间配合关系的第七实施方式结构示意图。如图11所示，该第七种实施方式中，内衬件3为第二圆柱筒形结构，所述第二圆柱筒形结构为在轴向方向上的两端均开口的圆柱筒形结构。插接部23以及定位孔121为与内衬件3相匹配的结构，插接部23为柱状结构，定位孔121也为柱状腔体结构，插接部23插设于内衬套中，插接部23的下端面穿出内衬套的下端开口，在成型棒2相对熔制模具1转动过程中，稳定性更好，避免了成型棒2在转动过程中与定位孔121侧壁的硬性摩擦。

该实施例中，所述内衬件3的制作材料包括陶瓷材料、碳碳复合材料、石墨材料中的至少其中一种。

图12示出了利用本实用新型中的石英坩埚熔制装置生产石英坩埚的步骤流程图。如图12所示，该实施例中的石英坩埚熔制装置可应用于采用电弧高温熔融法生产石英坩埚，其使用方法具体可参考如下步骤：

1、将高纯的石英砂原料自熔制模具1的加料口加入熔制模具1中；

2、驱动熔制模具1转动，熔制模具1在转动过程中产生离心力，在成型棒2的作用下，将石英砂原料均匀的成型在熔制模具1的内表面；

3、将石英坩埚熔制装置整个送入熔融室内，通过石墨电极产生的电弧高温将石英砂熔化。

经过上述步骤便可制得石英坩埚。

本申请中的石英坩埚熔制装置，通过在熔制模具1的内腔底壁上设有定位孔121，成型棒2的定位端与石英坩埚模具的定位孔121之间设置有内衬结构件，有效降低了成型棒2定位端与熔制模具1的定位孔121之间的摩擦损耗，减少了杂质污染的产生，避免了石英坩埚析晶情况的产生，从而大大提高了制得的石英坩埚的产品品质。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种石英坩埚熔制装置，其特征在于，包括：

熔制模具，其内腔底壁上设有定位孔；

成型棒，可转动插设于所述定位孔内，所述成型棒用于将石英砂成型于所述熔制模具的内表面上；

内衬件，设于所述定位孔与所述成型棒之间，用于所述成型棒相对所述熔制模具转动时对所述成型棒与所述定位孔之间进行摩擦隔离。

2.根据权利要求1所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述成型棒上设有插接部，所述成型棒经其插接部插设于所述定位孔内。

3.根据权利要求2所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述内衬件与所述插接部的形状尺寸相匹配，所述内衬件套设于所述插接部上。

4.根据权利要求1或2所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述内衬件的形状尺寸与所述定位孔的形状尺寸相匹配，所述内衬件固定于所述定位孔内。

5.根据权利要求1或2或3所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述内衬件包括圆锥筒形结构，以及圆柱筒形结构。

6.根据权利要求5所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述内衬件的结构还包括所述圆锥筒形结构的变形结构；

所述圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除并形成密封底面，从而形成具有密封底面的锥台状的筒形结构；

以及

所述圆锥筒形结构的变形结构为在圆锥筒形结构的尖端处进行切除形成开口，从而形成小端面具有开口的锥台状的筒形结构。

7.根据权利要求6所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述定位孔的结构为锥形腔体结构，所述锥台状的筒形结构嵌入所述锥形腔体结构中，所述锥台状的筒形结构的小端的端面与所述锥形腔体结构的尖端之间形成容纳腔，所述成型棒的端头伸入所述容纳腔内。

8.根据权利要求5所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，

所述圆柱筒形结构包括第一圆柱筒形结构、第二圆柱筒形结构和第三圆柱筒形结构；其中，

所述第一圆柱筒形结构为在轴向方向上的一端开口，另一端具有球面部进行密封的结构；

所述第二圆柱筒形结构为在轴向方向上的两端均开口的圆柱筒形结构；

所述第三圆柱筒形结构为在轴向方向上的一端开口，另一端具有平整的密封底面的结构。

9.根据权利要求1所述的石英坩埚熔制装置，其特征在于，所述熔制模具的周壁上开设有多个真空孔，多个所述真空孔环绕所述熔制模具的轴线排布。

Images