導流筒的製作方法

2023-05-30 10:07:26

專利名稱：導流筒的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單晶爐熱場零件，具體地說是涉及一種導流筒，特別是涉及一種由碳/碳複合材料與金屬材料結合的導流筒。
背景技術：
單晶娃拉制爐的熱場系統對單晶娃的整棒率及成品率、拉速、單晶娃棒質量都有很大的影響，因此，熱場系統設計和熱場內關鍵元件的選材和使用備受關注。導流筒是單晶矽拉制爐熱場系統的關鍵元件之一，主要用於控制熱場的軸向溫度梯度和引導氬氣流。導流筒阻隔單晶爐體以及熔矽對晶體的熱輻射，利於晶體散熱，形成晶體生長所需的溫度梯度，以提高晶體生長速度；引導由單晶爐頂從上向下吹的氬氣集中地噴吹到固液界面附近，維持其清潔度，同時更加有利於晶體散熱，加大晶體生長所需的溫度梯度，以提高晶體生長速度；對高溫矽熔體起保溫作用，節約能源。為了縮短拉晶時間，進而提聞生廣效率，目如最有效的方法是提聞拉晶速度。而若要提高拉晶速度，則最需要解決的問題就是單晶棒的冷卻速率。就是要加大晶體與熔矽之間固液界面的溫度梯度，加快結晶潛熱的釋放。長期以來，單晶矽拉制爐導流筒普遍由石墨件和碳氈組合製成，即用石墨加工出內屏和外屏，將碳氈填充在內屏和外屏中間，再通過緊固件將三者組合在一起。從使用的效果來看，這種導流筒存在以下不足一是石墨是熱的良導體，保溫效果較差；二是石墨強度低，使用過程中易損壞，使用壽命短；三是大尺寸石墨內、外屏成形困難，耗材較多。某些廠家為加大晶體生長所需的溫度梯度，通常在上述導流筒普遍採用在其內表面上塗覆反射塗層以提高冷卻效果，將晶 棒的表面的熱輻射熱向上反射，進而提高拉晶速度。但是，塗覆反射塗層需要有較高的工藝條件，若其反射塗層塗布不均勻或出現脫落，則反射熱量的效果明顯削弱，達不到提高拉晶速度的效果。隨著單晶矽及其相關產業的日益發展，直拉單晶矽晶體的直徑要求不斷增大。晶體直徑越大，晶體生長時所需釋放的結晶潛熱越多；晶體散熱越困難，越難提高晶體生長速度。以上所述的導流筒已不能滿足當前的生產要求。研製開發結構更加科學、合理、原理更加先進、更合適於大直徑直拉單晶矽生長的導流筒成為業內亟待解決的問題。
發明內容本實用新型的目的是提供一種能縮短拉晶時間、提高拉晶速度的導流筒。本實用新型是採用如下技術方案實現其發明目的的，一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏、內屏，外屏與內屏之間設有保溫層，所述的外屏由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏由金屬鑰或金屬鎢製備而成，所述的外屏上連接有將外屏、內屏、保溫層蓋住的定位盤，使外屏、內屏、保溫層與定位盤構成整體結構。一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏、內屏，外屏與內屏之間設有保溫層，所述的外屏由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏由金屬鑰或金屬鎢製備而成，所述的外屏上連接有將外屏、保溫層蓋住的定位盤，使外屏、內屏、保溫層與定位盤構成整體結構。本實用新型為了提高密封性，所述的定位盤上設有將內屏蓋住的密封環，所述密封環採用金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料製成，採用金屬鑰或金屬鎢製成的密封環的厚度為O. 2 IM 1. 6 rnm，採用石墨製成的密封環的厚度為3 mm 15 mm，採用碳/碳複合材料製成的密封環的厚度為I皿 10 mm。本實用新型所述內屏的厚度為O. 5IM 1. 5 mm ;所述定位盤為整體或多瓣結構，採用石墨或碳/碳複合材料製成，厚度為5 mm 15 mm，由石墨製成的定位盤的密度為1. 7g/ cm3 2. Og/ cm 3，由碳/碳複合材料製成的定位盤的密度為O. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3 ;所述外屏的外側表面設有密度為1. 6g/ cm 3 2. Og/ cm 3，厚度為O. 5 mm 1. 5 mm的熱解碳塗層。由於採用上述技術方案，本實用新型較好的實現了發明目的，其保溫效果好、強度高、使用壽命長，反射效果好，有效地增加了軸向溫度梯度，提升了拉晶速度，縮短了拉晶時間，進而有效地提聞生廣效率。


··[0012]圖1是本發明實施例1 4的結構示意圖；圖2是本發明實施例1 4的定位盤(I)的結構示意·[0014]圖3是本發明實施例5的結構示意圖；圖4是本發明實施·例6 1·1的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。實施例1 :由圖1、圖2可知，一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏3、內屏5，外屏3與內屏5之間設有保溫層4，所述的外屏3由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏5由金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為金屬鑰)製備而成；所述的外屏3上連接有將外屏
3、內屏5、保溫層4蓋住的定位盤1，使外屏3、內屏5、保溫層4與定位盤I構成整體結構。本實用新型所述的內屏5的厚度為O. 5 mm 1. 5 mm(本實施例為O. 8 mm);所述定位盤I為多瓣結構(本實施例為均分的兩瓣結構)，採用石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為碳/碳複合材料)製成，厚度為5 mm 15 mm (本實施例為10 mm)，密度為O. 6g/ cm 3 1.5g/ cm 3 (本實施例為1. 25g/ cm 3);所述外屏3的外側(即導流筒組裝使用時靠近發熱體的一側)壁表面設有密度為1. 6g/ cm 3 2. Og/ cm 3 (本實施例密度為1. 65g/ cm 3)，厚度為O. 5 mm 1. 5 mm (本實施例厚度為O. 8 mm)的熱解碳塗層；保溫層4為密度為O. lg/ cm3 O. 5g/ cm 3 (本實施例為O. 12 g/ cm 3)的固化租或聚丙烯腈基碳租(本實施例為聚丙烯臆基碳租)。一種如上所述導流筒的製備方法，它包括下列步驟⑴制坯按產品裝配要求分別製備外屏3、內屏5、保溫層4、定位盤1，外屏3為碳/碳複合材料，採用化學氣相沉積和/或浸潰(本實施例採用化學氣相沉積法)製備，密度為
O.Sg/ cm 3 1. 5g/ cm 3 ;定位盤I為碳/碳複合材料，採用化學氣相沉積和/或浸潰(本實施例採用化學氣相沉積法)製備，密度為O. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3，厚度為5 mm 15 mm (本實施例密度為1. 25g/ cm 3，厚度為10 mm);保溫層4採用固化氈或聚丙烯腈基碳氈(本實施例採用的為聚丙烯腈基碳氈)製備，密度為O. lg/ cm 3 O. 5g/ cm 3 (本實施例密度為O. 12g/cm 3);內屏5採用金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為鑰)製備成錐筒狀；⑵純化將步驟⑴中製備成形的外屏3、保溫層4、由碳/碳複合材料製成的定位盤I放入真空爐中進行高溫處理，去除金屬雜質和揮發分，純化溫度為1800°C 2600°C (本實施例為2200°C)，保溫時間為Ih IOh (本實施例為5h)；⑶表面塗層將經步驟⑵處理後的外屏3放入CVD爐中，爐內抽真空，真空度為IOOPa 400Pa (本實施例為200Pa)，在真空環境中，將爐溫升至900°C 1400°C (本實施例為1200°C)，保溫3h IOh (本實施例為5h);氣相沉積時充入碳源氣體(本實施例採用的碳源氣體為天然氣)，爐內氣壓IkPa 5kPa (本實施例為3kPa)，溫度900°C 1200°C (本實施例溫度為1100°C)，時間50h 150h (本實施例為IOOh);經該步驟後，外屏3的外側(即導流筒組裝使用時靠近發熱體的一側)表面製備有緻密的熱解碳塗層，其密度為1.6g/cm 3 2. Og/ cm 3 (本實施例密度為1. 65g/ cm 3),厚度為O. 5 mm 1. 5 mm (本實施例厚度為
0.8 腿)；⑷組裝筒體將步驟⑶處理過的外屏3、步驟⑵處理過的保溫層4、步驟⑴中製備成形的內屏5由外至內組合，使保溫層4置於外屏3與內屏5之間，然後將步驟⑴中製備成形或經步驟⑵處理過定位盤I (本實施例的定位盤I經步驟⑵處理過)通過緊固件(本實施例緊固件採用碳/碳複合材料製備而成，緊固件穿過定位盤1、外屏3上相應的通孔2)與外屏3連接，使定位盤I蓋住外屏3、內屏5、保溫層4，使外屏3、內屏5、保溫層4與定位盤I構成整體結構。實施例2 本實用新型所述的定位盤I為多瓣結構(本實施例為均分的兩瓣結構)，採用石墨製成，厚度為5 mm 15 mm (本實施例為10 mm)，密度為1. 7g/ cm 3 2. Og/ cm 3(本實施例為
1.8g/ cm 3)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中定位盤I採用密度為1. 7g/cm3
2.Og/ cm 3 (本實施例為1. 8g/ cm 3)的石墨材料按所需尺寸機加工，厚度為5 mm 15 mm (本實施例為10 mm);在步驟⑷中將步驟⑴中製備成形或經步驟⑵處理過定位盤I (本實施例的定位盤I由步驟⑴製備成形)通過緊固件與外屏3連接，使定位盤I蓋住外屏3、保溫層4、內屏5構成緊密的整體。餘同實施例1。實施例3 本實用新型所述的內屏5由金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為金屬鎢)製備而成；所述的定位盤I採用石墨製成，厚度為5 mm 15 mm (本實施例為lOmm)，密度為1. 7g/cm 3 2. Og/ cm 3 (本實施例為1. 8g/ cm 3);所述的保溫層4為密度為O. lg/ cm 3 O. 5g/cm3 (本實施例為O. 25 g/cm 3)的固化氈或聚丙烯腈基碳氈(本實施例為固化氈)。餘同實施例2。實施例4 本實用新型所述的定位盤I採用碳/碳複合材料製成,厚度為5 mm 15 mm (本實施例為10 mm)，密度為o. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3 (本實施例為1. 25g/ cm 3);所述的保溫層4為密度為O. lg/ cm 3 O. 5g/ cm 3 (本實施例為O. 25 g/ cm 3)的固化租或聚丙烯腈基碳租(本實施例為固化租)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中定位盤I採用石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為碳/碳複合材料)製成，厚度為5 IM 15 IM (本實施例為10 mm)，密度為O. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3 (本實施例為1. 25g/ cm 3);在步驟⑷中將步驟⑴中製備成形或經步驟⑵處理過定位盤I (本實施例的定位盤I經步驟⑵處理過)通過緊固件與外屏3連接，使定位盤I蓋住外屏3、保溫層4、內屏5構成緊密的整體。餘同實施例1。實施例5 由圖3可知，一種導流筒，它包括錐形筒體，所述的筒體包括外屏3、內屏5，外屏3與內屏5之間設有保溫層4，所述的外屏3由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏5由金屬鑰或金屬鎢材料(本實施例採用的為金屬鑰)製備而成；所述的外屏3上連接有將外屏3、保溫層4蓋住的定位盤1，使外屏3、內屏5、保溫層4與定位盤I構成緊密的整體。本實用新型所述的定位盤I為整體結構，採用石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為碳/碳複合材料)製成，厚度為5 IM 15 mm (本實施例為10 mm)，密度為O. 6g/ cm 3 1.5g/ cm 3 (本實施例為1. 25g/ cm 3)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑷組裝筒體時，定位盤I通過緊固件與外屏3連接，使定位盤I蓋住外屏3、保溫層4構成緊密的整體。餘同實施例1。實施例6:`[0042]由圖4可知，本實用新型為了提高密封性、利於傳導散熱，所述的定位盤I上設有將內屏5蓋住的密封環6，其採用金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為金屬鑰)製成；密封環6厚度為O. 2 mm 1. 6 mm(本實施例為O. 8 mm)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中採用金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為金屬鑰)按所需尺寸機加工成厚度為O. 2 mm 1. 6 mm (本實施例為O. 8 mm)的密封環6 ;在步驟⑷中將密封環6安裝於定位盤I並將內屏5蓋住。餘同實施例5。實施例7 本實用新型為了提高密封性，所述的定位盤I上設有將內屏5蓋住的密封環6，其採用金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為碳/碳複合材料)製成；密封環6厚度為I mm 10 mm(本實施例為8 mm)，密度為O. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3(本實施例為1. 25g/ cm 3)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中製備有密封環6，密封環6為碳/碳複合材料，採用化學氣相沉積和/或浸潰(本實施例採用化學氣相沉積法)製備，密度為O. 6g/ cm 3 1. 5g/ cm 3，厚度為I mm 10 mm (本實施例密度為1. 25g/ cm 3,厚度為8 mm);在步驟⑵中對密封環6進行純化。餘同實施例6。實施例8 [0050]本實用新型為了提高密封性、利於傳導散熱，所述的定位盤1上設有將內屏5蓋住的密封環6，其金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為金屬鎢)製成；密封環6厚度為0. 2 mm 1. 6 mm(本實施例為0. 8 mm)。餘同實施例6。實施例9 本實用新型所述的定位盤1採用石墨製成，厚度為5 mm 15 mm(本實施例為10mm)，密度為1. 7g/ cm 3 2. 0g/ cm 3 (本實施例為1. 8g/ cm 3)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中定位盤I採用密度為1. 7g/cm3
2.0g/ cm 3 (本實施例為1. 8g/ cm 3)的石墨材料按所需尺寸機加工，厚度為5 mm 15 mm (本實施例為10 mm);在步驟⑷中將步驟⑴中製備成形或經步驟⑵處理過定位盤I (本實施例的定位盤I由步驟⑴製備成形)通過緊固件與外屏3連接，使定位盤I蓋住外屏3、保溫層4構成緊密的整體。本實用新型為了提高密封性、利於傳導散熱，所述的定位盤1上設有將內屏5蓋住的密封環6，其金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為金屬鑰)製成；密封環6厚度為O. 2 mm 1. 6 mm(本實施例為0. 8 mm)。餘同實施例6。實施例10 本實用新型所述的內屏5由金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為金屬鎢)製備而成；所述的保溫層4為密度為0. lg/ cm 3 0. 5g/ cm 3 (本實施例為0. 25 g/ cm 3)的固化租或聚丙烯腈基碳氈(本實施例為固化氈)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟(1)中內屏5採用金屬鑰或金屬鎢(本實施例採用的為金屬鎢)製備成錐筒狀；所述的保溫層4為密度為0. lg/ cm 3 0. 5g/ cm 3(本實施例為O. 25 g/ cm 3)的固化氈或聚丙烯腈基碳氈(本實施例為固化氈)。餘同實施例6。實施例11 本實用新型為了提高密封性，所述的定位盤I上設有將內屏5蓋住的密封環6，其金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料(本實施例採用的為石墨材料)製成；密封環6厚度為3 mm 15 mm (本實施例為10 mm)，密度為1. 7g/ cm 3 2. 0g/ cm 3 (本實施例為1. 8g/cm 3)。一種如上所述導流筒的製備方法，其在步驟⑴中採用密度為1. 7g/cm3 2. 0g/Cm3 (本實施例密度為1. 8g/ cm 3)的石墨材料按所需尺寸機加工成，厚度為3 mm 15 mm (本實施例為10 mm)的密封環6。餘同實施例6。
權利要求1.一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏(3)、內屏(5)，外屏(3)與內屏(5)之間設有保溫層(4)，其特徵是所述的外屏(3)由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏(5)由金屬鑰或金屬鎢製備而成，所述的外屏(3)上連接有將外屏(3)、內屏(5)、保溫層(4)蓋住的定位盤(1)，使外屏(3)、內屏(5)、保溫層(4)與定位盤(I)構成整體結構。
2.一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏(3)、內屏(5)，外屏(3)與內屏(5)之間設有保溫層(4)，其特徵是所述的外屏(3)由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏(5)由金屬鑰或金屬鎢製備而成，所述的外屏(3)上連接有將外屏(3)、保溫層(4)蓋住的定位盤(1)，使外屏(3)、內屏(5)、保溫層(4)與定位盤(I)構成整體結構。
3.根據權利要求2所述的導流筒，其特徵是所述的定位盤(I)上設有將內屏(5)蓋住的密封環(6)，所述密封環(6)採用金屬鑰或金屬鎢或石墨或碳/碳複合材料製成，採用金屬鑰或金屬鎢製成的密封環(6)的厚度為O. 2 mm 1. 6 mm，採用石墨製成的密封環(6)的厚度為3 mm 15 mm，採用碳/碳複合材料製成的密封環(6)的厚度為I mm 10 mm。
4.根據權利要求1或2或3所述的導流筒，其特徵是所述內屏(5)的厚度為O.5 mm 1. 5 mm ;所述定位盤(I)為整體或多瓣結構,採用石墨或碳/碳複合材料製成,厚度為5 mm .15 mm,由石墨製成的定位盤(I)的密度為1. 7g/ cm 3 2. Og/ cm 3,由碳/碳複合材料製成的定位盤(I)的密度為O. 6g/cm 3 1. 5g/cm 3;所述外屏(3)的外側表面設有密度為1. 6g/cm 3 2. Og/ cm 3，厚度為O. 5 mm 1. 5 mm的熱解碳塗層。
專利摘要本實用新型公開了一種能縮短拉晶時間、提高拉晶速度的導流筒及其製備方法，包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏(3)、內屏(5)，外屏(3)與內屏(5)之間設有保溫層(4)，其特徵是所述的外屏(3)由碳/碳複合材料製備而成，所述的內屏(5)由金屬鉬或金屬鎢製備而成，所述的外屏(3)上連接有定位盤(1)，使外屏(3)、內屏(5)、保溫層(4)與定位盤(1)構成整體結構，本實用新型保溫效果好、強度高、使用壽命長，反射效果好，有效地增加了軸向溫度梯度，提升了拉晶速度，縮短了拉晶時間，進而有效地提高生產效率。
文檔編號C30B15/14GK202898595SQ20122054121
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者廖寄喬, 邰衛平, 譚周建, 李軍, 王躍軍, 龔玉良 申請人:湖南金博複合材料科技有限公司