CN216074090U - 一种夹头及上提拉机构、单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种夹头及上提拉机构、单晶炉，涉及光伏技术领域，以解决垂直提拉时籽晶断裂引起的单晶硅棒掉落现象。所述夹头包括：夹持本体以及位于夹持本体内部的夹持孔；夹持本体具有相对的第一端和第二端；自夹持本体的第一端向第二端开设形成夹持孔；夹持孔至少包括：与籽晶分别对应设置的第一孔段和第二孔段，第一孔段与第二孔段同轴；第一孔段靠近第二端，与籽晶相应位置贴合，第一孔段的直径自第二端向第一端逐渐减小；第二孔段靠近第一端，与籽晶相应位置贴合，第二孔段的直径自第二端向第一端逐渐减小。所述籽晶适用于上述技术方案所提的夹头。所述单晶炉包括上述技术方案所提的夹头。本实用新型提供的夹头用于夹持籽晶。

Description

一种夹头及上提拉机构、单晶炉

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种夹头及上提拉机构、单晶炉。

背景技术

直拉法是大规模生产单晶硅棒的一种常用方法，主要设备为单晶炉。

目前，单晶炉提拉单晶硅棒时，需要由籽晶作为引体，由夹头卡住籽晶并承重拉制出来单晶硅棒。在拉晶过程中，由于现有的夹头的设计问题，籽晶和夹头只有一个接触面，当籽晶质量不佳以及夹头与籽晶的接触面处可能会存有异物、产生破损或尺寸异常时，籽晶容易在和夹头的接触面处发生断裂，并且一旦断裂，籽晶会由于无防护手段直接掉落，对生产造成损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种夹头及上提拉机构、单晶炉，用于解决垂直提拉时籽晶断裂引起的单晶硅棒掉落现象。

第一方面，本实用新型提供一种夹头，用于夹持籽晶。夹头包括：夹持本体以及位于夹持本体内部的夹持孔。其中，夹持本体具有相对的第一端和第二端。自夹持本体的第一端向第二端开设形成夹持孔。夹持孔至少包括：与籽晶分别对应设置的第一孔段和第二孔段。第一孔段与第二孔段同轴。第一孔段靠近第二端。第一孔段与籽晶相应位置贴合。第一孔段的直径自第二端向第一端逐渐减小。第二孔段靠近第一端。第二孔段与籽晶相应位置贴合。第二孔段的直径自第二端向第一端逐渐减小。

采用上述技术方案的情况下，夹持孔用来容纳籽晶，夹持孔中的第一孔段和第二孔段同轴设置，且第一孔段和第二孔段的直径都由第二端向第一端逐渐缩小，相应的，籽晶的一端也具有与第一孔段和第二孔段相对应的两个倾斜面。在夹头夹持籽晶的过程中，当拉制晶棒的过程正常进行时，第一孔段和籽晶紧密贴合，第二孔段和籽晶不接触，此时第一孔段通过与籽晶的贴合面实现对籽晶的支撑作用，进而实现夹头的夹持作用。当籽晶在与第一孔段的接触面处发生断裂时，由于单晶硅为脆性材料，发生断裂后断裂面处的原子偏离平衡位置，断裂面结构发生改变，且产生微裂纹导致硬度有所降低，断裂面松散甚至产生掉屑，导致籽晶断裂处的直径相较完整时略有减小；且籽晶与第一孔段的接触面面积减小，此时第一孔段对籽晶的支撑作用减弱，籽晶下部因支撑力不足很有可能掉落。当籽晶从第一孔段处掉落时，由于第一孔段的锥角α₁和第二孔段的锥角α₂相等，断裂的籽晶会与第二孔段紧密贴合，第二孔段通过与籽晶的贴合面实现对籽晶的再次支撑作用，使得籽晶在断裂后被第二孔段支撑住，不会从夹头中脱落，进而避免因籽晶断裂后脱落引起的晶棒掉埚事故的发生，减少了不必要的损失。

在一种可能的实现方式中，第二孔段的最大直径等于第一孔段的最小直径；或，第二孔段的最大直径大于第一孔段的最小直径。

在一种可能的实现方式中，第一孔段的锥角为α₁，第二孔段的锥角为α₂。当第二孔段的最大直径大于或等于第一孔段的最小直径时，α₁≥α₂。20°≤α₁≤30°，20°≤α₂≤30°。

在一种可能的实现方式中，夹持孔还包括过渡孔段。过渡孔段同轴连接第一孔段和第二孔段。过渡孔用于承接第一孔段和第二孔段，并将原先的一个接触面分开变成两个接触面，使得籽晶在发生断裂后可以通过过渡孔段从第一孔段掉落至第二孔段，不至于断裂后直接从夹头中脱落。

在一种可能的实现方式中，第二孔段的最大直径等于第一孔段的最小直径。过渡孔段为等径过渡孔段。过渡孔段的直径等于第一孔段的最小直径以及第二孔段的最大直径。当过度孔段为等径过渡孔段时，由于第一孔段和第二孔段的直径都由第二端向第一端逐渐缩小，所以第一孔段的最小直径等于第二孔段的最大直径，第二孔段其他位置的直径都小于第一孔段的最小直径，使得籽晶在从第一孔段处掉落后可以立即被第二孔段支撑住。

在一种可能的实现方式中，第一孔段的母线长度为H₁。第二孔段的母线长度为H₂。9mm≤H₁≤12mm，9mm≤H₂≤12mm。

在一种可能的实现方式中，夹持孔还包括引出孔段。引出孔段同轴连接第二孔段。引出孔段用于容纳籽晶直径逐渐缩小至不发生变化的部分及直径不变的部分，引出孔段不与籽晶发生接触。

在一种可能的实现方式中，夹持孔还包括用于与重锤连接的连接孔段以及位于连接孔段和第一孔段之间的透气结构。透气结构包括透气腔以及至少一个连通透气腔和外界的延伸孔。透气腔连通连接孔段和第一孔段。连接孔段一端与外界相连，可以用于在放置籽晶时方便籽晶从连接孔进入夹头内部。连接孔还可以在籽晶与夹头配合好后与重锤相连接，便于后续拉晶的正常进行。透气结构中的延伸孔和透气腔将外界与夹头连通，可以加快籽晶与夹头接触部分的散热速度。

第二方面，本实用新型还提供一种上提拉机构，上提拉机构包括夹头以及与夹头相配合的籽晶。夹头为第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的夹头。籽晶的一端具有第一环面和第二环面，第一环面与第一孔段相配合，第二环面与第二孔段相配合。

与现有技术相比，本实用新型提供的上提拉机构的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的夹头的有益效果相同，此处不做赘述。

第三方面，本实用新型还提供一种单晶炉，包括第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的夹头。

与现有技术相比，本实用新型提供的单晶炉的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的夹头的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中夹头和籽晶配合的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的夹头的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第二种夹头的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第三种夹头的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第四种夹头的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的上提拉机构的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的籽晶的示意图。

附图标记：

1-夹头， 2-籽晶，

10-夹持本体， 100-第一端，

101-第二端， 11-夹持孔，

110-第一孔段， 111-第二孔段，

112-过渡孔段， 113-引出孔段，

1130-第一引出孔段， 1131-第二引出孔段，

114-连接孔段， 115-透气结构，

1150-透气腔， 1151-延伸孔，

1140-第一连接孔， 1141-第二连接孔段，

1142-第三连接孔段， 20-第一环面，

21-第二环面， 116-第三孔段。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

随着世界经济的不断发展，现代化建设对高效能源需求不断增长。光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅片作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求。

图1示例出了现有技术中夹头和籽晶配合的示意图。

目前的单晶炉直拉单晶硅棒时，需要由籽晶作为引体，由石墨夹头卡住籽晶并承重拉制出来的单晶硅棒。在拉制晶棒过程中，籽晶与拉制出来的单晶硅棒为一体，石墨夹头与单晶炉钨丝绳为一体。晶棒掉落基本为籽晶与石墨夹头接触面的部分断裂引起的，因此籽晶与石墨夹头的接触面是晶棒安全拉制的关键。如图1所示，目前籽晶和石墨夹头只有一个接触面，接触面为单一斜面，拉制晶棒过程中籽晶与晶棒是一体结构，籽晶在接触面受力断裂后下半部分与晶棒有很大几率直接掉落；总结来看，目前籽晶和石墨夹头结构存在设计缺陷，籽晶容易在断裂发生时掉落造成晶棒掉埚，并且无有效防护手段，直接引起安全事故及经济损失。

图2示例出了本实用新型实施例提供的夹头的示意图。

针对上述问题，如图2所示，本实用新型实施例提供一种夹头1，用于夹持籽晶2。夹头1包括：夹持本体10以及位于夹持本体10内部的夹持孔11。其中，夹持本体10具有相对的第一端100和第二端101。自夹持本体10的第一端100向第二端101开设形成夹持孔11。夹持孔11至少包括：与籽晶2分别对应设置的第一孔段110和第二孔段111。第一孔段110与第二孔段111同轴。第一孔段110靠近第二端101。第一孔段110与籽晶2的相应位置贴合。第一孔段110的直径自第二端101向第一端100逐渐减小。第二孔段111靠近第一端100。第二孔段111与籽晶2的相应位置贴合。第二孔段111的直径自第二端101向第一端100逐渐减小。

具体实施时，如图2所示，当籽晶2未发生断裂时，籽晶2与第一孔段110紧密贴合，受到支撑力。当籽晶2与第一孔段110接触的位置发生断裂后，籽晶2从第一孔段110掉落至第二孔段111，与第二孔段111紧密贴合，受到第二孔段111的支撑力。

通过上述夹头1的结构和具体实施过程可知，夹持孔11用来容纳籽晶2，夹持孔11中的第一孔段110和第二孔段111同轴设置，且第一孔段110和第二孔段111的直径都由第二端101向第一端100逐渐缩小，相应的，籽晶2的一端也具有与第一孔段110和第二孔段111相对应的两个倾斜面。在夹头1夹持籽晶2的过程中，当拉制晶棒的过程正常进行时，第一孔段110和籽晶2紧密贴合，第二孔段111和籽晶2不接触，此时第一孔段110通过与籽晶2的贴合面实现对籽晶2的支撑作用，进而实现夹头1的夹持作用。当籽晶2在与第一孔段110的接触面处发生断裂时，由于单晶硅为脆性材料，发生断裂后断裂面处的原子偏离平衡位置，断裂面结构发生改变，且产生微裂纹导致硬度有所降低，断裂面松散甚至产生掉屑，导致籽晶2断裂处的直径相较完整时略有减小；且籽晶2与第一孔段110的接触面面积减小，此时第一孔段110对籽晶2的支撑作用减弱，籽晶2下部因支撑力不足很有可能掉落。当籽晶2从第一孔段110处掉落时，断裂的籽晶会与第二孔段111相接触，第二孔段111对籽晶2实现二次支撑，使得籽晶2在断裂后被第二孔段111支撑住，不会从夹头1中脱落，进而避免因籽晶2断裂后脱落引起的晶棒掉埚事故的发生，减少了不必要的损失。

作为一种可能的实现方式，第二孔段111的最大直径等于第一孔段110的最小直径；或，第二孔段111的最大直径大于第一孔段110的最小直径。

在一些示例中，第一孔段110的锥角为α₁，第二孔段111的锥角为α₂。当第二孔段111的最大直径大于或等于第一孔段110的最小直径时，α₁≥α₂。

示例性的，如图2所示，当第二孔段111的最大直径等于第一孔段110的最小直径，且α₁＝α₂时，由于第一孔段110的锥角α₁和第二孔段111的锥角α₂相等，断裂的籽晶2会与第二孔段111紧密贴合，第二孔段111通过与籽晶2的贴合面实现对籽晶2的再次支撑作用，使得籽晶2在断裂后被第二孔段111支撑住，不会从夹头1中脱落，进而避免因籽晶2断裂后脱落引起的晶棒掉埚事故的发生，减少了不必要的损失。

例如，如图2所示，α₁＝α₂＝20°。

图3示例出了本实用新型实施例提供的第二种夹头的示意图。

示例性的，如图3所示，当第二孔段111的最大直径等于第一孔段110的最小直径，且α₁＞α₂时，具体实施时，当籽晶2未发生断裂时，籽晶2与第一孔段110紧密贴合，受到支撑力。当籽晶2与第一孔段110接触的位置发生断裂后，籽晶2从第一孔段110掉落至第二孔段111，被第二孔段111支撑。

图4示例出了本实用新型实施例提供的第三种夹头的示意图。

示例性的，如图4所示，当第二孔段111的最大直径等于第一孔段110的最小直径，且α₁＝α₂，第一孔段110与第二孔段111连接在一起形成第三孔段116时，第三孔段116靠近夹头1的第一端100的一端向内收缩形成平台，使得籽晶2在断裂后可以被平台支撑，避免了发生籽晶2掉埚的事故。

作为一种可能的实现方式，如图2所示，夹持孔11还包括过渡孔段112。过渡孔段112同轴连接第一孔段110和第二孔段111。过渡孔用于承接第一孔段110和第二孔段111，并将原先的一个接触面分开变成两个接触面，使得籽晶2在发生断裂后可以通过过渡孔段112从第一孔段110掉落至第二孔段111，不至于断裂后直接从夹头1中脱落。

在一些示例中，如图2所示，当第二孔段111的最大直径等于第一孔段110的最小直径时，过渡孔段112为等径过渡孔段112。过渡孔段112的直径等于第一孔段110的最小直径以及第二孔段111的最大直径。当过度孔段为等径过渡孔段112时，由于第一孔段110和第二孔段111的直径都随着籽晶2的相应部分由第二端101向第一端100逐渐缩小，所以第一孔段110的最小直径等于第二孔段111的最大直径，第二孔段111其他位置的直径都小于第一孔段110的最小直径，使得籽晶2在从第一孔段110处掉落后可以立即被第二孔段111支撑住。

图5为本实用新型实施例提供的第四种夹头的示意图。

在一些示例中，如图5所示，当第二孔段111的最大直径大于第一孔段110的最小直径，且α₁≥α₂时，过渡孔段112为锥台状过渡孔段112。此时第二孔段111的母线长度可以适当延长，避免断裂的籽晶2直接掉落出夹头1。

作为一种可能的实现方式，如图2所示，第一孔段110的母线长度为H₁。第二孔段111的母线长度为H₂。

在一些示例中，9mm≤H₁≤12mm，9mm≤H₂≤12mm。

示例性的，H₁＝H₂＝10mm。

作为一种可能的实现方式，如图2～图5所示，夹持孔11还包括引出孔段113。引出孔段113同轴连接第二孔段111。引出孔段113用于容纳籽晶2直径逐渐缩小至不发生变化的部分及直径不变的部分，引出孔段113不与籽晶2发生接触。

在一些示例中，如图2～图5所示，引出孔段113可以包括第一引出孔段1130和第二引出孔段1131，第一引出孔段1130与第二引出孔段1131均为等径引出孔段，第一引出孔段1130的直径大于第二引出孔段1131的直径。其中，第一引出孔段1130可以用于容纳籽晶2逐渐缩小至不发生变化的部分，第二引出孔段1131可以用于容纳籽晶2直径不变的部分。

作为一种可能的实现方式，如图2～图5所示，夹持孔11还包括用于与重锤连接的连接孔段114以及位于连接孔段114和第一孔段110之间的透气结构115。透气结构115包括透气腔1150以及至少一个连通透气腔1150和外界的延伸孔1151。透气腔1150连通连接孔段114和第一孔段110。连接孔段114一端与外界相连，可以用于在放置籽晶2时方便籽晶2从连接孔进入夹头1内部。连接孔还可以在籽晶2与夹头1配合好后与重锤相连接，便于后续拉晶的正常进行。透气结构115中的延伸孔1151和透气腔1150将外界与夹头1连通，可以加快籽晶2与夹头1接触部分的散热速度。

在一些示例中，如图2～图5所示，透气结构115包括透气腔1150以及两个连通透气腔1150和外界的延伸孔1151。

在一些示例中，如图2～图5所示，连接孔段114包括依次连通的第一连接孔1140、第二连接孔段1141和第三连接孔段1142，其中，第一连接孔1140为锥台状连接孔，第二连接孔段1141和第三连接孔段1142均为等径连接孔段。第一连接孔1140一端与夹持孔11的第二端101相连，第一连接孔1140的直径由第二端101向第一端100逐渐缩小，第二连接孔段1141的直径与第一连接孔1140的最小直径相同，第三连接孔段1142的直径小于第二连接孔段1141的直径。

图6示例出了本实用新型实施例提供的上提拉机构的示意图。

图7示例出了本实用新型实施例提供的籽晶的示意图。

如图6所示，本实用新型实施例还提供一种上提拉机构，上提拉机构包括夹头以及与夹头相配合的籽晶2，该夹头为上述实施例提供的夹头1。如图7所示，籽晶2的一端具有第一环面20和第二环面21。第一环面20与第一孔段110相配合，第二环面21与第二孔段111相配合。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的上提拉机构的有益效果与上述夹头1的有益效果相同，此处不做赘述。

本实用新型实施例还提供一种单晶炉，包括上述夹头1。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的单晶炉的有益效果与上述夹头1的有益效果相同，此处不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种夹头，其特征在于，用于夹持籽晶，所述夹头包括：夹持本体以及位于所述夹持本体内部的夹持孔；其中，

所述夹持本体具有相对的第一端和第二端；自所述夹持本体的第一端向第二端开设形成所述夹持孔；所述夹持孔至少包括：与所述籽晶分别对应设置的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段与所述第二孔段同轴；

所述第一孔段靠近所述第二端，所述第一孔段与所述籽晶相应位置贴合，所述第一孔段的直径自所述第二端向所述第一端逐渐减小；

所述第二孔段靠近所述第一端，所述第二孔段与所述籽晶相应位置贴合，所述第二孔段的直径自所述第二端向所述第一端逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，所述第二孔段的最大直径等于所述第一孔段的最小直径；或，

所述第二孔段的最大直径大于所述第一孔段的最小直径。

3.根据权利要求2所述的夹头，其特征在于，所述第一孔段的锥角为α₁，所述第二孔段的锥角为α₂，当所述第二孔段的最大直径大于或等于所述第一孔段的最小直径时，α₁≥α₂；20°≤α₁≤30°，20°≤α₂≤30°。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的夹头，其特征在于，所述夹持孔还包括过渡孔段，所述过渡孔段同轴连接所述第一孔段和所述第二孔段。

5.根据权利要求4所述的夹头，其特征在于，所述第二孔段的最大直径等于所述第一孔段的最小直径；

所述过渡孔段为等径过渡孔段，所述过渡孔段的直径等于所述第一孔段的最小直径以及所述第二孔段的最大直径。

6.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，所述第一孔段的母线长度为H₁，所述第二孔段的母线长度为H₂，9mm≤H₁≤12mm，9mm≤H₂≤12mm。

7.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，所述夹持孔还包括引出孔段，所述引出孔段同轴连接所述第二孔段。

8.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，所述夹持孔还包括连接孔段以及位于所述连接孔段和所述第一孔段之间的透气结构，所述连接孔段与位于所述夹头上方的重锤连接，所述透气结构包括透气腔以及至少一个连通所述透气腔和外界的延伸孔，所述透气腔连通所述连接孔段和所述第一孔段。

9.一种上提拉机构，其特征在于，所述上提拉机构包括夹头以及与所述夹头相配合的籽晶；所述夹头为权利要求1～8任一项所述的夹头；所述籽晶的一端具有第一环面和第二环面，所述第一环面与所述第一孔段相配合，所述第二环面与所述第二孔段相配合。

10.一种单晶炉，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的夹头。

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