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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium in Fragmente, welche das Rohmaterial für Silizium für Halbleiter oder ähnliches darstellen, und ein Verfahren zur Herstellung frakturierter Fragmente von polykristallinem Silizium unter Verwendung der Vorrichtung zur Frakturierung.
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Es wird die Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-242060 beansprucht, welche am 28. Oktober 2011 eingereicht wurde, und deren Inhalt wird durch Referenzierung in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
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Beschreibung des technischen Gebiets
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Ein Siliziumwafer zur Verwendung für einen Halbleiterchip wird aus einem Siliziumeinkristall hergestellt, welcher seinerseits zum Beispiel mittels des Czochralski-Verfahrens (”CZ Verfahren”) hergestellt wird. Zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls mittels des CZ Verfahrens werden zum Beispiel frakturierte Fragmente von polykristallinem Silizium eingesetzt, welche ihrerseits durch Frakturierung von Stabförmigem polykristallinem Silizium hergestellt durch den Siemens Prozess hergestellt werden.
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Zur Frakturierung von polykristallinem Silizium, wie in 9 gezeigt, wird ein Stab R von polykristallinem Silizium in Fragmente C von einigen wenigen Millimeter zu einigen wenigen Zentimetern frakturiert. In diesem Verfahren wird typischerweise der Stab R mittels eines thermischen Schocks oder ähnlichem in die passende Größe gebrochen, und dann werden die Fragmente weiter direkt mit einem Hammer geschlagen und zerbrochen. Jedoch ist dieser Prozess für die beteiligten Arbeiter sehr belastend und somit ist es einfach ineffizient auf diese Weise Fragmente mit passender Größe aus Stabförmigem polykristallinem Silizium herzustellen.
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In der
japanischen, ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungsnummer 2006-122902 , wird ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumfragmenten mittels der Frakturierung von Stabförmigem polykristallinem Silizium mittels eines Walzenbrechers offenbart. Der Walzenbrecher ist ein Walzenbrecher mit einer einzelnen Rolle, welche sich in einem Gehäuse befindet, und auf der Oberfläche der Rolle sind eine Vielzahl von Zähnen ausgebildet. Der Walzenbrecher frakturiert das Stabförmige polykristalline Silizium durch Krafteinwirkung zwischen den Zähnen und der inneren Oberfläche des Gehäuses um eine kontinuierliche Krafteinwirkung auf das polykristalline Silizium zu gewährleisten.
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Auf der anderen Seite werden in der veröffentlichen
japanischen Übersetzung Nr. 2009-531172 der entsprechenden Internationalen PCT-Veröffentlichungsschrift, und in der
japanischen, ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungsnummer 2006-192423 , Vorrichtungen zur Frakturierung von roh zerstampften Fragmenten von polykristallinem Silizium vorgeschlagen. Diese Vorrichtungen sind Doppel-Rollenbrecher mit zwei Rollen und brechen die roh zerstampften Fragmente des polykristallinen Siliziums zwischen den Rollen.
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Polykristallines Silizium kann durch solche Frakturierungsvorrichtungen effizient frakturiert werden. Jedoch haben die zu diesen Frakturierungsvorrichtungen zugeführten Fragmente von polykristallinem Silizium ungleichmäßige Formen und Größen, so dass darunter auch lange Fragmente mit geringer Breite, bezogen auf ihre orthogonale zu longitudinale Ausdehnung, sein können. Es besteht die Möglichkeit, dass solche langen Fragmente von polykristallinem Silizium nicht frakturiert werden und durch die Lücke zwischen den Frakturierungszähnen hindurch rutschen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgaben, die mittels der Erfindung gelöst werden sollen
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Die vorliegende Erfindung ist ersonnen worden im Lichte der Gegebenheiten und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Frakturierung bereitzustellen, und ein Verfahren zur Herstellung von frakturierten Fragmenten von polykristallinem Silizium, wobei die Fragmente des polykristallinen Siliziums nicht durchrutschen können, ohne frakturiert zu werden, und in welcher polykristallines Silizium in Fragmente mit passender Größe frakturiert werden kann.
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Mittel zur Lösung der Aufgaben
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Eine Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Paar Rollen, welche in der Gegenrichtung zueinander um parallele Achsen rotieren; und eine Vielzahl von Frakturierungszähnen, welche sich von den äußeren Umfangsflächen der Rollen radial nach außen erstrecken und unterschiedliche Höhen aufweisen. In Vorrichtung zur Frakturierung sind die Frakturierungszähne so angeordnet, dass Reihen aus höheren Frakturierungszähnen und niedrigeren Frakturierungszähnen alternierend wenigstens in Längsrichtung oder in Querrichtung der Rollen angebracht sind; und die Frakturierungszähne sind so angeordnet, dass sich an dem Punkt der Rollenrotation, an dem sich die jeweiligen Frakturierungszähne am nächsten sind, jeweils die Spitze eines höheren Zahnes auf der einen Rolle und die Spitze eines niedrigeren Zahnes auf der anderen Rolle gegenüber stehen, so dass die Vorrichtung Fragmente von polykristallinem Silizium zwischen den Rollen frakturiert.
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Durch die alternierende Anordnung der Frakturierungszähne mit unterschiedlichen Höhen, bewegen sich die Zwischenräume zwischen den Spitzen der Frakturierungszähne in dem Bereich, in dem sich die Rollen begegnen, radial entlang der Rollen je nach der jeweiligen Position der Frakturierungszähne. Daher werden selbst bei Zufuhr von langen frakturierten Fragmenten diese Fragmente durch Kontakt mit den jeweils benachbarten Frakturierungszähnen entlang der Längs- oder Querrichtung der Rollen frakturiert, so dass zu frakturierende Fragmente nicht durch die Vorrichtung hindurch gehen können, ohne frakturiert zu werden. Als Folge hiervon, können zu frakturierende Fragmente verlässlich in Fragmente mit passender Größe frakturiert werden.
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In der Vorrichtung zur Frakturierung polykristallinen Siliziums gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Zwischenräume zwischen den Frakturierungszähne in einem Bereich von nicht weniger als 11 mm und nicht mehr als 35 mm liegen und der Abstand der Spitzen der Frakturierungszähne in dem Bereich, in dem sich die Rollen begegnen, in einem Bereich von nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 30 mm liegt, und die Differenz zwischen der Höhe der höheren Zähne und der niedrigeren Frakturierungszähne in einem Bereich von nicht weniger als 10 mm und nicht mehr als 20 mm liegt.
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Durch Bestimmung der Zwischenräume zwischen den Frakturierungszähnen und dem Abstand zwischen den Spitzen gemäß der oben genannten Bereiche gelingt es, die zu frakturierenden Fragmente verlässlich in Kontakt mit den Frakturierungszähne zu bringen.
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In der Vorrichtung zur Frakturierung polykristallinen Siliziums gemäß der vorliegenden Erfindung, ist es bevorzugt, dass die Oberflächen an der Spitze der Frakturierungszähne sphärisch ausgeformt sind und die seitlichen Seitenflächen der Frakturierungszähne zylindrisch ausgeformt sind.
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Die Oberflächen an der Spitze der Frakturierungszähne sind sphärisch ausgeformt, so dass die Oberflächen an der Spitze der Frakturierungszähne und das polykristalline Silizium punktuell in Kontakt sind. Die seitlichen Oberflächen der Frakturierungszähne sind konisch oder zylindrisch ausgeformt, so dass die seitlichen Oberflächen der Frakturierungszähne und das polykristalline Silizium linear in Kontakt sind. Da die Frakturierungszähne und das polykristalline Silizium punktuell oder linear in Kontakt sind, kann verhindert werden, dass das polykristalline Silizium durch die Frakturierungszähne zu Pulver vermahlen wird.
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In der Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Frakturierungszähne aus Hartmetall oder einem Siliziummaterial bestehen.
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Durch die Verwendung von Hartmetall oder einem Siliziummaterial zur Herstellung der Frakturierungszähne, kann eine Kontamination der frakturierten Fragmente des polykristallinen Siliziums mit Verunreinigungen verhindert werden, so dass qualitativ hochwertiges polykristallines Silizium als Material für Halbleitersilizium erhalten werden kann.
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Ein Verfahren zur Herstellung frakturierter Fragmente von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung der frakturierten Fragmente von polykristallines Silizium unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass Fragmente von polykristallinem Silizium durch die Vorrichtung passieren, ohne frakturiert zu werden, so dass das polykristalline Silizium effizient in Fragmente mit geeigneter Größe frakturiert werden kann.
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BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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1 ist eine Teilperspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Oberfläche einer Rolle der Vorrichtung zur Frakturierung aus 1.
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3 ist eine perspektivische Rückansicht einer Frakturierungzahneinheit, die in der Vorrichtung zur Frakturierung aus 1 angebracht ist.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Reihe aus der Vielzahl von Frakturierungszahneinheiten.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des Frakturierungszahnes.
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6 ist eine Frontalansicht, welche die räumliche Anordnung der Rollen zueinander in einem Abschnitt zeigt, in dem sich die Rollen gegenüberstehen.
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7 ist eine perspektivische Ansicht einer Frakturierungszahneinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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8 ist eine Frontalansicht, welche die räumliche Anordnung der Rollen zueinander in einem Abschnitt zeigt, in dem sich die Rollen gegenüberstehen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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9 ist eine schematische Ansicht und zeigt durch eine Frakturierung eines Stabförmigen polykristallinen Silizium erhaltene Fragmente.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung von frakturierten Fragmente von polykristallines Silizium unter Verwendung der Vorrichtung beschrieben mit Referenz zu den Zeichnungen.
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Wie in 1 gezeigt, wird eine Vorrichtung 1 zur Frakturierung (im Folgenden ”die Frakturierungsvorrichtung 1”) einer ersten Ausführungsform gezeigt, welche mit zwei Rollen 3 ausgestattet ist, welche in einem Gehäuse 2 so angebracht sind, dass die Achsen 4 der Rollen 3 horizontal und parallel zueinander stehen. Eine Vielzahl von Frakturierungszähnen 5 mit unterschiedlichen Höhen sind auf den äußeren Umfangsflächen der Rollen 3 angebracht und erstrecken sich radial nach außen. Wie in 2 gezeigt, sind die äußeren Umfangsflächen der Rollen 3 nicht gleichförmige Kreisbögen, sondern in einer polyedrischen Form ausgeformt, welche sich aus langen Ebenen 6 aufbaut, welche ihrerseits in Achsenrichtung verlängert sind und miteinander in Umlaufrichtung verbunden sind. Gewindebohrungen 7 sind an beiden Enden der Ebenen 6 ausgeformt. Auf jeder der Ebenen 6 ist eine Frakturierungzahneinheit 8 befestigt.
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Die Frakturierungzahneinheit 8 ist ausgestaltet mit einer Befestigungsplatte 11, welche in Kontakt mit der Ebene 6 der Rolle 3 ist, und einer Vielzahl von Frakturierungszähnen 5, welche auf der Befestigungsplatte 11 befestigt sind, wie gezeigt in 3 und 4.
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Der Frakturierungzahn 5 ist als eine Einheit aus Hartmetall oder Siliziummaterial, und besitzt einen Säulenartigen Teil 13 und eine Krempe 14, welche sich diametral an der Basis des Säulenartigen Teiles 13 erstreckt, wie in 5 gezeigt. Eine Oberfläche 15 an der Spitze des Säulenartigen Teiles 13 ist sphärisch ausgeformt; und eine seitliche Oberfläche 16 des Säulenartigen Teiles 13 ist zylindrisch ausgeformt. Die Krempe 14 ist so ausgeformt, dass beide Seiten einer kreisförmigen Platte parallel zur längslaufenden Anordnung des Säulenartigen Teiles 13 so beschnitten sind, dass abgeflachte Abschnitte 17 in 180° entgegengesetzter Richtung zu einander entstehen.
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Die Befestigungsplatte 11 ist ausgeformt als ein Streifen, welcher die gleiche Länge und Breite wie die Ebene 6 der Rolle 3 hat. Befestigungslöcher 21 für Frakturierungszähne sind so ausgebildet mit Unterbrechungen entlang der längslaufenden Richtung der Befestigungsplatte 11, dass sie die Befestigungsplatte 11 durchstechen. Durchgangsbohrungen 22 für Schrauben sind ausgebildet auf beiden Seiten der Befestigungsplatte 11. Wie gezeigt in 3, ist jedes der Befestigungslöcher 21 ausgestattet mit einer Passbohrung 23 und einem erweiterten Abschnitt 25. Die Passbohrung 23 ist ausgebildet bis zur halben Dicke der Befestigungsplatte 11 und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, welcher entspricht der seitlichen Oberfläche 16 des Säulenartigen Teiles 13 des Frakturierungszahnes 5. Die andere Hälfte der besagten Dicke der Befestigungsplatte 11 des Befestigungsloches 21 ist der erweiterte Abschnitt 25, welcher den abgeflachten Abschnitten 24 der Krempe 14 des Frakturierungszahnes 5 entspricht. Der Frakturierungszahn 5 ist auf der Befestigungsplatte 11 so befestigt, dass er nicht rotieren kann beim Einpassen der Krempe 14 in den erweiterten Abschnitt 25, so dass der Säulenartige Teil 13 eingepasst werden kann in die Passbohrung 23 der Befestigungsplatte 11 und dass die abgeflachten Abschnitte 24 der Befestigungsplatte 11 in Kontakt sind mit den abgeflachten Abschnitten 17 der Krempe 14.
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Die Befestigungsplatte 11 wird auf jede der Ebenen 6 der Rollen 3 so aufgelegt, dass die erweiterte Abschnitte 25 ausgerichtet sind zu den Oberflächen der Rollen 3 und die Säulenartigen Teile 13 des Frakturierungszahnes 5 herausragen aus den Passbohrungen 23, und beide Enden der Befestigungsplatte 11 werden mittels Schrauben 26 auf den Oberflächen der Rollen 3 befestigt.
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Die Frakturierungzahneinheiten 8 sind so angebracht, dass die Frakturierungzähne 5 der benachbarten Frakturierungzahneinheiten 8 nicht in Reihen umlaufend die Rollen 3 aufgereiht sind, wie auch in 4 und 6 gezeigt. Genauer gesagt, sind die benachbarten Frakturierungzahneinheiten 8 so auf den Rollen 3 angeordnet, dass die Frakturierungzähne 5 in einer gestaffelten Anordnung angebracht sind. Die Frakturierungszähne 5 haben zwei unterschiedliche Ausgestaltungen, nämlich einen höheren Frakturierungzahn (höheren Zahn) 5L, mit einer größeren Länge, die der Zahn von der Krempe 14 zu seiner Spitze herausragt, und einen niedrigeren Frakturierungzahn (kürzerer Zahn) mit einer kürzeren Länge, die der Zahn von der Krempe 14 zu seiner Spitze herausragt wie in 4. Die höheren Frakturierungszähne 5L und die niedrigeren Frakturierungszähne 5S sind alternierend angeordnet, so dass Frakturierungszähne mit gleicher Bauhöhe in Längs- und Querrichtung der Rollen 3 jeweils nicht benachbart angeordnet sind.
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Wie gezeigt in 6, sind in dem Bereich, in dem sich die Rollen begegnen, (d. h. in der relativen Rollenposition, in der sich die auf unterschiedlichen Rollen 3 befindlichen Frakturierungszähne 5 den geringsten Abstand haben) die Frakturierungszähne 5 so angeordnet, dass sich die Oberfläche an der Spitze 15 der hohen Frakturierungszähne 5L der einen Rolle 3 und die Oberfläche an der Spitze 15 der niedrigen Frakturierungszähne 5S der anderen Rolle 3 gegenüberstehen. Durch die alternierende Anordnung der hohen Frakturierungszähne 5L und der niedrigen Frakturierungszähne 5S entlang der Längs- oder Querumfänge der Rollen 3, wandern die Zwischenräume zwischen den Spitzenflächen 15 der Frakturierungszähne 5L und 5S in dem Bereich, in dem sich die Rollen 3 begegnen, radial entlang des Umfanges der die Rollen 3 herum, jeweils abhängig von der jeweiligen Position der Frakturierungszähne 5L und 5S.
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Das bedeutet, dass in dem Bereich, in dem sich die Rollen 3 begegnen, der mit einem Pfeil A gekennzeichnete Bereich aufgespannt zwischen sich gegenüberstehendem höheren Frakturierungzahn 5L und niedrigeren Frakturierungzahn 5S sich links von der Zentralposition zwischen den Rollen 3 befindet. Jedoch, wenn der nächste höhere Frakturierungzahn 5L und der nächste niedrigere Frakturierungzahn 5S sich auf Grund der Drehung der Rollen 3 gegenüberstehen, ist der Zwischenbereich rechts von der Zentralposition zwischen den Rollen 3. Das bedeutet, dass der Zwischenraum mit der Rotation der Rollen 3 nach links und rechts wandert.
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In 6, betrachtend die gestaffelt angeordnete Frakturierungszähne 5, sind die in der einen Umlaufreihe angeordneten Frakturierungszähnen 5 gekennzeichnet mit durchgezogenen Linien; und die in der unteren Umlaufreihe angeordneten Frakturierungszähnen 5 gekennzeichnet mit doppelt gepunkteten Linien.
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In dieser Ausführungsform wird die Zielgröße für die Fragmente des polykristallinen Siliziums nach Frakturierung (d. h. frakturierte Fragmente des polykristallinen Siliziums) gewählt in einem Bereich von 5 mm bis 60 mm Maximallänge. Um Fragmente dieser Größe zu erzeugen, ist der Durchmesser D des Säulenartigen Teiles 13 des Frakturierungszahnes 5 gewählt in einem Bereich von 10 mm bis 14 mm; die nach außen stehende Höhe HL des höheren Frakturierungszahnes 5L von der Oberfläche der Befestigungsplatte 11 bis zur Spitze des höheren Frakturierungszahnes 5, gezeigt in 6, ist gewählt in einem Bereich von 20 mm bis 30 mm; die nach außen stehende Höhe HS des niedrigeren Frakturierungszahnes 5S von der Oberfläche der Befestigungsplatte 11 bis zur Spitze des niedrigeren Frakturierungszahnes 5 ist gewählt in einem Bereich von 20 mm bis 30 mm. Der Abstand L zwischen benachbarten Frakturierungszähnen 5 ist gewählt in einem Bereich 11 mm bis 35 mm. Weiter wird in dem Abschnitt in dem sich die Rollen 3 gegenüberstehen, die freie Distanz G zwischen den Oberflächen 15 an der Spitze der Frakturierungszähne 5L und der Frakturierungszähne 5S gewählt in einem Bereich 5 mm bis 30 mm.
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Das Gehäuse 2, in welchem sich die Rollen 3 befinden, ist aus Kunststoff geformt, wie zum Beispiel Polypropylen oder ähnlichem, oder ausgeformt aus Metall mit einer inneren Beschichtung aus Tetrafluoroethylen um Kontaminationen zu vermeiden.
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In dem Gehäuse 2 ist an beiden Enden der Rollen 3 ein Paar Trennplatten 31 eingebaut, welche die Achsen 4 der Rollen 3 schneiden und hinsichtlich der Innenwandoberfläche des Gehäuses 2 gewisse Aussparungen aufweisen, so dass sie letztlich parallel mit der Innenwandoberfläche des Gehäuses 2 sind. Die Trennplatten 31 sind mit dem Gehäuse 2 verbunden und haben zwei Aussparungen 32, die ausgeformt wurden, indem man einen kreisrunden Ausschnitt mit geringfügig größerem Durchmesser als die Rollen 3 getätigt hat, so dass sie die Hälfte oder mehr der der Rollen 3 einnehmen, und so angeordnet sind, dass sie gemeinsam die Rollen 3 überspannen, wenn die Aussparungen 32 an den Enden der Rollen 3 angebracht sind.
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Wenn die Trennplatten 31 an den Rollen 3 angebracht sind, bilden sich Spalte zwischen den innen liegenden äußeren Oberflächen der Aussparungen 32 der Trennplatten 31 und den außen liegenden äußeren Oberflächen der Rollen 3, so dass die Rotation der Rollen 3 nicht behindert wird. Ebenso sind die Schrauben 26 zur Befestigung der Frakturierungzahneinheiten 8, welche sich an beiden Enden der Rollen 3 befinden, außerhalb der Trennplatten 31 angeordnet, so dass sich die Räume oberhalb und unterhalb der Begegnungszone der Rollen 3 zwischen den Trennplatten 31 befinden. Der Raum zwischen den Trennplatten 31 ist der Frakturierungsraum 33 für polykristallines Silizium. Auf einer oben liegenden Oberfläche des Gehäuses 2 ist ein Einlass 34 so ausgeformt, dass er sich unmittelbar oberhalb des Frakturierungsraumes 33 befindet. Die Trennplatten 31 sind wie das Gehäuse 2 aus Kunststoff geformt, wie zum Beispiel Polypropylen oder ähnlichem, oder ausgeformt aus Metall mit einer inneren Beschichtung aus Tetrafluoroethylen.
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Das Gehäuse 2 ist mit einem Getriebe oder ähnlichem ausgestattet (nicht gezeigt), um die Rollen 3 in Rotation zu versetzen. Das Getriebe ist verbunden mit einem Abluftsystem (nicht gezeigt), um die Abluft aus dem Gehäuse 2 und dem Inneren des Getriebes zu entfernen.
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Wenn nun frakturierte Fragmente von polykristallinem Silizium unter Einsatz der wie oben beschrieben konfigurierten Frakturierungsvorrichtung 1 hergestellt werden, nämlich durch Rotation der Rollen 3, Zuführung von grob vor-frakturiertem polykristallinen Silizium mit geeigneter Größe in den Frakturierungsbereich 33 für polykristallines Silizium zwischen den Trennplatten 31 durch den Einlass 34 des Gehäuses 2, werden die Fragmente des polykristallinen Siliziums zwischen den Frakturierungszähnen 5 der Rollen 3 weiter in Fragmente frakturiert.
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Auf den Rollen 3 sind die Frakturierungszähne 5 so angeordnet, dass die höheren Frakturierungszähne 5L und die niedrigeren Frakturierungszähne 5S alternierend um die Längs- oder Querrichtung der Rollen 3 herumlaufen. Weiter wandern die Zwischenräume zwischen den Spitzenflächen 15 der Frakturierungszähne 5L und 5S in dem Bereich, in dem sich die Rollen 3 begegnen, radial entlang des Umfanges der Rollen um die Rollen 3 herum, jeweils abhängig von der jeweiligen Position der Frakturierungszähne 5L und 5S. Auch wenn lange Fragmente von polykristallinem Silizium zugeführt werden, so wandern diese selten durch einen engen Spalt „Ga”, da es unmöglich ist, dass die langen Fragmente während der Zufuhr die exakte Ausrichtung beibehalten, um durch die engen Spalte „Ga” hindurchzugehen. Daher werden die langen Fragmente von polykristallinem Silizium durch den Kontakt mit den, jeweils alternierend um die Längs- oder Querrichtung herumlaufenden, benachbarten Frakturierungszähnen 5L und 5S frakturiert. Als Folge hiervon kann verhindert werden, dass polykristallines Silizium hindurchwandert, ohne frakturiert zu werden und folglich kann polykristallines Silizium effektiv in eine passende Größe frakturiert werden.
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Bei den Frakturierungszähnen 5 sind die Oberflächen an der Spitze 15 jeweils sphärisch ausgestaltet, so dass die Oberflächen und das polykristalline Silizium punktuell in Kontakt sind. Weiterhin sind bei den Frakturierungszähnen 5 die seitlichen Oberflächen 16 der Säulenartigen Teile 13 zylindrisch ausgeformt, so dass die seitlichen Oberflächen 16 und das polykristalline Silizium punktuell oder linear in Kontakt sind. Daher übertragen die Frakturierungszähne 5 die Kraft auf das polykristalline Silizium bei Kontakt punktuell oder linear, so dass hierdurch vermieden wird, dass das polykristalline Silizium durch die Flächen zermahlen wird.
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Die Trennplatten 31, welche sich über den Enden der Rollen 3 befinden, verhindern, dass die Fragmente des polykristallinen Siliziums, welche gerade frakturiert wurden, in den Zwischenraum zwischen den innen liegenden Wandflächen des Gehäuses 2 und den Endflächen der Rollen 3 eindringen und dort zermahlen werden. Daher können die Fragmente des polykristallinen Siliziums verlässlich frakturiert werden und zwischen den Rollen 3 hindurchgeführt werden.
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Als Folge hiervon kann in der Frakturierungsvorrichtung 1 polykristallines Silizium auf eine gewünschte Größe frakturiert werden, ohne dass Pulver entsteht und der Verlust kann reduziert werden.
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Weiterhin wird in der Frakturierungsvorrichtung 1 durch Ausformung der Frakturierungszähne 5 aus Hartmetall oder Siliziummaterial vermieden, dass Verunreinigungen der Frakturierungszähne 5 das polykristalline Silizium kontaminieren. Obwohl die Schrauben 26, welche die Frakturierungszahneinheiten 8 befestigen, im allgemeinen aus Metall sind, so kommen die Schrauben 26 nicht in Kontakt mit dem polykristallinen Silizium, da sich die Schrauben 26 außerhalb des Frakturierungsraumes 33 für das polykristalline Silizium befinden. Weiterhin sind die Trennplatten 31 und das Gehäuse 2, welche den Frakturierungsraum 33 für das polykristalline Silizium umschließen, aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polypropylen oder ähnlichem gefertigt oder aber mit Tetrafluorethylen beschichtet. Daher kann verhindert werden, dass das polykristalline Silizium während der Frakturierung mit Verunreinigungen kontaminiert wird. Als Konsequenz kann gemäß der Frakturierungsvorrichtung 1 hoch-qualitatives polykristallines Silizium zur Verwendung als Halbleitermaterial erhalten werden.
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Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die auf den Rollen 3 befestigten Frakturierungszahneinheiten 8 aufgebaut aus Befestigungsplatten 11, auf denen die Frakturierungszähne 5 unabhängig voneinander befestigt sind. Daher können abgefallene oder abgerissene Frakturierungszähne 5 einzeln ersetzt werden. Hierbei ist es einfach, Frakturierungszähne 5 zu ersetzen, da die Frakturierungszahneinheiten 8 auf den Rollen 3 mit den Schrauben 26 befestigt sind und die Frakturierungszähne 5 nur in die Befestigungslöcher 21 für Frakturierungszähne in der Befestigungsplatte 11 eingepasst sind. Es ist bevorzugt, dass die Befestigungsplatte 11 aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem hergestellt ist, um ihre Stärke zu garantieren. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Oberfläche der Befestigungsplatte 11 beschichtet ist mit Kunststoff, wie zum Beispiel Polypropylen, Tetrafluorethylen oder ähnlichem, um Kontamination zu vermeiden, falls das polykristalline Silizium in Kontakt mit der Befestigungsplatte 11 kommt.
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7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Fraktionierungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform sind die höheren Frakturierungszähne 5L und die niedrigeren Frakturierungszähne 5S alternierend um die Längs- oder Querrichtung der Rollen 3 herum angeordnet. In einer zweiten Ausführungsform sind die höheren Frakturierungszähne 5L und die niedrigeren Frakturierungszähne 5S alternierend nur um die Längsrichtung der Rollen 3 herum angeordnet.
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Bei der Fraktionierungsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, ist jede Frakturierungszahneinheit 80 mit den höheren Frakturierungszähnen 5L oder den niedrigeren Frakturierungszähnen 5S bestückt, und die Frakturierungszahneinheiten 80 mit den höheren Frakturierungszähnen 5L und die Frakturierungszahneinheiten 80 mit den niedrigeren Frakturierungszähne 5S sind alternierend jeweils in Längsrichtung der Rollen 3 befestigt.
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Wie in 8 gezeigt, sind in dem Bereich, in dem sich die Rollen 3 begegnen, die Oberflächen 15 auf der Spitze der höheren Frakturierungszähne 5L der einen Rolle 3 und die Oberflächen 15 auf der Spitze der niedrigeren Frakturierungszähne 5S der anderen Rolle 3 jeweils gegenüberstehend. Durch die alternierende Anordnung der höheren Frakturierungszähne 5L und der niedrigeren Frakturierungszähne 5S entlang der Längsrichtung der Rollen 3 herum, wandern die Zwischenräume zwischen den Spitzenflächen 15 der Frakturierungszähne 5L und 5S in dem Bereich, in dem sich die Rollen 3 begegnen, radial entlang des Umfanges der Rollen um die Rollen 3 herum, jeweils abhängig von der jeweiligen Position der Frakturierungszähne 5L und 5S.
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Daher werden sogar bei Zufuhr von langen Fragmenten, diese Fragments durch den Kontakt mit den, jeweils alternierend um die Längs- oder Querrichtung herumlaufenden, benachbarten Frakturierungszähnen 5L und 5S frakturiert, so dass verhindert werden kann, dass zu frakturierende Fragmente passieren, ohne frakturiert zu werden. Die anderen Bauteile der Vorrichtung zur Frakturierung sind die gleichen, wie in der oberen Ausführungsform, mit der gleichen Referenzsymbolen bezeichnet, und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und verschiedene Abwandlungen sind möglich, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel sind in den obigen Ausführungsformen die seitlichen Oberflächen der Säulenartigen Teile der Frakturierungszähne zylindrisch ausgeformt. Jedoch können die seitlichen Oberflächen auch konisch geformt sein. Weiterhin können auch die Spitzen der Frakturierungszähne so konisch ausgeformt sein, dass sie mit der sphärischen Oberfläche an der Spitze und dem zylindrischen Basisteil verbunden sein können.
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Auch sind die Abmessungen der Lücken bei Gegenüberstehen der gleichen Frakturierungszähne nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-242060 [0002]
- JP 2006-122902 [0005]
- JP 2009-531172 [0006]
- JP 2006-192423 [0006]
