一種減少粘堝的坩堝及其製備方法
2023-05-01 06:05:51 2
專利名稱：一種減少粘堝的坩堝及其製備方法
技術領域：
本發明涉及多晶矽鑄錠領域，尤其涉及一種減少粘堝的坩堝及其製備方法。
背景技術：
在多晶爐鑄錠時，通常採用陶瓷坩堝或石英坩堝來盛裝熔融矽液，使得熔融矽液在坩堝中冷卻、退火和結晶。然而坩堝本體的主要成分二氧化矽可與熔融矽液中的矽發生化學反應，引起粘堝現象發生，導致脫模困難甚至矽錠和坩堝破裂，以及相關化學反應的產物和坩堝本體中存在的雜質將對熔融矽液造成汙染。因此，多數的坩堝本體91內側壁附著有一層氮化矽層92作為保護層(如圖1和圖2所示)，用以隔斷熔融矽液與坩堝本體側壁的直接接觸。氮化矽層是由氮化矽粉體以及溶劑混合而成的漿料附著於坩堝本體側壁而成。 氮化矽層的強度不高，即使是通過高溫焙燒附著在坩堝本體側壁的氮化矽層，也常常鑑於以下原因發生剝落，導致粘堝現象經常發生(1)鑄錠過程所需爐溫較高且耗時較長，氣壓低，氮化矽層容易分解；( 熔融矽液的流動對氮化矽層不斷的造成衝刷和侵蝕等外力作用，氮化矽層易發生剝落；(3)雜質等其它因素作用。目前，一般採用增加噴塗氮化矽層厚度的辦法來防止氮化矽層完全剝落。但是高純度的氮化矽價格昂貴，來源有限，該方法不適用於大規模工業化生產和使用。
發明內容
為解決上述問題，本發明旨在提供一種減少粘堝的坩堝及其製備方法。本發明產品能夠顯著地減少粘堝現象的發生，從而提高了矽錠的質量。本發明方法合理易行，相對現有技術中將氮化矽層整體加厚的方法，能夠有效控制了生產成本，適於大規模工業化生產和使用。一方面，本發明提供了一種減少粘堝的坩堝，包括本體和氮化矽層，本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，底座和側壁共同圍成一收容空間，氮化矽層附著在本體側壁朝向收容空間的一面，其中，本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，第二高度高於第一高度，氮化矽層通過防脫落層附著在本體側壁。在工作時，坩堝中盛裝的熔融矽液(液相)因結晶過程體積變得膨大，導致液面上升。申請人發現，在多晶爐鑄錠過程中，90%以上的粘堝現象均出現在坩堝本體側壁(固相)、所盛放的熔融矽液(液相)和熔融矽液上方氣體(氣相)三相交界處所針對的本體側壁上的區域，因此本發明通過計算第一高度和第二高度的設置位置針對性的對該情況作出改進。具體地，坩堝盛放的熔融矽液液面距坩堝本體底座的高度為第一高度，待熔融矽液全部轉變為固態矽錠時矽錠上表面距坩堝本體底座的高度為第二高度。以目前使用最為廣泛的840坩堝(內徑840mmX 840mm)為例，以400kg矽料計算， 在840坩堝中熔融矽液液面距坩堝本體底座高227mm(即第一高度)，待熔融矽液全部變成固態矽錠時矽錠上表面距坩堝本體底座高為M4mm(即第二高度)，該情況下，防脫落層的設置位置為本體側壁上距坩堝本體底座高為227mm M4mm的區域。以450kg矽料計算， 在同樣的坩堝中熔融矽液液面距坩堝本體底座高255mm，待熔融矽液全部變成固態矽錠時矽錠上表面距坩堝本體底座高為273mm，在該情況下，三相交界區為坩堝側壁上距坩堝本體底座高為255mm 273mm的區域。鑑於矽料堆積密度有所差異，840坩堝用於工作時所裝矽料的重量常介於400kg 450kg範圍之內不等，因此，優選地，坩堝為840坩堝，第一高度和第二高度之間的位置為本體側壁在距本體底座227mm 273mm的位置。在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置，氮化矽層通過防脫落層附著在本體側壁，形成以防脫落層為夾心的形式。在此區域之外，氮化矽層直接附著於本體側壁上。優選地，防脫落層為本體側壁經過粗磨或鑲嵌顆粒突起後獲得的粗糙表面。該區域中，氮化矽層與本體側壁表面粗糙度加強，提高了體表接觸面積，從而加強了氮化矽層與本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置的附著力，同時提高了氮化矽層的抗衝擊性。也優選地，防脫落層為無機粘結劑層或有機粘結劑層。無機粘結劑層和有機粘結劑層均既能與坩堝本體側壁穩固結合，又能與氮化矽層穩定結合，從而加強氮化矽層與本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置的附著力，同時提高氮化矽層的抗衝擊性。更優選地，無機粘結劑為膠態氧化矽，有機粘結劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、環氧化物、羧甲基纖維素中的一種或幾種。無機粘結劑層或有機粘結劑層可以通過噴塗獲得。本發明首次針對坩堝特定區域「在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置」 的結構作出了改進，針對性的提高了該區域坩堝的特性，即增強了該區域氮化矽層與本體側壁的附著力，減少了氮化矽層分解；增強了氮化矽抵抗熔融矽液流動帶來的衝刷和侵蝕作用的能力，減少了氮化矽層的剝落，從而顯著地減少了粘堝現象的發生。另一方面，本發明提供了一種減少粘堝的坩堝的製備方法，包括以下步驟取坩堝本體，通過粗磨、鑲嵌顆粒突起或噴塗的方法在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，第二高度高於第一高度，隨後在設置有防脫落層的本體側壁附著氮化矽層。優選地，坩堝為840坩堝，第一高度和第二高度之間的位置為本體側壁在距本體底座227mm 273mm的位置。通過粗磨或鑲嵌顆粒突起可以獲得粗糙的本體側壁表面作為防脫落層。在該區域中附著氮化矽層後，氮化矽層與本體側壁表面粗糙度加強，它們之間的體表接觸面積增大， 從而加強了該區域氮化矽層與本體側壁的附著力，同時提高氮化矽層的抗衝擊性。通過噴塗可以獲得無機粘結劑層或有機粘結劑層作為防脫落層。無機粘結劑層和有機粘結劑層均既能與本體側壁穩固結合，又能與氮化矽層穩定結合，從而加強氮化矽層與本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置的附著力，同時提高氮化矽層的抗衝擊性。更優選地，無機粘結劑為膠態氧化矽，有機粘結劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、環氧化物、羧甲基纖維素中的一種或幾種。本發明方法針對坩堝特定區域「在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置」 進行了特定的處理。本發明方法合理易行，相對現有技術中將氮化矽層整體加厚的方法，本發明針對性強，有效控制了生產成本，適於大規模工業化生產和使用。本發明提供的一種減少粘堝的坩堝及其製備方法，具有以下有益效果(1)本發明產品通過針對性地設置防脫落層，增強了氮化矽層與坩堝本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置的附著力，減少了氮化矽層分解；增強了氮化矽抵抗熔融矽液流動帶來的衝刷和侵蝕作用的能力，減少了氮化矽層的剝落；從而顯著地減少了粘堝現象的發生，提高了矽錠的質量；(2)本發明方法合理易行，相對現有技術中將氮化矽層整體加厚的方法，本發明有效控制了生產成本，適於大規模工業化生產和使用。
圖1為普通坩堝的結構示意圖；圖2為普通坩堝的局部剖面結構示意圖；圖3為本發明坩堝的結構示意圖；圖4為三相位置處區域變化範圍示意圖；圖5為本發明坩堝的局部剖面結構示意A ；圖6為本發明坩堝的局部剖面結構示意B ；圖7為本發明坩堝的局部剖面結構示意C ；
具體實施例方式以下所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。如圖3所示，本發明提供了一種減少粘堝的坩堝，包括本體1和氮化矽層2，本體 1包括底座及由底座向上延伸的側壁，底座和側壁共同圍成一收容空間，氮化矽層2附著在本體1側壁朝向收容空間的一面，其中，本體1側壁在距本體1底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體1側壁一周設置有防脫落層3，第二高度高於第一高度，氮化矽層2通過防脫落層3附著在本體1側壁。如圖4所示，以目前使用最為廣泛的840坩堝(內徑840mmX840mm)為例，通常加料量均在400 450kg範圍內，由此計算得知第一高度和第二高度之間的位置為本體側壁在距本體底座227mm 273mm的位置。實施例一一種減少粘堝的840坩堝(內徑840mm X 840mm)，包括本體1和氮化矽層2，本體 1包括底座及由底座向上延伸的側壁，底座和側壁共同圍成一收容空間，氮化矽層2附著在本體1側壁朝向收容空間的一面，其中，本體1側壁在距本體1底座227mm 273mm之間的位置沿本體1側壁一周設置有防脫落層31，氮化矽層2通過防脫落層31附著在本體1側壁。防脫落層31為本體1側壁經過粗磨後獲得的粗糙表面(如圖5所示)，用以加強該區域內氮化矽層2與本體1側壁之間的附著力。實施例二一種減少粘堝的840坩堝(內徑840mmX 840mm)，結構同實施例一，區別僅在於防脫落層32為本體1側壁經過鑲嵌顆粒突起後獲得的粗糙表面(如圖6所示)。實施例三一種減少粘堝的840坩堝(內徑840mmX 840mm)，結構同實施例一，區別僅在於防脫落層33為膠態氧化矽(無機粘結劑層)(如圖7所示)。實施例四一種減少粘堝的840坩堝(內徑840mmX 840mm)，結構同實施例一，區別僅在於防脫落層為聚乙二醇和羧甲基纖維素膠態氧化矽(有機粘結劑層)。實施例五一種減少粘堝的840坩堝(內徑840mmX840mm)的製備方法，包括以下步驟取坩堝本體，通過噴塗的方法在距本體底座227mm 273mm之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，防脫落層為聚乙二醇和羧甲基纖維素膠態氧化矽(有機粘結劑層)。隨後在設置有防脫落層的本體側壁通過噴塗的方法附著氮化矽層。
權利要求
1.一種減少粘堝的坩堝，包括本體和氮化矽層，本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，底座和側壁共同圍成一收容空間，氮化矽層附著在本體側壁朝向收容空間的一面，其特徵在於，本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，第二高度高於第一高度，氮化矽層通過防脫落層附著在本體側壁。
2.如權利要求1所述的坩堝，其特徵在於，所述坩堝為840坩堝，所述第一高度和第二高度之間的位置為本體側壁在距本體底座227mm 273mm的位置。
3.如權利要求1所述的坩堝，其特徵在於，所述防脫落層為本體側壁經過粗磨或鑲嵌顆粒突起後獲得的粗糙表面。
4.如權利要求1所述的坩堝，其特徵在於，所述防脫落層為無機粘結劑層或有機粘結劑層。
5.如權利要求4所述的坩堝，其特徵在於，所述無機粘結劑為膠態氧化矽，有機粘結劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、環氧化物、羧甲基纖維素中的一種或幾種。
6.一種減少粘堝的坩堝的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟取坩堝本體，通過粗磨、鑲嵌顆粒突起或噴塗的方法在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，第二高度高於第一高度，隨後在設置有防脫落層的本體側壁附著氮化矽層。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述坩堝為840坩堝，所述第一高度和第二高度之間的位置為本體側壁在距本體底座227mm 273mm的位置。
全文摘要
本發明提供了一種減少粘堝的坩堝及其製備方法。本發明坩堝包括本體和氮化矽層，本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，底座和側壁共同圍成一收容空間，氮化矽層附著在本體側壁朝向收容空間的一面，本體側壁在距本體底座第一高度和第二高度之間的位置沿本體側壁一周設置有防脫落層，第二高度高於第一高度，氮化矽層通過防脫落層附著在本體側壁。本發明產品能夠顯著地減少粘堝現象的發生，從而提高矽錠的質量。本發明方法合理易行，相對現有技術中將氮化矽層整體加厚的方法，本發明有效控制了生產成本，適於大規模工業化生產和使用。
文檔編號B05D5/08GK102358953SQ20111030088
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者丁劍, 李松林 申請人:江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司