TWI805463B - 一種觀察窗及單晶爐 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種觀察窗及單晶爐，該觀察窗包括保護窗元件，該保護窗元件包括至少兩層透明鏡片、及將該至少兩層透明鏡片固定於該安裝座上的固定單元；該至少兩層透明鏡片包括從爐體內側向爐體外側依次疊設的內側鏡片和外側鏡片，該內側鏡片的內側面和外側面中至少一個側面呈弧面狀。本發明實施例所提供的觀察窗及單晶爐，其觀察窗包括至少兩層透明鏡片，其中內側鏡片具有弧面，以此可加強內側鏡片的受力面積，從而將壓力更加均勻地分散至位於內側鏡片邊緣的固定元件上，能夠提升觀察窗的抗壓能力，因此觀察窗更不易碎裂。且通過改變弧面的弧度還可以具有更高的抗壓極限。

Description

一種觀察窗及單晶爐

本發明屬於單晶生長設備技術領域，具體關於一種觀察窗及單晶爐。

在相關技術中，對於具有高壓內腔的爐體例如單晶爐來說，其觀察窗需要承受很大的壓力，對觀察窗的密閉性、安全及可靠性均有極高的要求。目前的觀察窗多採用雙層玻璃結構，內層玻璃內、外側的溫差和壓差很大，極易出現內層玻璃破碎的現象。

有鑑於此，本發明實施例提供一種觀察窗及單晶爐，能夠提升觀察窗的抗壓性，且結構簡單，更加安全可靠。

為解決上述技術問題，本發明實施例採用以下技術方案： 本發明一方面實施例提供一種觀察窗，用於具有高壓內腔的爐體上，該爐體上設可視視窗，該可視視窗週邊設有安裝座；該觀察窗包括保護窗元件，該保護窗元件包括至少兩層透明鏡片、及將該至少兩層透明鏡片固定於該安裝座上的固定單元；該至少兩層透明鏡片包括從該爐體內側向該爐體外側依次疊設的內側鏡片和外側鏡片，該內側鏡片的內側面和外側面中至少一個側面呈弧面狀。

示例性地，該內側鏡片的內側面和外側面均為弧面狀且朝該外側鏡片凸起。

示例性地，該外側鏡片的內側面和外側面均為平面狀。

示例性地，該外側鏡片的外側面鍍膜，用於隔絕熱量和/或減弱光線。

示例性地，該安裝座包括朝外的裝配面，該裝配面圍繞該可視視窗的邊緣設有支撐臺階； 該固定單元包括： 內壓板，其圍繞該內側鏡片的外周邊緣設置，且該內側鏡片的外周邊緣夾持於該內壓板與該安裝座之間；及 外壓板，其圍繞該外側鏡片的外周邊緣設置，且該外側鏡片的外周邊緣夾持於該內壓板與該外壓板之間。

示例性地，該內壓板的內側面上設有第一沉肩，該內側鏡片的外周邊緣夾持於該支撐臺階和該第一沉肩之間； 該內壓板的外側面上設第二沉肩，該外壓板的內側面上設第三沉肩，該外側鏡片的外周邊緣夾持於該第二沉肩與該第三沉肩之間。

示例性地，該內側鏡片與該支撐臺階之間夾持有第一密封圈； 該內側鏡片與該第一沉肩之間夾持有第二密封圈； 該外側鏡片與該第二沉肩之間夾持有第三密封圈； 該外側鏡片與該第三沉肩之間夾持有第四密封圈。

示例性地，該內側鏡片、該第一密封圈和該第二密封圈的疊加厚度大於該支撐臺階與該第一沉肩之間的間隙高度；該外側鏡片、該第三密封圈和該第四密封圈的疊加厚度大於該第二沉肩與該第三沉肩之間的間隙高度；且該第二密封圈的厚度大於該第一密封圈、該第三密封圈和該第四密封圈的厚度。

示例性地，該觀察窗還包括可拆卸地連接在該保護窗元件外的保護罩元件，該保護罩元件包括平面鏡及固定於該平面鏡外周的底板，其中該底板可拆卸地連接至該固定單元上。

本發明另一方面實施例還提供了一種單晶爐，該單晶爐包括如上所述的觀察窗。

本發明上述技術方案的有益效果如下： 根據本發明實施例的觀察窗及單晶爐，其觀察窗包括至少兩層透明鏡片，其中內側鏡片具有弧面，以此可加強內側鏡片的受力面積，從而將壓力更加均勻地分散至位於內側鏡片邊緣的固定元件上，能夠提升觀察窗的抗壓能力，因此觀察窗更不易碎裂。且通過改變弧面的弧度還可以具有更高的抗壓極限。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。

在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明實施例中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明實施例中的具體含義。

在對本發明實施例所提供的觀察窗及單晶爐進行詳細說明之前，有必要對於相關技術進行以下說明： 在相關技術中，對於具有高壓內腔的爐體例如單晶爐來說，其觀察窗需要承受很大的壓力，對觀察窗的密閉性、安全及可靠性均有極高的要求。以拉晶爐的觀察窗為例，拉晶爐的觀察窗是單晶生長設備中非常重要的部位。在單晶生長過程中，需要拉晶人員根據熔區狀態進行功率、生長速度和轉速等步驟參數的調整，這要求熔爐提供一個拉晶人員便於觀察的觀察視窗，能夠直觀地觀察到長晶過程的細節，以便於及時調節參數，提高晶棒品質。

直拉單晶製造（Czochralski，CZ）法是目前較為廣泛的一種制單晶矽的方法，其所採用的設備需要抽真空，因此爐內壓強遠高於外界壓強。通常將爐壁設計成圓形，以提高其承壓能力。但是，觀察窗是相對於爐壁獨立的結構。為了保證晶棒的品質，對觀察窗的密閉性、安全及可靠性均有極高的要求。

在相關技術中，拉晶爐上的觀察窗多採用雙層玻璃結構，內層玻璃內、外側的溫差和壓差很大，極易出現玻璃破碎的現象。觀察窗承壓能力主要取決於內側玻璃。在一些相關技術中，為了提升觀察窗的承壓能力，提出將觀察窗設置為三層甚至三層以上玻璃的技術方案，可以在中層和外層玻璃之間通入冷卻水以減少內側玻璃兩側溫差大的問題，但是其承壓能力還是取決於內側玻璃，而目前觀察窗均採用的是抗壓能力低下的平面鏡，僅在玻璃層數上進行改進與創新，這種結構無法從根本解決抗壓能力不足的問題，承壓最大的往往是最厚的內側玻璃，在極大壓差下內側玻璃碎裂，中層及外層玻璃無法承擔壓力，且結構複雜，穩定性不好，因此為了提升抗壓性，一般都是只能被動增加內側玻璃厚度，最終只能導致結構更加複雜，且這種設計能提升的空間非常有限。

為了解決上述問題，本發明實施例提供了一種觀察窗及單晶爐，能夠提升觀察窗的抗壓性，且結構簡單，更加安全可靠。圖1所示為本發明實施例所提供的一種觀察窗的外觀示意圖。圖2所示為本發明實施例所提供的一種觀察窗的剖面結構示意圖。

本發明實施所提供的觀察窗可應用於具有高壓內腔的爐體上。

如圖1所示，該爐體10上可設可視視窗，該可視視窗週邊可設有安裝座11。安裝座11可以是沿可視視窗的外周圍繞一圈，也可以是僅設置在可視視窗週邊部分區域，例如可視視窗的相對兩側。觀察窗20安裝於安裝座11上。

如圖2所示，本發明實施例提供的觀察窗20包括保護窗元件，該保護窗元件包括至少兩層透明鏡片、及將該至少兩層透明鏡片固定於該安裝座11上的固定單元。其中該固定單元可以是圍繞至少兩層透明鏡片的外周邊緣設置。該至少兩層透明鏡片包括從該爐體10內側向該爐體10外側依次疊設的內側鏡片110和外側鏡片120，該內側鏡片110的內側面和外側面中至少一個側面呈弧面狀。

上述方案中，將觀察窗的內側鏡片110設計為至少一側面為弧面，以此可加強內側鏡片110的受力面積，從而將壓力更加均勻地分散至位於內側鏡片110邊緣的固定元件上，能夠提升觀察窗的抗壓能力，因此觀察窗更不易碎裂。此外，將內側鏡片110從現有技術中的平面鏡改進為弧面鏡，結構上不會導致結構更複雜，且通過改變弧面的弧度還可以具有更高的抗壓極限。

以下對本發明實施例提供的觀察窗進行更為詳細的說明。

在一些示例性地實施例中，如圖2所示，該內側鏡片110的內側面和外側面均為弧面狀且朝該外側鏡片120凸起。也就是說，該內側鏡片110為朝外凸起的雙面弧形結構。這樣，一方面，內、外側面均向外凸起，內、外側面承受壓力的面積均增大，可以進一步提升抗壓能力；另一方面，可以使得該內側鏡片110類似於凸透鏡，具有放大圖像作用，能夠使得觀察人員更好地觀察爐內細節情況。

在一些示例性地的實施例中，如圖2所示，該外側鏡片120的內側面和外側面均為平面狀。由於主要承壓的部件為內側鏡片110，外側鏡片120主要是能夠使得觀察人員近距離觀察，外側鏡片120僅承受很小的壓力，因此外側鏡片120可依然選用平面鏡片。這樣，降低整個結構的改進成本，減少結構複雜性。當然可以理解的是，外側鏡片120也可以選用與內側鏡片110相同的弧面鏡，這樣，當爐內壓力極限情況下，內側鏡片110若破損，外側鏡片120可起到一定的臨時保護作用。

此外，在一些示例性地，該外側鏡片120的外側面鍍膜，用於隔絕熱量和/或減弱光線。採用上述方案，外側鏡片120上鍍膜，其主要作用是可隔絕爐內熱量和減弱強光線。

需要說明的是，該內側鏡片110和該外側鏡片120的外形可以適應爐體10上可視視窗的形狀，材料可選用耐高溫高壓的透明材料，例如玻璃等。

在一些示例性地實施例中，該安裝座11包括朝外的裝配面，該裝配面圍繞該可視視窗的邊緣設有支撐臺階11a。該固定單元可包括內壓板210和外壓板220，該內壓板210圍繞該內側鏡片110的外周邊緣設置，且該內側鏡片110的外周邊緣夾持於該內壓板210與該安裝座11之間；該外壓板220圍繞該外側鏡片120的外周邊緣設置，且該外側鏡片120的外周邊緣夾持於該內壓板210與該外壓板220之間。其中該內壓板210可通過第一螺釘230固定於該安裝座11上，該外壓板220可通過第二螺釘240固定於該內壓板210上。通過第一螺釘230和第二螺釘240的擰緊程度，還可以調整內側鏡片110在支撐臺階11a和內壓板210之間的夾緊力，以及外側鏡片120在內壓板210與外壓板220之間的夾緊力，以此提升觀察晶的密封性。第一螺釘230和第二螺釘240可選用沉頭螺釘。

需要說明的是，在其他實施例中，該內壓板與該外壓板之間也可以採用其他任意合適的方式可拆卸連接。

在一些示例性的實施例中，如圖2所示，該內壓板210的內側面上設有第一沉肩211，該內側鏡片110的外周邊緣夾持於該支撐臺階11a和該第一沉肩211之間；該內壓板210的外側面上設第二沉肩212，該外壓板220的內側面上設第三沉肩221，該外側鏡片120的外周邊緣夾持於該第二沉肩212與該第三沉肩221之間。

採用上述方案，為了減少整體固定單元的厚度以及更為穩定地夾緊固定內、外側鏡片120，可在內壓板210與外壓板220上設計沉肩，便於安裝內側透明鏡和外側透明鏡。且內壓板210和外壓板220的邊緣可加工出倒角，沉肩的內緣可加工有圓角。

此外，一些實施例中，該內壓板210和該外壓板220上可設有定位槽，以使得內壓板210和外壓板220之間、及內壓板210與安裝座11之間可準確定位，以使得內、外壓板220及安裝座11上的螺孔準確對中，進一步提升螺釘連接的穩定性和可靠性。需要說明的是，內壓板210與外壓板220的平面形狀適應內、外側鏡片120外形。

此外，在一些實施例中，如圖2所示，該內側鏡片110與該支撐臺階11a之間夾持有第一密封圈250；該內側鏡片110與該第一沉肩211之間夾持有第二密封圈260；該外側鏡片120與該第二沉肩212之間夾持有第三密封圈270；該外側鏡片120與該第三沉肩221之間夾持有第四密封圈280。這樣的設置，可以提升觀察窗的密封性。

示例性地，如圖2所示，該內側鏡片110、該第一密封圈250和該第二密封圈260的疊加厚度大於該支撐臺階11a與該第一沉肩211之間的間隙高度，也就是說，內側鏡片110加上第一密封圈250和第二密封圈260的高度大於支撐臺階11a與內壓板210接合處的高度，以利於夾緊內側鏡片110，進一步提升密封性。

該外側鏡片120、該第三密封圈270和該第四密封圈280的疊加厚度大於該第二沉肩212與該第三沉肩221之間的間隙高度，也就是說，外側鏡片120加上第三密封圈270和第四密封圈280的高度大於內壓板210與外壓板220接合處的高度，以利於夾緊外側鏡片120，進一步提升密封性。

如圖2所示，示例性地，內側鏡片110的外徑邊緣與內壓板210上的第一沉肩211的內邊緣之間需預留2~5mm的距離；外側鏡片120的外徑邊緣與內壓板210上的第二沉肩212的內邊緣、外壓板220上的第三沉肩221的內邊緣之間需預留2~5mm的距離。這樣的設置，一方面留有安裝餘量，便於安裝，另一方面，可以為鏡片的熱脹冷縮留有空間，避免鏡片碎裂。

此外，由於內側鏡片110呈弧面狀，為了適應內側鏡片110的厚度，如圖所示，該第二密封圈260的厚度大於該第一密封圈250、該第三密封圈270和該第四密封圈280的厚度。

需要說明的是，該第一密封圈250、該第二密封圈260、該第三密封圈270和該第四密封圈280可採用耐高溫高壓的彈性材料製成，各密封圈的外形為適應內、外側鏡片120外形的環狀，且密封圈的外徑略大於鏡片外徑，密封圈的外徑與內、外壓板220上沉肩的內徑一致。

此外，在相關技術中，一旦觀察窗碎裂，只能緊急停機，關掉電源，降低溫度，但是無法避免空氣進入爐體10內腔，這樣會對設備及生產造成極大損失，還會威脅人員安全，並且不能及時分析事故的原因。

為了解決上述問題，在本發明一些示例性的實施例中，如圖3和圖4所示，該觀察窗還包括可拆卸地連接在該保護窗元件外的保護罩元件300，該保護罩元件300包括平面鏡310及固定於該平面鏡310外周的底板320，其中該底板320可拆卸地連接至該固定單元上。

採用上述方案，可在觀察窗上設計一可拆卸的保護罩元件300，該保護罩元件300可作為臨時補救方案使用，主要作用是：在觀察鏡的內側鏡片110完整無損時，該保護罩元件300可從保護窗元件上拆卸下，以備緊急使用；當拉晶爐上的內側鏡片110碎裂後，可將該保護罩元件300直接蓋在觀察窗上，其底板320能夠與觀察窗的外壓板220完美貼合連接，利用強大的氣壓使底板320可自動牢固緊密地連接在已破碎的觀察窗上，防止更多空氣湧入爐體10內。還可以在外壓板220與底板320之間通過螺釘連接，防止底板320波動。如此，能夠最大限度降低本次事故的損失。並且，也具有觀察爐體10內部情況的功能，提供及時分析本次事故原因的機會。

示例性地，如圖3和圖4所示，該保護罩元件300為預先制好的一個結構緊湊、密閉性良好的整體，其中底板320上用於與外壓板220貼合的側面上可留有第一凹槽，第一凹槽內可容置第五密封圈330，對應的，外壓板220上設有第二凹槽，這樣，當底板320與外壓板220對接貼合時，第五密封圈330可嵌入至第二凹槽內，以便保護罩元件300能與觀察窗元件完美配合。出現緊急情況使用後，當其蓋在觀察窗上時，還需擰入螺釘增加保護罩的穩定性。保護罩平時放在拉晶爐旁邊，以備緊急使用。

此外，本發明實施例還提供了一種單晶爐，包括本發明實施例提供的觀察窗。顯然，本發明實施例提供的單晶爐具有本發明實施例提供的觀察窗所帶來的有益效果，在此不再贅述。

以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。

10:爐體 11:安裝座 11a:支撐臺階 20:觀察窗 110:內側鏡片 120:外側鏡片 210:內壓板 211:第一沉肩 212:第二沉肩 220:外壓板 221:第三沉肩 230:第一螺釘 240:第二螺釘 250:第一密封圈 260:第二密封圈 270:第三密封圈 280:第四密封圈 300:保護罩元件 310:平面鏡 320:底板 330:第五密封圈

圖1為本發明實施例所提供的一種觀察窗的外觀示意圖； 圖2為本發明實施例所提供的一種觀察窗的剖面結構示意圖，其中未安裝有保護罩元件； 圖3為本發明實施例所提供的一種觀察窗的剖面結構示意圖，其中安裝有保護罩元件； 圖4為本發明實施例提供的觀察窗中保護罩元件的結構示意圖。

10:爐體

11:安裝座

20:觀察窗

Claims (10)

1. 一種觀察窗，用於具有內腔的爐體上，該爐體上設可視視窗，該可視視窗週邊設有安裝座；該觀察窗包括保護窗元件，該保護窗元件包括至少兩層透明鏡片、及將該至少兩層透明鏡片固定於該安裝座上的固定單元；該至少兩層透明鏡片包括從該爐體內側向該爐體外側依次疊設的內側鏡片和外側鏡片，該內側鏡片的內側面和外側面中至少一個側面呈弧面狀。
2. 如請求項1所述之觀察窗，其中，該內側鏡片的內側面和外側面均為弧面狀且朝該外側鏡片凸起。
3. 如請求項1所述之觀察窗，其中，該外側鏡片的內側面和外側面均為平面狀。
4. 如請求項1所述之觀察窗，其中，該外側鏡片的外側面鍍膜，用於隔絕熱量和/或減弱光線。
5. 如請求項1所述之觀察窗，其中，該安裝座包括朝外的裝配面，該裝配面圍繞該可視視窗的邊緣設有支撐臺階； 該固定單元包括： 內壓板，其圍繞該內側鏡片的外周邊緣設置，且該內側鏡片的外周邊緣夾持於該內壓板與該安裝座之間；及 外壓板，其圍繞該外側鏡片的外周邊緣設置，且該外側鏡片的外周邊緣夾持於該內壓板與該外壓板之間。
6. 如請求項5所述之觀察窗，其中， 該內壓板的內側面上設有第一沉肩，該內側鏡片的外周邊緣夾持於該支撐臺階和該第一沉肩之間； 該內壓板的外側面上設第二沉肩，該外壓板的內側面上設第三沉肩，該外側鏡片的外周邊緣夾持於該第二沉肩與該第三沉肩之間。
7. 如請求項6所述之觀察窗，其中， 該內側鏡片與該支撐臺階之間夾持有第一密封圈； 該內側鏡片與該第一沉肩之間夾持有第二密封圈； 該外側鏡片與該第二沉肩之間夾持有第三密封圈； 該外側鏡片與該第三沉肩之間夾持有第四密封圈。
8. 如請求項7所述之觀察窗，其中， 該內側鏡片、該第一密封圈和該第二密封圈的疊加厚度大於該支撐臺階與該第一沉肩之間的間隙高度；該外側鏡片、該第三密封圈和該第四密封圈的疊加厚度大於該第二沉肩與該第三沉肩之間的間隙高度；且該第二密封圈的厚度大於該第一密封圈、該第三密封圈和該第四密封圈的厚度。
9. 如請求項1所述之觀察窗，該觀察窗還包括可拆卸地連接在該保護窗元件外的保護罩元件，該保護罩元件包括平面鏡及固定於該平面鏡外周的底板，其中該底板可拆卸地連接至該固定單元上。
10. 一種單晶爐，包括如請求項1至9中任一項所述之觀察窗。

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