CN216472844U - 一种坩埚模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种坩埚模具，涉及光伏技术领域，以解决坩埚模具的使用寿命短，石英坩埚的制作成本高的问题。所述坩埚模具包括外模和内衬。上述外模具有型腔，内衬设置在型腔的内壁，内衬的热导率小于外模的热导率。将本实用新型提供的坩埚模具应用于制作石英坩埚时，上述内衬可以阻挡热量通过外模传导出去。基于此，一方面，可以减少坩埚模具内热量的损失，以确保坩埚模具内的温度、热量满足制作石英坩埚的要求，提高石英坩埚的制作效率。另一方面，还可以降低外模的温度，防止在石英坩埚制作过程中外模型腔的温度过高，以减少或避免外模在冷热交替环境下出现热疲劳的问题，进而延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。

Description

一种坩埚模具

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种坩埚模具。

背景技术

石英坩埚是拉制太阳能、半导体单晶硅棒的重要辅件。目前，石英坩埚熔制需要将石英砂通过离心法预制于坩埚模具内壁，之后通过电弧高温对石英砂进行熔制，以得到石英坩埚。

现有技术中，在熔制石英砂时，坩埚模具内衬需要承受800℃以上的温度。当一次石英坩埚制作完成后，进行下一次石英坩埚制作之前，需要将坩埚模具内的温度冷却到200℃以下。此时，上述反复冷热交替会导致坩埚模具出现热疲劳，进而导致坩埚模具开裂或变形。基于此，导致坩埚模具的使用寿命缩短，石英坩埚的制作成本增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种坩埚模具，用于延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种坩埚模具。该坩埚模具包括外模和内衬。上述外模具有型腔，内衬设置在型腔的内壁，用于将石英砂预制于坩埚模具内壁。在石英砂快速升温、熔融的过程中，内衬的热导率小于外模的热导率。

与现有技术相比，将本实用新型提供的坩埚模具应用于制作石英坩埚时，由于内衬设置在型腔的内壁，并且内衬的热导率小于外模的热导率。此时，内衬可以阻挡热量通过外模传导出去。基于此，一方面，可以减少坩埚模具内热量的损失，以确保坩埚模具内的温度、热量满足制作石英坩埚的要求，进而使制作石英坩埚的原材料快速升温、熔融，以提高石英坩埚的制作效率。另一方面，还可以降低外模的温度，防止在石英坩埚制作过程中外模型腔的温度过高，以减少或避免外模在冷热交替环境下出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模开裂或变形。基于此，可以延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。

在一种实现方式中，上述内衬至少覆盖内壁靠近型腔所具有的开口的区域。

采用上述技术方案的情况下，由于在制作石英坩埚的过程中，外模的上半部分为热应力的薄弱部位。因此，需要将内衬至少覆盖在内壁的上半部分(即内壁靠近型腔所具有的开口的区域)。基于此，不仅可以减少或避免外模出现热疲劳的问题，延长外模的使用寿命，同时还可以降低坩埚模具的用料成本和安装难度。

在一种实现方式中，上述外模包括筒体和筒底。筒体具有相对的第一端和第二端，筒体自第一端和第二端贯通。筒底盖设在第一端，由筒体和筒底形成型腔。

采用上述技术方案的情况下，在实际使用过程中，可以将制作石英坩埚的原材料通过筒体的第二端放置在坩埚模具中，简单方便。

作为一种示例，内衬覆盖筒体和筒底。

采用上述技术方案的情况下，内衬不仅可以全面阻挡坩埚模具中的热量流失，即内衬可以避免热量从外模的任意位置传导出去，使坩埚模具内的温度、热量的损失降到最小。同时，内衬还可以全面保护外模，减少或避免外模的任意位置出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模开裂或变形，以延长坩埚模具的使用寿命。

作为一种示例，内衬覆盖筒体的全部。

采用上述技术方案的情况下，内衬不仅可以在一定程度上减少热量的流失，同时还可以确保外模热应力的薄弱部位的安全，延长外模的使用寿命。

作为一种示例，内衬覆盖第二端至筒体高度的1/2之间的区域。

采用上述技术方案的情况下，将内衬覆盖在外模热应力的薄弱部位，不仅可以减少或避免外模出现热疲劳的问题，延长外模的使用寿命，同时还可以降低坩埚模具的用料成本和安装难度。

综上，根据上述内衬覆盖型腔时的三种位置，工作人员可以根据实际需要进行设置，增加了选择性。基于此，不仅有利于该坩埚模具的推广使用，同时还有利于适应不同的应用场景。

在一种实现方式中，上述筒底为球面筒底，球面筒底与第一端的连接处具有第一过渡弧面。在内衬覆盖筒体和筒底的情况下，内衬在球面筒底与第一端的连接处具有第二过渡弧面。

采用上述技术方案的情况下，当筒底为球面筒底时，第一过渡弧面不仅可以确保外模的形状符合实际需要，同时还可以使球面筒底和筒体的第一端连接自然、紧密，以提高外模的质量和使用寿命。同理，在内衬覆盖筒体和筒底的情况下，内衬在球面筒底与第一端的连接处具有第二过渡弧面。上述第二过渡弧面不仅可以确保内衬的形状符合实际需要，同时还可以使内衬的过渡段连接自然、紧密，以提高内衬的质量和使用寿命。进一步地，由前文描述可知，内衬与筒体、筒底完全贴合。此时，可以避免制作石英坩埚过程中的热量，通过内衬未与型腔接触的地方传导出去，即可以减少坩埚模具内热量的损失。此外，还可以减少或避免内衬未与型腔接触的地方出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模开裂或变形，延长坩埚模具的使用寿命。

在一种实现方式中，上述内衬所具有的顶面与筒体所具有的第二端齐平。

采用上述技术方案的情况下，可以降低内衬的制作成本。在制作内衬时，只要保证内衬覆盖筒体中的区域满足需要即可。

在一种实现方式中，在内衬覆盖第二端至筒体高度的1/2之间区域的情况下，坩埚模具所具有的内衬覆盖区域的厚度与内衬未覆盖区域的厚度相等。

采用上述技术方案的情况下，可以保证坩埚模具中与制作石英坩埚的原材料接触的地方(即内衬的内壁以及型腔内壁的部分区域)过渡连续、自然，以确保利用上述坩埚模具制作的石英坩埚的外表面形状符合实际需要。

在一种实现方式中，上述筒体的第二端处设置有法兰沿。坩埚模具还包括紧固件，紧固件设置在内衬所具有的顶面上，并与法兰沿紧固连接。紧固件用于使内衬紧固在型腔的内壁上。

采用上述技术方案的情况下，可以防止坩埚模具在实际使用过程中，内衬从型腔中脱出，进而确保内衬与外模连接的紧密性，确保坩埚模具的质量，以及延长坩埚模具的使用寿命。

在一种实现方式中，上述内衬的熔融温度大于或等于1000℃。

采用上述技术方案的情况下，当内衬的熔融温度大于或等于1000℃时，内衬可以承受800℃以上的温度。由于在实际使用过程中，制作石英坩埚时需要内衬承载的温度通常在800℃左右。基于此，可以避免内衬在实际使用过程中出现开裂或变形的问题，以确保内衬的稳定性和安全性，进而延长坩埚模具的使用寿命。

在一种实现方式中，内衬的耐压强度大于或等于0.5MPa。

采用上述技术方案的情况下，当内衬的耐压强度大于或等于0.5MPa时，内衬具有一定的耐压强度。即，在一定的温度下，内衬单位面积上可以承受的最小的压力为0.5MPa。此时，可以进一步提高内衬的稳定性和安全性，延长坩埚模具的使用寿命。

在一种实现方式中，内衬的热导率为K₁，外模的热导率为K₂，K₁≤0.5K₂。

采用上述技术方案的情况下，当内衬的热导率为K₁，外模的热导率为K₂， K₁≤0.5K₂时，内衬可以更好的阻挡热量通过外模传导出去。基于此，不仅更有利于减少坩埚模具内热量的损失，提高石英坩埚的制作效率。同时，还更有利于降低外模的温度，以减少或避免外模出现热疲劳的问题，进而延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。

在一种实现方式中，上述内衬为无机纤维内衬、耐火内衬或陶瓷内衬中的任意一种。外模为铸铁外模、铸钢外模、无机纤维外模、耐火外模或复合陶瓷外模中的任意一种。

采用上述技术方案的情况下，上述内衬和外模制作材料的熔融温度均大于或等于1000℃，此时，可以有效的确保内衬和外模的稳定性和安全性，进而确保坩埚模具的稳定性和安全性，延长坩埚模具的使用寿命。此外，上述内衬和外模的制作材料易于获得，可以降低内衬和外模的制作难度。

进一步地，当外模采用和内衬相同的材料制成时，内衬和外模均可以阻挡热量向外传导。基于此，第一方面，更有利于减少坩埚模具内热量的损失，提高石英坩埚的制作效率。第二方面，更有利于降低外模的温度，以减少或避免外模出现热疲劳的问题，进而延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。第三方面，上述采用相同材料制作的内衬和外模可以同时制作完成，即坩埚模具为一体成型结构，以降低坩埚模具的制作难度和组装难度，节省制作时间和组装时间。

在一种实现方式中，上述无机纤维内衬包括硅酸铝纤维内衬、氧化铝纤维内衬或玄武岩纤维内衬中的任意一种。

在内衬为硅酸铝纤维内衬，以及外模为铸铁外模或铸钢外模时，内衬的厚度为d1，30mm≤d1≤40mm。

采用上述技术方案的情况下，由于硅酸铝纤维内衬厚度d1的范围为30mm 至40mm。此时，一方面，可以避免外模的温度大于或等于300℃，进而避免外模产生较大的热膨胀。应理解，当外模的温度大于或等于300℃时，上述硅酸铝纤维内衬形变较小(即热膨胀较小)。基于此，可以避免硅酸铝纤维内衬与外模之间出现间隙或者可以避免硅酸铝纤维内衬脱离外模，进而可以避免外模出现热疲劳的问题或者可以确保坩埚模具正常使用，延长坩埚模具的使用寿命。另一方面，将硅酸铝纤维内衬厚度d1的范围选定在30mm至40mm之间，既可以确保外模的温度较低，同时还可以避免硅酸铝纤维内衬厚度冗余，以降低硅酸铝纤维内衬的成本，进而降低坩埚模具的用料成本。

在内衬为陶瓷内衬，以及外模为铸铁外模或铸钢外模时，内衬的厚度为d2， 40mm≤d2≤45mm。

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为本实用新型实施例中坩埚模具的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中坩埚模具的剖视图。

附图标记：

1-外模， 10-型腔， 11-筒体，

12-筒底， 13-第一过渡弧面， 14-法兰沿，

2-内衬， 3-紧固件。

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。

石英坩埚是拉制太阳能、半导体单晶硅棒的重要辅件。目前，石英坩埚熔制需要将石英砂通过离心法预制于坩埚模具内壁，之后通过电弧高温对石英砂进行熔制，以得到石英坩埚。

现有技术中，在熔制石英砂时，坩埚模具内衬需要承受800℃以上的温度。当一次石英坩埚制作完成后，进行下一次石英坩埚制作之前，需要将坩埚模具内的温度冷却到200℃以下。此时，上述反复冷热交替会导致坩埚模具出现热疲劳，进而导致坩埚模具开裂或变形。基于此，导致坩埚模具的使用寿命缩短，石英坩埚的制作成本增加。

此外，现有技术中的坩埚模具的材料一般为球墨铸铁，该材料的导热系数较高。此时，会导致石英砂在熔制过程中，较多的热量通过球墨铸铁传导到坩埚模具的外壁，之后被坩埚模具外侧的水冷套带走，进而导致坩埚模具内的石英砂升温慢、熔融慢，消耗的电量多，降低石英坩埚的生产效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种坩埚模具。上述坩埚模具可以用于制作石英坩埚，当然也可以用于制作其他器件。下面以石英坩埚为例进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。

参见图1和图2，该坩埚模具包括外模1和内衬2。上述外模1具有型腔10，内衬2设置在型腔10的内壁，用于将石英砂预制于坩埚模具内壁。在石英砂快速升温、熔融的过程中，内衬2的热导率小于外模1的热导率。

参见图1和图2，上述坩埚模具内腔的形状可以根据待制作的石英坩埚的形状确定，在此不做具体限定。上述内衬2设置在型腔10的内壁中的“设置”方式多种多样，例如可以是嵌套，此时，内衬2的外表面与外模1内壁的内表面相匹配。当然也可以是其他适于实用的方式。上述内衬2和外模1的制作材料可以根据实际情况进行选择，只要确保内衬2的热导率小于外模1的热导率，并且满足工作需要即可。

参见图1和图2，将本实用新型提供的坩埚模具应用于制作石英坩埚时，由于内衬2设置在型腔10的内壁，并且内衬2的热导率小于外模1的热导率。此时，内衬2可以阻挡热量通过外模1传导出去。基于此，一方面，可以减少坩埚模具内热量的损失，以确保坩埚模具内的温度、热量满足制作石英坩埚的要求，进而使制作石英坩埚的原材料快速升温、熔融，以提高石英坩埚的制作效率。另一方面，还可以降低外模1的温度，防止在石英坩埚制作过程中外模1 的型腔10的温度过高，以减少或避免外模1在冷热交替环境下出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模1开裂或变形。基于此，可以延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。综上所述，在本实用新型实施例中，通过在外模1的型腔10中设置内衬2，以使坩埚模具流失的热量减少，进而使坩埚模具内部快速升温以熔化制作石英坩埚的原材料。此时，不仅提高了石英坩埚的制作效率，同时还节省了制作石英坩埚时的电量(例如可以节省100度以上)，降低了石英坩埚的制作成本。此外，还延长了坩埚模具的使用寿命。

作为一种可能的实现方式，参见图1和图2，上述内衬2至少覆盖内壁靠近型腔10所具有的开口的区域。由于在制作石英坩埚的过程中，外模1的上半部分为热应力的薄弱部位。因此，需要将内衬2至少覆盖在内壁的上半部分(即内壁靠近型腔10所具有的开口的区域)。基于此，不仅可以减少或避免外模1 出现热疲劳的问题，延长外模1的使用寿命，同时还可以降低坩埚模具的用料成本和安装难度。具体的，上述内衬2可以仅覆盖内壁靠近型腔10所具有的开口的区域，也可以是内衬2既覆盖内壁靠近型腔10所具有的开口的区域，也覆盖型腔10内的其他位置。内衬2覆盖的具体位置可以根据实际需要设置。

作为一种可能的实现方式，参见图1和图2，上述外模1可以包括筒体11 和筒底12。筒体11具有相对的第一端和第二端，筒体11自第一端和第二端贯通。筒底12盖设在第一端，由筒体11和筒底12形成型腔10。上述筒体11和筒底12的形状可以根据实际需要进行设置。例如，上述筒体11可以是圆柱体形状的筒体。上述筒底12可以是曲面筒底或平面筒底。在实际使用过程中，可以将制作石英坩埚的原材料通过筒体11的第二端放置在坩埚模具中，简单方便。

上述内衬覆盖型腔时有三种不同的设置位置，下面对这三种可能的设置位置分别进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。

第一种：内衬覆盖筒体和筒底。

此时，内衬不仅可以全面阻挡坩埚模具中的热量流失，即内衬可以避免热量从外模的任意位置传导出去，使坩埚模具内的温度、热量的损失降到最小。同时，内衬还可以全面保护外模，减少或避免外模的任意位置出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模开裂或变形，以延长坩埚模具的使用寿命。

第二种：内衬覆盖筒体的全部。

此时，内衬不仅可以在一定程度上减少热量的流失，同时还可以确保外模热应力的薄弱部位的安全，延长外模的使用寿命。

第三种：内衬覆盖第二端至筒体高度的1/2之间的区域。

此时，将内衬覆盖在外模热应力的薄弱部位，不仅可以减少或避免外模出现热疲劳的问题，延长外模的使用寿命，同时还可以降低坩埚模具的用料成本和安装难度。

综上，根据上述内衬覆盖型腔时的三种位置，工作人员可以根据实际需要进行设置，增加了选择性。基于此，不仅有利于该坩埚模具的推广使用，同时还有利于适应不同的应用场景。

示例性的，当上述内衬覆盖第二端至筒体高度的1/2之间的区域时，坩埚模具所具有的内衬覆盖区域的厚度与内衬未覆盖区域的厚度相等。基于此，可以保证坩埚模具中与制作石英坩埚的原材料接触的地方(即内衬的内壁以及型腔内壁的部分区域)过渡连续、自然，以确保利用上述坩埚模具制作的石英坩埚的外表面形状符合实际需要。应理解，上述内衬沿外模内壁的周向不间断的覆盖在第二端至筒体高度的1/2之间的区域内。

在一种可选方式中，参见图1和图2，上述筒底12为球面筒底，球面筒底与第一端的连接处具有第一过渡弧面13。在内衬2覆盖筒体11和筒底12的情况下，内衬2在球面筒底12与第一端的连接处具有第二过渡弧面。

在本实用新型实施例中，上述外模包括圆柱体形状的筒体和球面筒底，并且，球面筒底与圆柱体形状的筒体的第一端的连接处具有第一过渡弧面。上述第一过渡弧面不仅可以确保外模的形状符合实际需要，同时还可以使球面筒底和圆柱体形状的筒体的第一端连接自然、紧密，以提高外模的质量和使用寿命。同理，在内衬覆盖筒体和筒底的情况下，内衬在球面筒底与第一端的连接处具有第二过渡弧面。上述第二过渡弧面不仅可以确保内衬的形状符合实际需要，同时还可以使内衬的过渡段连接自然、紧密，以提高内衬的质量和使用寿命。

进一步地，由前文描述可知，内衬的形状与外模的形状相匹配。此时，内衬与圆柱体形状的筒体、球面筒底完全贴合。基于此，可以避免制作石英坩埚过程中的热量，通过内衬未与型腔接触的地方传导出去，即可以减少坩埚模具内热量的损失。此外，还可以减少或避免内衬未与型腔接触的地方出现热疲劳的问题，进而减少或避免外模开裂或变形，延长坩埚模具的使用寿命。

在一种可选方式中，参见图1和图2，上述内衬2所具有的顶面与筒体11 所具有的第二端齐平。此时，可以降低内衬2的制作成本。在制作内衬2时，只要保证内衬2覆盖筒体11中的区域满足需要即可。

在一种可选方式中，参见图1和图2，上述筒体11的第二端处设置有法兰沿14。坩埚模具还包括紧固件3，紧固件3设置在内衬2所具有的顶面上，并与法兰沿14紧固连接。上述紧固件3用于使内衬2紧固在型腔10的内壁上。具体的，上述紧固件3可以压环，压环同时与法兰沿14和内衬2所具有的顶面抵接。接着，压环通过螺栓与法兰沿14连接。应理解，上述压环可以是由一个圆柱体构成的压环，也可以是呈台阶状的圆柱体形状的压环(即压环由上下两个同圆心的圆柱体组成)，当然还可以是其他适于实用的形状。此时，可以防止坩埚模具在实际使用过程中，内衬2从型腔10中脱出，进而确保内衬2与外模1连接的紧密性，确保坩埚模具的质量，以及延长坩埚模具的使用寿命。进一步地，由于内衬2所具有的顶面与筒体11所具有的第二端齐平，此时，紧固件3不需要深入外模1的型腔10内便可与内衬2抵接。基于此，不仅可以避免紧固件3损伤型腔10，同时便于工作人员操作，降低组装难度。

作为一种可能的实现方式，上述内衬的熔融温度大于或等于1000℃。此时，内衬可以承受800℃以上的温度。由于在实际使用过程中，制作石英坩埚时需要内衬承载的温度通常在800℃左右。基于此，可以避免内衬在实际使用过程中出现开裂或变形的问题，以确保内衬的稳定性和安全性，进而延长坩埚模具的使用寿命。

示例性的，上述内衬可以为无机纤维内衬、耐火内衬或陶瓷内衬中的任意一种。即上述内衬可以是一层或多层的结构。例如，上述无机纤维内衬可以包括硅酸铝纤维内衬、氧化铝纤维内衬或玄武岩纤维内衬中的任意一种。上述耐火内衬可以包括硅莫砖、高铝砖、硅砖等高温耐火砖中的任意一种。当然，上述内衬也可以是复合陶瓷内衬。此时，复合陶瓷内衬可以是碳纤维基增韧的金属氧化物复合陶瓷内衬、金属基增韧的金属氧化物复合陶瓷内衬、碳纤维基增韧的碳化物类复合陶瓷内衬或金属基增韧的碳化物类复合陶瓷内衬。

在本实用新型实施例中，上述内衬为硅酸铝纤维内衬。由于硅酸铝纤维内衬的制作材料只要是硅酸铝纤维板，硅酸铝纤维板的热导率小于1W/(m*k)，热导率最低，可以确保坩埚模具热损失最小。此外，硅酸铝纤维板还具有较好的抗热振性，能保证较长的使用寿命。进一步地，硅酸铝纤维板还具有相对较低的成本，可以降低坩埚模具的用料成本。

上述外模可以为铸铁外模、铸钢外模、无机纤维外模、耐火外模或复合陶瓷外模中的任意一种。例如，上述外模可以为球墨铸铁外模或蠕墨铸铁外模。当然，外模还可以是304不锈钢外模、316L不锈钢外模或310S不锈钢外模。上述内衬和外模的制作材料易于获得，可以降低内衬和外模的制作难度。

由于不同厚度的内衬可以起到的阻热效果不同，因此，传导到外模的热量不同，外模的温度也会随之变化。下面以两种不同材料制成的内衬为例进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。

第一种：内衬为硅酸铝纤维内衬，外模为铸铁外模或铸钢外模。

当外模的温度超过300℃时，外模的热膨胀较大，但是，硅酸铝纤维内衬形变较小(即热膨胀较小)。此时，易导致硅酸铝纤维内衬与外模之间出现间隙，甚至导致硅酸铝纤维内衬脱离外模，进而导致外模极易出现热疲劳的问题或导致坩埚模具无法正常使用。此外，当硅酸铝纤维内衬的厚度较厚时，虽然外模的温度较低(例如低于200℃)，但是硅酸铝纤维内衬厚度冗余，会增加硅酸铝纤维内衬的成本，进而增加坩埚模具的用料成本。具体可参见表1，表1示出了硅酸铝纤维内衬不同厚度时，外模的外表面温度的变化情况。

表1 硅酸铝纤维内衬不同厚度时，外模的外表面温度变化表

基于此，综合考虑在内衬为硅酸铝纤维内衬，以及外模为铸铁外模或铸钢外模时，硅酸铝纤维内衬厚度d1的范围为：30mm≤d1≤40mm。例如，可以是 30mm、32mm、34mm、35.6mm或40mm。

第二种：内衬为陶瓷内衬，外模为铸铁外模或铸钢外模。

表2示出了陶瓷内衬不同厚度时，外模的外表面温度的变化情况。

表2 陶瓷内衬不同厚度时，外模的外表面温度变化表

基于此，综合考虑在内衬为陶瓷内衬，以及外模为铸铁外模或铸钢外模时，内衬的厚度d2的范围为：40mm≤d2≤45mm。例如，可以是40mm、41mm、 42mm、43.6mm或45mm。综上所述，选择不同材料制成的内衬，内衬的厚度需要根据实际情况进行设置。

进一步地，由于现有技术中通常采用在型腔的内壁上形成涂层的方式，但是该方式多应用于高温下形变较小的耐高温合金表面，以确保冷热交替不会出现涂层的脱落。由前文描述可知，在本实用新型实施例中，当上述外模为铸铁外模或铸钢外模时，其热膨胀较高。并且，在实际使用过程中坩埚模具所处环境的温差极值较大，冷热交替频繁。此时，无法在铸铁外模或铸钢外模的内壁上使用涂层。基于此，本实用新型实施例提供的坩埚模具避免了内衬从外模的内壁上脱落的问题。

在一种可选方式中，上述外模和内衬可以采用相同的材料制成，即均采用内衬的材料制成。此时，内衬和外模均可以阻挡热量向外传导。基于此，第一方面，更有利于减少坩埚模具内热量的损失，提高石英坩埚的制作效率。第二方面，更有利于降低外模的温度，以减少或避免外模出现热疲劳的问题，进而延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。第三方面，上述采用相同材料制作的内衬和外模可以同时制作完成，即坩埚模具为一体成型结构，以降低坩埚模具的制作难度和组装难度，节省制作时间和组装时间。

作为一种可能的实现方式，内衬的耐压强度大于或等于0.5MPa，此时，内衬具有一定的耐压强度。即，在一定的温度下，内衬单位面积上可以承受的最小的压力为0.5MPa。此时，可以进一步提高内衬的稳定性和安全性，避免内衬在实际使用过程中出现开裂或变形的问题，延长坩埚模具的使用寿命。应理解，上述内衬的耐压强度可以等于0.5MPa、0.55MPa或0.8MPa等。

作为一种可能的实现方式，内衬的热导率为K₁，外模的热导率为K₂，K₁≤0.5K₂。此时，内衬可以更好的阻挡热量通过外模传导出去。基于此，不仅更有利于减少坩埚模具内热量的损失，提高石英坩埚的制作效率。同时，还更有利于降低外模的温度，以减少或避免外模出现热疲劳的问题，进而延长坩埚模具的使用寿命，降低石英坩埚的制作成本。应理解，上述内衬的热导率K₁可以是0.5K₂、0.45K₂、0.3K₂或0.2K₂。

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)

1.一种坩埚模具，其特征在于，包括：

外模，所述外模具有型腔；

内衬，所述内衬设置在所述型腔的内壁，用于将石英砂预制于坩埚模具内壁；

在所述石英砂快速升温、熔融的过程中，所述内衬的热导率小于所述外模的热导率。

2.根据权利要求1所述的坩埚模具，其特征在于，所述内衬至少覆盖所述内壁靠近所述型腔所具有的开口的区域。

3.根据权利要求1所述坩埚模具，其特征在于，所述外模包括：

筒体，所述筒体具有相对的第一端和第二端，所述筒体自所述第一端和第二端贯通；

筒底，所述筒底盖设在所述第一端；由所述筒体和所述筒底形成所述型腔；

所述内衬覆盖所述筒体和所述筒底；或，所述内衬覆盖所述筒体的全部；或，所述内衬覆盖所述第二端至所述筒体高度的1/2之间的区域。

4.根据权利要求3所述的坩埚模具，其特征在于，所述筒底为球面筒底，所述球面筒底与所述第一端的连接处具有第一过渡弧面；

在所述内衬覆盖所述筒体和所述筒底的情况下，所述内衬在所述球面筒底与所述第一端的连接处具有第二过渡弧面。

5.根据权利要求3所述的坩埚模具，其特征在于，所述内衬所具有的顶面与所述筒体所具有的第二端齐平。

6.根据权利要求3所述的坩埚模具，其特征在于，在所述内衬覆盖所述第二端至所述筒体高度的1/2之间区域的情况下，所述坩埚模具所具有的内衬覆盖区域的厚度与所述内衬未覆盖区域的厚度相等。

7.根据权利要求3所述的坩埚模具，其特征在于，所述筒体的第二端处设置有法兰沿；

所述坩埚模具还包括紧固件；

所述紧固件设置在所述内衬所具有的顶面上，并与所述法兰沿紧固连接；所述紧固件用于使所述内衬紧固在所述型腔的内壁上。

8.根据权利要求1所述的坩埚模具，其特征在于，所述内衬的熔融温度大于或等于1000℃；和/或，所述内衬的耐压强度大于或等于0.5MPa；和/或，所述内衬的热导率为K₁，所述外模的热导率为K₂，K₁≤0.5K₂。

9.根据权利要求1所述的坩埚模具，其特征在于，所述内衬为无机纤维内衬、耐火内衬或陶瓷内衬中的任意一种；

所述外模为铸铁外模、铸钢外模、无机纤维外模、耐火外模或复合陶瓷外模中的任意一种。

10.根据权利要求9所述的坩埚模具，其特征在于，所述无机纤维内衬包括硅酸铝纤维内衬、氧化铝纤维内衬或玄武岩纤维内衬中的任意一种；

在所述内衬为硅酸铝纤维内衬，以及所述外模为铸铁外模或铸钢外模时，所述内衬的厚度为d1，30mm≤d1≤40mm；

在所述内衬为陶瓷内衬，以及所述外模为铸铁外模或铸钢外模时，所述内衬的厚度为d2，40mm≤d2≤45mm。

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