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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
2012-091136 A 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 11 gezeigt, wird ein Stab R von polykristallinem Silizium in Fragmente C von einigen wenigen Millimetern 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 A 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
WO 2007/113 087 A1 , und in der japanischen, ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungsnummer
2006-192423 A 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 mit Hilfe dieser Vorrichtungen zur Frakturierung effizient frakturiert werden. Jedoch ist polykristallines Silizium hart und es kann von Fall zu Fall vorkommen, dass die Zähne sich abnutzen oder abgeschlagen werden. Wenn sich die Zähne auf der Rolle gleichmäßig abgenutzt haben, ist es gerechtfertigt, die Rolle durch eine neue zu ersetzen. Jedoch wäre es nicht effizient, die gesamte Rolle zu ersetzen, wenn nur einige der Frakturierungszähne sich abgenutzt hätten oder abgeschlagen worden wären.
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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, welche polykristallines Silizium mittels Frakturierungszähnen frakturiert und in welcher nur die abgenutzten oder abgeschlagenen Frakturierungszähnen ausgetauscht werden können, und ein Verfahren zur Herstellung von frakturierten Fragmenten von polykristallinem Silizium unter Verwendung der Vorrichtung zur Frakturierung.
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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 Frakturierungszahneinheiten, welche auf den äußeren Umfangsfläche der Rollen angebracht sind und sich radial nach außen erstrecken, wobei diese eine Vielzahl von Frakturierungszähnen und Befestigungsplatten, die die Frakturierungszähnen auf den äußeren Umfangsfläche der Rollen befestigen, aufweisen. In der Vorrichtung weisen die Frakturierungszähne Flansche mit einem vergrößerten Durchmesser auf, und die Befestigungsplatten sind ausgeformt als Streifen in Längsrichtung der Rollen. In den Befestigungsplatten sind eine Vielzahl von Befestigungslöchern für die Frakturierungszähne in besagter Längsrichtung ausgebildet , und sie sind so auf den Rollen angebracht, dass die Spitzen der Frakturierungszähne auf den Rollen sich radial von einem Befestigungsloch nach außen erstrecken, so dass die Flansche zwischen den Befestigungslöchern und den Rollen eingespannt sind. Die Vorrichtung frakturiert Fragmente von polykristallinem Silizium zwischen den Rollen.
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In dieser Vorrichtung zur Frakturierung kann polykristallines Silizium effizient frakturiertet werden indem man die Rollen rotiert, so dass die Frakturierungszähne das polykristallines Silizium treffen. Jeder der Frakturierungszähne ragt durch ein entsprechendes Befestigungsloch für Frakturierungszähne der Befestigungsplatte auf der Frakturierungszahneinheit, so dass der Flansch zwischen der Befestigungsplatte und der Rolle eingespannt ist. Daher ist es ausreichend, nur einen abgenutzten oder abgeschlagenen Frakturierungszahn durch einen neuen zu ersetzen. Damit ist der Austausch einfach.
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In dieser Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium, ist es bevorzugt, dass ein flacher Abschnitt auf der äußeren Umlauffläche der Rolle ausgeformt ist, in dem ein Endstück des Frakturierungszahnes in Kontakt mit der Oberfläche ist.
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Falls die äußere Umlauffläche der Rolle zylindrisch ausgeformt ist, ist das Endstück des Frakturierungszahnes teilweise in Kontakt mit der Oberfläche der äußeren Umlauffläche der Rolle. Da jedoch in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die äußere Umlauffläche der Rolle und das Endstück des Frakturierungszahnes über den Kontakt mit den Oberflächen in der Vorrichtung selber in Kontakt miteinander stehen, wird die Kraft nicht nur teilweise übertragen und die Rolle und der Frakturierungszahn hierdurch stabilisiert. Aus diesem Grunde schwingen die Frakturierungszähne nicht und einheitliche Fragmente können hergestellt werden.
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In der Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass beide Enden der Befestigungsplatte der Frakturierungszahneinheit an der Rolle mit Schrauben befestigt werden und ein abgeflachter Abschnitt auf der äußere Umlauffläche der Rolle ausgeformt ist, mit welchem die Rückseiten der beiden Enden der Befestigungsplatte in Kontakt sind.
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Falls die äußere Umlauffläche der Rolle am Befestigungspunkt der Schrauben für die Befestigungsplatte zylindrisch ausgeformt ist, wirken Beugekräfte an den Befestigungsschrauben, die die Befestigungsplatte fixieren. Da jedoch die Befestigungsplatte und die Rolle flächig in Kontakt sind, wird die Befestigungsplatte hierdurch stabilisiert und ein Bruch oder ähnliche kann verhindert werden.
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In dieser Vorrichtung zur Frakturierung polykristallinen Siliziums gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass zwischen den Frakturierungszähnen und der Befestigungsplatte eine Rückhaltestruktur angebracht ist, welche die Rotation der Frakturierungszähne in den Befestigungslöchern der Frakturierungszähne einschränkt.
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Durch diese Rückhaltestruktur kann polykristallines Silizium gleichbleibend frakturiert werden, da die Rotation der Frakturierungszähne eingeschränkt ist.
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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, und die außen liegende Oberfläche der Befestigungsplatte mit Hartmetall oder einem Siliziummaterial beschichtet ist.
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Durch die Verwendung von Hartmetall oder einem Siliziummaterial zur Herstellung der Frakturierungszähne und der außen liegende Oberfläche der Befestigungsplatte, 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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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann polykristallines Silizium kontinuierlich und anstrengungsfrei frakturiert werden, indem es auf die rotierenden Rollen aufgegeben wird.
Weiterhin ist es einfach, einzelne Frakturierungszähne zu ersetzen, da die Frakturierungszähne zwischen der Befestigungsplatte der Frakturierungszahneinheit und der Rolle befestigt sind, und der Unterhalt der Vorrichtung ist exzellent.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Teilperspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Frakturierung von polykristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Oberfläche einer Rolle der Vorrichtung zur Frakturierung aus 1.
- 3 ist eine perspektivische Rückansicht einer Frakturierungszahneinheit, die in der Vorrichtung zur Frakturierung angebracht ist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Reihe aus der Vielzahl von Frakturierungszahneinhei ten.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht des Frakturierungszahnes.
- 6 ist eine Frontalansicht, welche die räumliche Anordnung der Rollen zueinander in einem Abschnitt zeigt, in dem sich die Rollen gegenüberstehen.
- 7A ist eine perspektivische Ansicht eines abgeschnittenen pyramidenförmigen Frakturierungszahnes, und 7B ist eine Frontalansicht des abgeschnittenen pyramidenförmigen Frakturierungszahnes in einem Abschnitt, in dem sich die Rollen gegenüberstehen.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht des bezogen auf 4 anderen Frakturierungszahnbeispiels.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht eines substantiellen Abschnittes der Frakturierungszahneinheiten, wobei die Einheiten mit einem Kunststoffüberzug beschichtet sind.
- 10 ist eine Frontalansicht eines substantiellen Abschnittes einer modifizierten Form der Befestigungsplatte der Frakturierungszahneinheit.
- 11 ist eine schematische Ansicht und zeigt durch eine Frakturierung eines Stabförmigen polykristallinen Silizium erhaltene Fragmente.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Im Folgenden werden eine Ausführungsform 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“) der vorliegenden 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 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 Frakturierungszahneinheit 8 befestigt.
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Die Frakturierungszahneinheit 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 Frakturierungszahn 5 ist als eine Einheit aus Hartmetall oder Siliziummaterial, und besitzt einen säulenartigen Teil 13 und einen Flansch 14, welcher an einem Basisteil des säulenartigen Teiles 13 einen vergrößerten Durchmesser aufweist, wie in 5 gezeigt.
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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. Der Flansch 14 ist so ausgeformt, dass beide Seiten einer kreisförmigen Platte parallel zur längslaufenden Anordnung des säulenartigen Teiles 13 (also in Längsrichtung des Frakturierungszahnes 5) so beschnitten sind, dass abgeflachte Abschnitte 17 in 180° entgegengesetzter Richtung zu einander entstehen. Eine Endfläche des Flanschs 14 ist ausgeformt als eine flache Ebene 14a rechtwinklig zur Längsrichtung des Frakturierungszahnes 5.
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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 entsprechend dem Flansch 14 des Frakturierungszahnes 5 entspricht. Der Frakturierungszahn 5 ist auf der Befestigungsplatte 11 so befestigt, dass er nicht rotieren kann beim Einpassen 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 abgeflachten Abschnitten 17 des Flanschs 14. Das bedeutet, dass die Rückhaltestruktur für den Frakturierungszahn aufgebaut ist aus den flachen Teilen 24 der Befestigungsplatte 11 und den flachen Teilen 17 des Flanschs 14.
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Die Befestigungsplatte 11 wird auf jede der Ebenen 6 der Rollen 3 so aufgelegt, dass die erweiterte Abschnitten 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. So befestigt, sind die Oberflächen der flachen Ebene 14a des Flanschs 14 des Frakturierungszahnes 5 und flache Ebene 6 in Kontakt miteinander an der äußeren Umlauffläche der Rolle 3. Auch sind die Oberflächen der Hinterseite 11a der Befestigungsplatte 11 und der flachen Ebene 6 der Rolle 3 in Kontakt.
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Die Frakturierungszahneinheiten 8 sind so angebracht, dass die Frakturierungszähne 5 der benachbarten Frakturierungszahneinheiten 8 nicht in Reihen umlaufend die Rollen 3 aufgereiht sind, wie auch in 4 gezeigt. Genauer gesagt, sind die benachbarten Frakturierungszahneinheiten 8 so auf den Rollen 3 angeordnet, dass die Frakturierungszähne 5 in einer gestaffelten Anordnung angebracht sind. Auf der anderen Seite wiederum sind zwischen den Rollen 3 die Frakturierungszähne 5 so angeordnet, dass die sich die Oberflächen 15 an der Spitze der Frakturierungszähne 5 auf den Rollen 3 in dem Abschnitt, in dem sich die Rollen 3 gegenüberliegen (Begegnungszone), jeweils gegenüberstehen, wie in 6 gezeigt. In 6, betrachtend die gestaffelt angeordnete Frakturierungszähne 5, sind die in der einen Umlaufreihe angeordneten Frakturierungszähne 5 gekennzeichnet mit durchgezogenen Linien; und die in der unteren Umlaufreihe angeordneten Frakturierungszähne 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 H des Frakturierungszahnes 5 von der Oberfläche der Befestigungsplatte 11 bis zur Spitze des Frakturierungszahnes 5, gezeigt in 6, ist gewählt in einem Bereich von 10 mm bis 30 mm; und die Spaltenweite 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 5 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 Frakturierungszahneinheiten 8, welche sich an beiden Enden der Rollen 3 befinden, außerhalb der Trennplatten 31 angeordnet, so dass die Räume oberhalb und unterhalb der Begegnungszone der Rollen 3 sich zwischen den Trennplatten 31 befinden. Der Raum zwischen den Trennplatten 31 ist der Frakturierungsraum 33 für polykristallines Silizium. Auf einer oberen 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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An den Frakturierungszähnen 5 sind die Oberflächen 15 sphärisch ausgeformt, so dass die Oberflächen 15 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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Im Übrigen kommt es im Falle, dass die Frakturierungszähne 35 in der Form von abgeschnittenen Pyramiden ausgeformt wurden, wie in 7A gezeigt, unter Umständen dazu, dass sich polykristallines Silizium zwischen den flachen Abschnitten 35a der Frakturierungszähne 35 verkeilt und dort zermahlen wird, so dass sich auf Grund des Kontaktes mit der Oberfläche Pulver bildet, wie in 7B gezeigt. Im in 7A und 7B gezeigten Vergleichsbeispiel wird polykristallines Silizium auch durch die Oberflächen 35b zermahlen, da die Oberflächen 35b der Frakturierungszähne 35 ebenso als flache Ebenen ausgeformt sind.
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Es ist sehr schwierig, die Entstehung von Pulver zu vermeiden, wenn die Frakturierungszähne flache Ebenen aufweisen. Andererseits sind die Frakturierungszähne gemäß der vorliegende Erfindung so ausgeformt, dass die Spitzen der säulenartigen Teile eine sphärische Form haben und die Seitenflächen der der säulenartigen Teile sind zylindrisch geformt, so dass das Pulver reduziert werden kann.
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Während des Frakturierungsprozesses wirkt auf den Frakturierungszahn 5 der Frakturierungsimpuls an der Kontaktfläche, da die Oberflächen der flachen Ebene 14a des Flanschs14 des Frakturierungszahnes 5 und der flachen Ebene 6 der Rolle 3 in Kontakt miteinander sind, so dass die Intensität der Frakturierung stabil bleibt. Daher schwingen die Frakturierungszähne 5 nicht und einheitliche Fragmente können hergestellt werden.
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Weiterhin schwingt die Befestigungsplatte 11 nicht durch den erhaltenen Impuls auf die Frakturierungszähne 5, da die Rückwand 11a der Befestigungsplatte 11 und die flache Ebene 6 der Rolle 3 in Kontakt miteinander sind. Daher kann auch durch Vermeidung einer Verwindungskraft auf die Befestigungsschrauben 26 der Befestigungsplatte 11 mit der Rolle 3, die Befestigungsstruktur geschont werden und Bruch oder ähnliches kann verhindert 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, einzelne 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. Daher sind Erhaltungsarbeiten, wie zum Beispiel Austausch, Politur, oder ähnliches der Frakturierungszähne 5 einfach.
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Es ist bevorzugt, dass die Befestigungsplatte 11 aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem hergestellt ist, um deren Stärke zu garantieren. Auch kann, wie in 8 gezeigt, die Befestigungsplatte 11 mit Überzügen 41 aus Hartmetall oder Siliziummaterial mit der gleichen Länge und der gleichen Breite wie die der Befestigungsplatte 11 ausgestattet sein. In den Überzügen 41 sind Löcher 42 ausgeformt, in die die säulenartigen Teile 13 der Frakturierungszähne 5 oder die Schrauben 26 eingepasst sind. Es ist anzumerken, dass nur die Symbole der Löcher 42 für die säulenartigen Teile 13 der Frakturierungszähne 5 in 8 bezeichnet sind. Die Überzüge 41 sind auf der Rolle einheitlich befestigt. Durch den Einsatz der Überzüge 41, kann Kontamination vermieden werden, obwohl die Oberflächen der Überzüge 41 in Kontakt mit polykristallinem Silizium sind. Anstelle der Überzüge 41 können die Oberflächen der Befestigungsplatten 11 mit einem Kunststoff, wie zum Beispiel Polypropylen, Tetrafluorethylene oder ähnlichem beschichtet sein.
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Wie in 9 gezeigt, kann ein Kunststoffüberzug 45 aus Polypropylen oder ähnlichem um die Befestigungsplatten 11 herum auf der äußeren Umlauffläche der Rolle angebracht sein. Der Kunststoffüberzug 45 weist eine Vielzahl von Löchern 43 und 44 auf, in welche die Frakturierungszähne 5 oder die Schrauben 26 hineinragen, und ist Plattenförmig ausgeformt und bedeckt die äußere Umlauffläche der Rolle rund herum, wenn die säulenartigen Teile 13 der Frakturierungszähne 5 in die Löcher 43 eingepasst sind. Bei Verwendung des Kunststoffüberzuges 45 sind auch kleine Lücken „g“ (siehe 10A), welche sich zwischen den Befestigungsplatten 11 der Frakturierungszahneinheiten 8 bilden, bedeckt, so dass sich kein Pulver oder ähnliches in den Lücken „g“ festsetzen kann. Wenn der Kunststoffüberzug 45 abgenutzt ist, kann der Kunststoffüberzug 45 ersetzt werden.
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Die oben beschriebenen Befestigungsplatten 11 der Frakturierungszahneinheiten 8 sind in 10A gezeigt; und ein modifiziertes Beispiel hiervon ist in 10B gezeigt. Wie in 10B gezeigt, können die Befestigungsplatten 51 so ausgestaltet sein, dass sie einen fächerförmigen Querschnitt anstelle eines Rechteckigen Querschnittes aufweisen. Das bedeutet, dass bei der Befestigungsplatte 51 die Breite W1 der Rückwand größer ist als die Breite W2 der oberen Wand, so dass die Lücken „g“ wie in 10A gezeigt sich nicht zwischen den oberen Abschnitten der Befestigungsplatten 51 bilden können, wenn die Befestigungsplatten 51 auf die äußere Umlauffläche der Rolle 3 gelegt wird und dort auf den Flächen 6 befestigt werden.
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Da die Seitenwände der benachbarten Befestigungsplatten 51 in Kontakt miteinander sind, werden bei der oben beschriebenen Ausgestaltung der Befestigungsplatten 51, die Befestigungsplatten 51 durch gegenseitige Wechselwirkung stabilisiert, und die Befestigungsplatten 51 schwingen nicht durch den Impuls auf die Frakturierungszähne 5. Da keine Verwindungskraft auf die Befestigungsschrauben 26 wirkt, die die Befestigungsplatte 51 mit der Rolle 3 fixieren, kann die Befestigungsstruktur geschont werden und deren Bruch oder ähnliches kann verhindert werden.
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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 stehen sich in der obigen Ausführungsform die Oberflächen der oberen Spitzen der Frakturierungszähne in dem Bereich gegenüber, in dem sich die Rollen gegenüberstehen. Jedoch können die Frakturierungszähne einer Rolle so ausgestaltet sein, dass sie in dem Bereich, in dem sich die Rollen gegenüberstehen in die Lücken zwischen den Frakturierungszähnen der anderen Rolle greifen.
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Auch sind die Abmessungen der Lücken bei Gegenüberstehen der entsprechenden Frakturierungszähne nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Seitenflächen der säulenartigen Teile der Frakturierungszähne sind in den obigen Ausführungsbeispielen zylindrisch ausgestaltet. Jedoch können die Seitenflächen konisch ausgestaltet sein. Weiterhin können die Spitzen der Frakturierungszähne konisch ausgestaltet sein um mit den sphärischen Oberflächen an der Spitze und dem zylindrisch Basisabschnitt verbunden zu werden.
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Die Rückhaltestruktur der Frakturierungszähne kann auch so ausgestaltet sein, dass flache Ebenen sich berühren, wie in der obigen Ausführungsform, oder auch als dimensionale, ineinander passende Strukturen von Dorn und Vertiefung.
