WO2006128575A1 - Mehrteiliger, dünnwandiger tiegel mit einlage aus quarzglasgewebe oder quarzglasfilz zum abkühlen von si-schmelzen - Google Patents

Mehrteiliger, dünnwandiger tiegel mit einlage aus quarzglasgewebe oder quarzglasfilz zum abkühlen von si-schmelzen Download PDF

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crucible
quartz glass
inserts
individual components
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Albrecht Fickel
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Saint-Gobain Industriekeramik Rödental GmbH
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    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers

Definitions

  • the present invention relates to a crucible for casting and cooling silicon melts according to the preamble of claim 1.
  • Si melts for example for photovoltaics
  • crucibles in particular made of thick-walled quartz material
  • Common dimensions of these crucibles range from 450 x 450 x 400 mm (width x depth x height) to 1100 x 1100 x 600 mm.
  • the crucibles are provided with mineral coatings, the engobes, on the inner surface. Silicon nitride (Si 3 N 4 ) has proven to be a suitable coating here.
  • the crucibles After infestation with the Si melt, the crucibles are cooled unidirectionally from the bottom in order to produce special crystalline properties in the solidified silicon structure (the ingot).
  • the object of the invention is to provide crucibles or the like for casting and cooling Si melts which can be used several times, enable high cooling speeds and are inexpensive to purchase and operate.
  • the invention is characterized in that instead of a thick-walled quartz crucible, inserts made of temperature-resistant fabric are used, which form the cavity of the crucible.
  • the inserts are received in a frame-like, multi-part support structure.
  • the plate-shaped individual components of the support structure can be made thinner-walled than conventional quartz crucibles. This results in advantages in the temperature resistance, in particular in the resistance to thermal shocks, ie in relation to high temperature gradients, such as occur, for example, when the required low cooling times are required. This results in the further advantage that the individual components of the support structure can now be used multiple times, which leads to a significant increase in the service life and also brings considerable cost advantages.
  • the thin inserts which can be formed in one piece as a sack and are made of a temperature-resistant fabric, e.g. quartz glass fabric, in particular felt made of quartz glass, or other suitable materials, are introduced into the cavity of the support structure before each pouring (the batch) and onto the inner walls the support structure. It has been shown that these tissue inserts avoid contact reactions or buildup of the Si melts on the inner walls of the support structure, so that as a further advantage the previously usual engobing of the inner surfaces of the crucible can be dispensed with.
  • a temperature-resistant fabric e.g. quartz glass fabric, in particular felt made of quartz glass, or other suitable materials
  • the essentially plate-shaped individual components of the frame-like support structure which are combined in a kind of modular system, are significantly cheaper to manufacture and operate than a one-piece quartz crucible, since the individual components are easier to handle, transport, store, assemble and dispose of. Above all, significantly higher stocking densities are possible in the furnace when the individual components burn. Due to the modular system, the individual components can be largely standardized.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the crucible according to the invention with inserted inserts in an isometric view
  • Fig. 4 is a cross-sectional detailed view (according to Fig. 3) of the crucible in the lower frame area and
  • Fig. 5 is a cross-sectional detailed view (according to Fig. 3) of the crucible in the upper frame area.
  • the crucible in the exemplary embodiment shown has a frame-like support structure T, which has a cuboid structure.
  • the support structure T is essentially composed of parallel opposite side parts 3 and 4, which form a comprehensive side wall and a bottom 1.
  • the crucible is open at the top and, with its inward-facing surfaces, Chen the side wall and the upward-facing surface of the bottom 1, a volume or a cavity C for receiving the liquid Si melt.
  • Fig. 2 shows the structure of the base plate 1 from two rectangular plates 1 1 and 12.
  • the side wall consists of pairs of parallel opposite side parts 3 and 4, which can also be formed in several parts.
  • Fig. 2 shows the two-part structure of the side part 4 with the rectangular plate parts 41 and 42, which can be of identical design and can be positioned and supported relative to each other by a central support 6 extending in the vertical direction v.
  • a division in the horizontal direction h of the side parts is also conceivable.
  • thin rectangular plates have a higher thermal shock resistance than square plates of the same area.
  • each angled at a vertical edge at an approximately 90 ° angle For easier assembly of the support structure and for mutual stabilization of the side parts 3 and 4, these are each angled at a vertical edge at an approximately 90 ° angle.
  • the inward-facing surface of the angled section 43 of the side part 4 flatly touches a corresponding part on the outside of the side part 3.
  • This constructional measure allows the side parts to move slightly to one another in these areas if this is necessary, for example due to thermal expansion is.
  • the side parts 3 and 4 each have a bevel on both vertical edges.
  • individual or all four vertical edges of the support structure can be formed by incorporated corner webs, comparable to the central webs 6.
  • the side parts 3 and 4 are held and stabilized in their arrangement by a lower frame 2 and an upper frame 5.
  • the upper frame 5 is constructed in one piece and has an L-shaped (see FIG. 4) or U-shaped profile in cross section, which surrounds or comprises the horizontal edges of the end walls 3 and 4 forming the crucible opening, and thus each other positioned and supports.
  • the one-piece lower frame 2 has an L-shaped profile in cross section, which with its vertical Leg surfaces that surround the edges of the side parts 3 and 4 facing the base plate 1 and form a support for the base plate 1 with its horizontal leg surfaces.
  • the seal 7 is constructed horizontally flat, preferably in one piece. With the underside, the seal 7 rests on the horizontal leg surfaces of the lower frame (see FIG. 2). On the top of the seal 7, the base plate 1 and the side parts 3 and 4 lie with their lower end faces facing the base.
  • the seal 8 is a preferably one-piece circumferential seal, which extends between the vertical leg surfaces of the lower frame and part of the lower, outwardly facing surfaces of the side parts 3 and 4. Due to a clamping effect, further mounting means can largely be dispensed with when mounting the lower frame 2. Furthermore, the individual components of the support structure are thermally and mechanically separated from one another by the seals 7 and 8.
  • the upper and lower frames are preferably identical to reduce the number of different components required.
  • the upper and / or the lower frame can be constructed in several parts.
  • the seals 7 and 8 are formed in particular from ceramic fiber material, for example ceramic paper or felt, or other suitable materials.
  • the circumferential seal 8 can also be designed as a circumferential ceramic cord.
  • inserts 9 are introduced before each batch, so that the entire inner surface of the support structure T is covered and the cavity C is formed is.
  • the inserts can be in one piece as an insert, in particular in the form of a sack, or be formed in several parts in the form of deposits.
  • the protrusion of the insert or the inserts is knocked over the upper horizontal edges of the side parts 3 and 4 running at the crucible opening and can be fixed there with the upper frame 5 (see FIG. 5), more precisely clamped and held.
  • the upper frame simultaneously positions the side parts 3 and 4 and supports them against each other.
  • Thin quartz glass fabrics or thin quartz glass felts are preferably used as the material for the insert or for the inserts 9. However, other materials that meet the requirements are also possible.
  • the inserts or inserts 9 are additionally provided with ceramic coatings, which form a refractory protective layer and improve the sealing of the support structure T again.
  • the insert or the inserts on the upper frame simultaneously perform the functions that are carried out on the lower frame by the seals 7 and 8, i.e. Due to the compliant behavior, a low thermal expansion of the structural components is made possible in these areas. Due to a clamping effect, further assembly means can be largely dispensed with when assembling the upper frame.
  • the individual components within the support structure are given a slight freedom of movement, while the crucible T. is very stable.
  • intermediate layers made of suitable ceramic fiber material. Due to the freedom of movement for the individual components, thermal expansion is possible to a small extent, which represents a significant improvement over the known prior art.
  • the individual components of the support structure are expediently formed from recrystallized silicon carbide (RSiC) which has a temperature resistance of at least 1500 ° C.
  • the individual components of the support structure can be formed from nitride-bonded silicon carbide (NSiC) or sintered silicon carbide (S-SiC). Compared to the quartz material, these materials have greater mechanical strengths, better thermal shock resistance and significantly higher thermal conductivities, which is conducive to the mechanical stability of the support structure and the high cooling rates.

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Abstract

Tiegel zum Vergießen und Abkühlen von Silizium-Schmelzen mit einer das Gussvolumen und die Gussform bestimmenden Kavität, wobei diese Kavität aus temperaturfesten Gewebeeinlagen 9 gebildet ist, und wobei diese Gewebeeinlagen 9 von einer Stützstruktur aufgenommen und gehalten sind.

Description

Mehrteiliger, dünnwandiger Tiegel mit Einlage aus Quarzglasgewebe oder Quarzglasfilz zum Abkühlen von Si-Schmelzen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiegel zum Vergießen und Abkühlen von Silizium-Schmelzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Abkühlen gereinigter Silizium-Schmelzen (Si-Schmelzen), beispielsweise für die Fotovoltaik, werden heute üblicherweise Tiegel, insbesondere aus dickwandigem Quarzgut eingesetzt. Gebräuchliche Abmessungen dieser Tiegel reichen von 450 x 450 x 400 mm (Breite x Tiefe x Höhe) bis 1100 x 1100 x 600 mm. Um Kontaktreaktionen zwischen Tiegel und Schmelze oder ein Anhaften von Schmelze am Tiegel zu verhindern, werden die Tiegel an der Innenfläche mit mineralischen Be- schichtungen, den Engoben, versehen. Als geeignete Beschichtung hat sich hier Siliziumnitrid (Si3N4) bewährt. Nach dem Befallen mit der Si-Schmelze werden die Tiegel vom Boden aus unidirektional abgekühlt um besondere kristalline Eigenschaften im erstarrten Siliziumgefüge (dem Ingot) zu erzeugen.
Diese übliche Praxis bringt mehrere Nachteile mit sich: Als aufwändig erweist sich zunächst das Engobieren der Tiegelinnenfläche. Weiterhin verformen sich die Quarz guttiegel aufgrund der hohen Temperaturen der Si-Schmelzen von über 1.450 °C und können in Folge von thermischen Verzugsspannungen bei der Befüllung oder der Abkühlung reißen. Von daher können die Tiegel in aller Regel nur einmal eingesetzt werden. Zusätzlich müssen die Tiegel zur mechanischen Stabilisierung außenseitig meist mit einem StützTcorsett aus Grafit versehen werden. Es fallen somit hohe Kosten für die Beschaffung der Tiegel, der Stützkorsette und schließlich auch für die Entsorgung an. Großformatige einteilige (monolithische) Tiegel führen ferner zu hohen Herstellungs- und Lagerkosten. Mit derart üblichen Hohlkörpern sind insbesondere beim Brennen (dem Herstellungsbrand) nur kleine Besatzdichten im Ofen möglich. Ein weiterer Nachteil ist die Dickwandigkeit der Tiegel, die in Kombination mit der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Tiegelmaterials nur eingeschränkte Abkühlungsgeschwindigkeiten zulässt, was zu langen Prozesszeiten führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, Tiegel o. dgl. zum Vergießen und Abkühlen von Si- Schmelzen bereitzustellen, die mehrmals verwendbar sind, hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten ermöglichen und in Anschaffung und Betrieb kostengünstig sind.
Die Aufgabenstellung wird errϊndungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass anstelle eines dickwandigen Quarzguttiegels nunmehr Einlagen aus temperaturbeständigem Gewebe verwendet werden, welche die Kavität des Tiegels bilden. Die Einlagen werden in einer rahmenartigen, mehrteilig aufgebauten Stützstruktur aufgenommen. Die plattenförmigen Einzelbauteile der Stützstruktur können im Vergleich zu den herkömmlichen Quarzguttiegeln dünnwandiger ausgeführt werden. Hierdurch ergeben sich Vorteile in der Temperaturfestigkeit, insbesondere in der Beständigkeit gegenüber Thermo- schocks, d.h. gegenüber hohen Temperaturgradienten, wie diese bspw. bei geforderten niedrigen Abkühlungszeiten auftreten. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass die einzelnen Bauteile der Stützstruktur nun mehrfach verwendbar sind, was zu einer deutlichen Erhöhung der Standzeiten führt und auch erhebliche kostenmäßige Vorteile bringt. Weiterhin lassen sich defekte Einzelbauteile der Rahmenstruktur bei Bedarf einzeln austauschen, was zu weiteren Kostenvorteilen führt. Die dünnen Einlagen, die einteilig als Sack ausgebildet sein können und aus einem temperaturbeständigen Gewebe bspw. Quarzglasgewebe, insbesondere Filz aus Quarzglas, oder anderem geeigneten Materialien gebildet sind, werden vor jedem Abgießen (der Charge) in die Kavität des Stützstruktur eingebracht und an die Innenwandungen der Stützstruktur angelegt. Es hat sich gezeigt, dass diese Gewebeeinlagen Kontaktreaktionen oder Anhaftungen der Si-Schmelzen an den Innenwandungen der Stützstruktur vermeiden, so dass als weiterer Vorteil auf das bisher übliche Engobieren der Tiegelinnenflächen verzichtet werden kann. Die im wesentlichen plattenförmigen Einzelbauteile der rahmenartigen Stützstruktur, die in einer Art Baukastensystem zusammengeführt sind, sind in Herstellung und Betrieb gegenüber einem einteiligen Quarzguttiegel deutlich günstiger, da die Einzelbauteile leichter handhabbar, transportierbar, lagerbar, montierbar und entsorgbar sind. Vor allem sind beim Brand der Einzelbauteile deutlich höhere Besatzdichten im Ofen möglich. Aufgrund des Baukastensystems lassen sich die Einzelbauteile weitgehend standardisieren.
Infolge der insgesamt dünnwandigeren Einzelbauteile, insbesondere des dünnwandigeren Tiegelbodens, sind gegenüber den dickwandigen Quarzguttiegel höhere Temperaturgradienten möglich, d.h. in der Praxis werden deutlich höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten für das Ingot ermöglicht. Ferner lässt sich die Abkühlung besser kontrollieren.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Tiegels mit eingebrachten Einlagen in einer isometrischen Ansicht,
Fig. 2 den Tiegel der Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung,
Fig. 3 einen Längsschnitt des Tiegels,
Fig. 4 eine Querschnitt-Detailansicht (gemäß Fig. 3) des Tiegels im unteren Rahmenbereich und
Fig. 5 eine Querschnitt-Detailansicht (gemäß Fig. 3) des Tiegels im oberen Rahmenbereich.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Tiegel im dargestellten Ausführungsbeispiel eine rahmenartigen Stützstruktur T auf, die quaderförmig aufgebaut ist. Die Stützstruktur T ist im Wesentlichen aus parallel gegenüberliegenden Seitenteilen 3 und 4, die eine umfassende Seitenwandung bilden und einem Boden 1 gebildet. Der Tiegel ist nach oben hin offen und begrenzt mit seinen nach innen weisenden Flä- chen der Seitenwandung und der nach oben weisenden Fläche des Bodens 1 ein Volumen bzw. eine Kavität C zur Aufnahme der flüssigen Si-Schmelze.
Der hier plattenförmig ausgebildete Boden kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt den Aufbau der Bodenplatte 1 aus zwei rechteckförmigen Platten 1 1 und 12. Die Seitenwandung besteht aus jeweils paarweise parallel gegenüberliegenden Seitenteilen 3 und 4, die ebenfalls mehrteilig ausgebildet sein können. Fig. 2 zeigt den zweiteiligen Aufbau des Seitenteiles 4 mit den recheckförmigen Plattenteilen 41 und 42, die identisch ausgebildet sein können und durch eine in vertikaler Richtung v verlaufende Mittelstütze 6 zueinander positioniert und gestützt werden können. Sinngemäß ist jedoch auch eine Teilung in horizontaler Richtung h der Seitenteile denkbar. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dünne rechteck- förmige Platten eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen, als flächengleiche quadratische Platten. Zur leichteren Montage des Stützstruktur und zur gegenseitigen Stabilisierung der Seitenteile 3 und 4, sind diese je an einer vertikalen Kante in einem ca. 90 ° Winkel abgewinkelt. So berührt bspw. die nach innen weisende Fläche des abgewinkelten Teilstückes 43 von Seitenteil 4 flächig einen entsprechenden Teil auf der Außenseite von Seitenteil 3. Durch diese konstruktive Maßnahme können sich die Seitenteile in diesen Bereichen geringfügig zueinander bewegen, wenn dies bspw. aufgrund von Wärmeausdehnung erforderlich ist. Es ist auch denkbar, dass die Seitenteile 3 und 4 jeweils an beiden vertikalen Kanten eine Abkantung aufweisen. In einer anderen Aus führungs form können einzelne oder alle vier vertikale Kanten der Stützstruktur durch eingebrachte Eckstege, vergleichbar zu den Mittelstegen 6, gebildet werden. Die Seitenteile 3 und 4 werden in ihrer Anordnung durch einen untergesetzten unteren Rahmen 2 und einen aufgesetzten oberen Rahmen 5 gehalten und stabilisiert.
Der obere Rahmen 5 ist einteilig aufgebaut und weist im Querschnitt ein L- förmiges (vgl. Fig. 4) oder U-förmiges Profil auf, das die horizontalen, die Tiegelöffnung bildenden Kanten der Abschlusswände 3 und 4 einfasst bzw. umfasst und somit diese zueinander positioniert und stützt. Der einteilig aufgebaute untere Rahmen 2 weist im Querschnitt ein L-förmiges Profil auf, das mit seinen vertikalen Schenkelflächen die der Bodenplatte 1 zugewandten Kanten der Seitenteile 3 und 4 einfasst und mit seinen horizontalen Schenkelflächen eine Auflage für die Bodenplatte 1 bildet.
Zwei am unteren Rahmen vorgesehene Dichtungen 7 und 8 (Fig. 5) dichten einerseits den Tiegel nach unten hin ab und ermöglichen andererseits eine geringfügige Wärmeausdehnung der Einzelbauteile in diesem Bereich, aufgrund des nachgiebigen Verhaltens der Dichtungen. Die Dichtung 7 ist horizontal flächig, vorzugsweise einteilig, aufgebaut. Mit der Unterseite liegt die Dichtung 7 auf den horizontalen Schenkel flächen des unteren Rahmens auf (vgl. Fig. 2). Auf der Oberseite der Dichtung 7 liegen die Bodenplatte 1 und die Seitenteile 3 und 4, mit ihren unteren, dem Boden zugewandten Stirnflächen, auf. Die Dichtung 8 ist eine vorzugsweise einteilige umlaufende Dichtung, die sich zwischen den vertikalen Schenkelflächen des unteren Rahmens und einem Teil der unteren, nach Außen gerichteten Flächen der Seitenteile 3 und 4 erstreckt. Durch einen Klemmeffekt kann bei der Montage des unteren Rahmens 2 auf weitere Montagemittel weitgehend verzichtet werden. Ferner werden durch die Dichtungen 7 und 8 die Einzelbauteile der Stützstruktur thermisch und mechanisch voneinander getrennt.
Der obere und der untere Rahmen sind vorzugsweise identisch, um die Anzahl der erforderlichen unterschiedlichen Bauteile zu reduzieren. In einer weiteren Ausführungsform können der obere und/oder der untere Rahmen mehrteilig aufgebaut sein.
Die Dichtungen 7 und 8 sind insbesondere aus Keramikfasermaterial, bspw. Keramikpapier bzw. -filz, oder sonstigen geeigneten Materialien gebildet. Die umlaufende Dichtung 8 kann ebenso als umlaufende Keramikschnur ausgebildet sein.
Um Kontaktreaktionen oder ein Anhaften der Si-Schmelze an den Innenwandungen der Stützstruktur T zu verhindern, aber auch um die Stützstruktur T zusätzlich abzudichten, werden vor jeder Charge sogenannte Einlagen 9 eingebracht, sodass die gesamte Innenfläche der Stützstruktur T bedeckt ist und die Kavität C ausgebildet ist. Die Einlagen können einteilig als Einleger, insbesondere in Form eines Sackes, oder mehrteilig in Form von Einlagen ausgebildet sein. Der Überstand des Einlegers bzw. der Einlagen wird über die oberen, an der Tiegelöffnung verlaufenden horizontalen Kanten der Seitenteile 3 und 4 geschlagen und kann dort mit dem oberen Rahmen 5 fixiert (vgl. Fig. 5), genauer gesagt eingeklemmt und festgehalten werden. Der obere Rahmen positioniert gleichzeitig die Seitenteile 3 und 4 und stützt diese zueinander ab.
Als Material für den Einleger bzw. für die Einlagen 9 kommen vorzugsweise dünne Quarzglasgewebe oder dünne Quarzglasfilze zur Anwendung. Es sind jedoch auch andere Materialien möglich, die die Anforderungen erfüllen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einleger bzw. Einlagen 9 zusätzlich mit keramischen Beschichtungen versehen, die eine feuerfeste Schutzschicht ausbilden und die Abdichtung der Stützstruktur T nochmalig verbessern.
Der Einleger bzw. die Einlagen übernehmen am oberen Rahmen gleichzeitig die Funktionen, die am unteren Rahmen von den Dichtungen 7 und 8 übernommen werden, d.h. es wird aufgrund des nachgiebigen Verhaltens ein geringe Wärmeausdehnung der Strukturbauteile in diesen Bereichen ermöglicht. Durch einen Klemmeffekt kann bei der Montage des oberen Rahmens auf weitere Montagemittel weitgehend verzichtet werden.
Die Montagreihenfolge ergibt sich gemäß der Fig. 2 von unten nach oben, d.h. die Seitenteile werden unter Einbringung der Dichtungen in den unteren Rahmen eingestellt und nach Auskleidung der Innenflächen, der Seitenteile 3 und 4 und des Bodens 1 mit dem Einleger bzw. den Einlagen erfolgt das abschließende Aufsetzen des oberen Rahmens 5.
Durch die Abwinkelung der Seitenteile, sowie durch die Verwendung eines oberen und eines unteren Rahmens in Kombination mit den eingebrachten Dichtungen bzw. dem eingeklemmten Einleger, wird den Einzelbauteilen innerhalb der Stützstruktur ein geringfügiger Bewegungsspielraum zur Verfügung gestellt, bei gleichzeitiger sehr hoher Stabilität des Tiegels T. Zur Minimierung thermischer und mechanischer Spannungen können auch an anderen Stellen zwischen den Einzelbauteilen Zwischenlagen aus geeignetem Keramikfasermaterial eingebracht werden. Aufgrund des Bewegungsspielraumes für die Einzelbauteile sind Wärmeausdehnungen in einem geringen Maße ermöglicht, was eine deutliche Verbesserung zum bekannten Stand der Technik darstellt.
Zweckmäßigerweise sind die Einzelbauteile der Stützstruktur aus rekristallisiertem Siliziumcarbid (RSiC) gebildet, das eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 1500 0C aufweist. Ebenso können die Einzelbauteile der Stützstruktur aus nitridge- bundenem Siliziumcarbid (NSiC) oder gesintertem Siliziumcarbid (S-SiC) gebildet sein. Diese Materialien weisen gegenüber dem Quarzgut größere mechanische Festigkeiten, bessere Temperaturwechselbeständigkeiten und deutlich höhere Wärmeleitfähigkeiten auf, was der mechanischen Stabilität der Stützstruktur und den hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten zuträglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Tiegel zum Vergießen und Abkühlen von Silizium-Schmelzen, mit einer das
Gussvolumen und -form bestimmenden Kavität, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (C) aus temperaturfesten Gewebelagen gebildet ist, die von einer
Stützstruktur aufgenommen und gehalten sind.
2 Tiegel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelagen als Einlagen (9) aus Faser- oder Filzmaterial, insbesondere
Quarzglasgewebe bzw. Quarzglasfilz, ausgebildet sind.
3. Tiegel gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen (9) mit einer feuerfesten keramischen Beschichtung versehen sind.
4. Tiegel gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelagen als einteilige, insbesondere sackartige Einlagen (9) ausgebildet sind.
5. Tiegel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen (9) durch eine mehrteilige, rahmenartige Stützstruktur (T) aufgenommen und gehalten sind.
6. Stützstruktur (T) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
Seitenteile (3, 4, 41 , 42), ein oberer Rahmen (5) und ein unterer Rahmen (2) um- fasst sind.
7. Stützstruktur (T) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (3, 4, 41, 42) durch den unteren Rahmen (2) und durch den oberen Rahmen (5) zueinander positioniert und ausgerichtet sind.
8. Stützstruktur (T) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seitenteile (3, 4) identisch ausgebildet sind.
9. Stützstruktur (T) nach Anspruch 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rahmen (5) und der untere Rahmen (2) identisch ausgebildet sind.
10. Stützstruktur (T) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen (9) durch den oberen Rahmen (5) festgehalten sind.
11. Stützstruktur (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbauteile zueinander durch Zwischenlagen aus Keramikfasermaterial o. dgl. thermisch und mechanisch entkoppelt sind, wodurch einzelne oder alle Einzelbaueile über einen geringfügigen Bewegungsspielraum verfügen.
12. Stützstruktur (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass als Dicht- und Montagemittel Keramikfasermaterial, insbesondere Keramikpapier, Keramikfilz und Keramikschnur verwendet sind.
13. Stützstruktur (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbauteile vorzugsweise aus rekristallisiertem Siliziumcarbit (RSiC) und/oder nitridgebundenem Siliziumcarbid (NSiC) gebildet sind.
14. Stützstruktur (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbauteile vorzugsweise aus gesintertem Siliziumcarbid (S-SiC) gebildet sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111020696A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 江苏润弛太阳能材料科技有限公司 一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101912837B (zh) * 2010-09-09 2012-07-25 英利能源（中国）有限公司 一种用于光伏电池铸锭的坩埚的喷涂方法
DE102011052016A1 (de) * 2011-07-21 2013-01-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Bausatz für einen Schmelztiegel, Schmelztiegel und Verfahren zur Herstellung eines Schmelztiegels
DE102020000510A1 (de) * 2020-01-28 2021-07-29 Saint-Gobain Industriekeramik Rödental GmbH Transportwanne zum Transportieren und Erhitzen chemischer Substanzen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2509638A1 (fr) * 1981-07-20 1983-01-21 Heliosil Spa Moule et procede pour le moulage de lingots de silicium destines a etre utilises comme materiau pour la realisation de cellules solaires
DE10217958A1 (de) * 2002-04-22 2003-11-06 Scanwafer Gmbh Flexible Schmelztiegelauskleidung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6022794A (ja) * 1983-07-18 1985-02-05 Tokyo Tatsuno Co Ltd 板状記憶装置用コンタクト機構
JPH01179781A (ja) * 1988-01-12 1989-07-17 Hitachi Cable Ltd 半導体単結晶の製造方法
US5288366A (en) * 1992-04-24 1994-02-22 Memc Electronic Materials, Inc. Method for growing multiple single crystals and apparatus for use therein
GB2352992B (en) * 1999-08-05 2002-01-09 Pyrotek Engineering Materials Distributor device
DE10141554A1 (de) * 2000-09-04 2002-05-16 Solar Gmbh Deutsche Schmelztiegel und dessen Verwendung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2509638A1 (fr) * 1981-07-20 1983-01-21 Heliosil Spa Moule et procede pour le moulage de lingots de silicium destines a etre utilises comme materiau pour la realisation de cellules solaires
DE10217958A1 (de) * 2002-04-22 2003-11-06 Scanwafer Gmbh Flexible Schmelztiegelauskleidung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111020696A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 江苏润弛太阳能材料科技有限公司 一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法
CN111020696B (zh) * 2019-12-24 2021-10-22 江苏润弛太阳能材料科技有限公司 一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法

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