化料装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种加热炉，具体涉及一种化料装置及其使用方法。


背景技术：

2.在目前rcz单晶硅拉制过程中，单只坩埚的使用寿命可达300h以上，一般硅棒拉制根数在5-7根左右。在单晶炉停炉拆清后，会进行投料，此时石英坩埚中会装入一定量的硅料，经过抽空、压力化后进行加热，将坩埚中的硅料进行熔化，待坩埚中的初装硅料熔化部分后，在通过石英加料筒分次不断的向石英坩埚中进行加料，最终加料至坩埚加料极限，完成加料过程。
3.以目前最普遍的32寸热场为例，坩埚中的硅料全部熔化完成后，坩埚的总加料量约650kg左右，而坩埚初装投料量约350kg。由于坩埚初装化料过程中，单晶炉存在一个升温的过程，整个过程持续约1-2h，因此初装化料效率比二次加料化料效率低。目前初装化料效率约50kg/h，二次加料化料效率约70kg/h。为了缩短整个化料时间，提升化料效率，提高初装化料效率则显得尤为重要。
4.在目前热场中，为了提高单晶拉速，单晶炉中设计安装了水冷屏。水冷屏由于持续通冷却水，整个水冷屏及水冷屏周边温度整体较低，在化料过程中，水冷屏会快速吸收单晶炉内的温度，使得在相同的功率条件下，单晶炉内的温度偏低，对初装化料效率产生了较大的影响。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种化料装置及其使用方法，以至少解决相关技术中水冷屏带走过多热量的问题。
6.根据本发明的一个实施例，提供了一种化料装置，包括坩埚及设于所述坩埚上方的水冷屏，所述化料装置还包括隔热机构，所述隔热机构包括隔热板，所述隔热板设于所述坩埚与所述水冷屏之间，所述隔热板用于阻挡所述坩埚与所述水冷屏间的热对流。
7.进一步地，所述化料装置还包括提拉机构，所述提拉机构包括夹头，所述隔热机构还包括隔热板、连杆及连接头，所述隔热板及所述连接头分别设于所述连杆的两端，所述连接头连接于所述夹头。
8.进一步地，所述连接头设有内螺纹，所述内螺纹与所述夹头的外螺纹相匹配。
9.进一步地，所述隔热板为圆形，所述水冷屏包括位于靠近所述坩埚一端的下口，所述下口呈圆环状，所述隔热板直径较所述水冷屏下口内径小20至30毫米。
10.进一步地，所述隔热机构还包括螺塞，所述螺塞固定于所述连杆一端，所述隔热板可拆卸地连接于所述螺塞。
11.根据本发明的另一个实施例，提供了一种化料装置的使用方法，包括：s1、向坩埚内装填硅料；s2、对化料装置抽真空、压力化及加热化料；
s3、将隔热机构的隔热板装设于坩埚与水冷屏之间，以阻挡所述坩埚与所述水冷屏间的热对流；s4、完成化料后，取出隔热板；s5、继续向坩埚内装填硅料。
12.进一步地，在s3中，隔热板连接于连杆，连杆连接连接头，将连接头装设于提拉机构的夹头，通过提拉机构移动隔热板，使隔热板处于坩埚与水冷屏之间。
13.有益效果：本发明的隔热机构在化料装置初装化料时，通过将隔热板设于坩埚与水冷屏之间，使隔热板阻挡水冷屏内的低温和坩埚附近的高温的对流，大大减少水冷屏带走的坩埚内的热量，提高了化料装置初装化料效率。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明实施例的化料装置的剖面示意图。
15.图2是图1所示化料装置的隔热机构的剖面示意图。
16.图中数字或字母所代表的零部件名称为：100、化料装置；10、坩埚；30、水冷屏；50、隔热机构；52、隔热板；54、连杆；56、连接头；58、螺塞；70、提拉机构；71、夹头。
具体实施方式
17.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
19.请参见图1与图2，本发明实施例提供一种化料装置100。化料装置100包括坩埚10、水冷屏30及隔热机构50。水冷屏30设于坩埚10上方。隔热机构50包括隔热板52。隔热板52设于坩埚10与水冷屏30之间。所述隔热板52用于阻挡坩埚10与水冷屏30间的热对流。
20.坩埚10与水冷屏30可以采用行业通用设计，在此不再赘述。
21.所述化料装置100还包括提拉机构70。所述提拉机构70包括夹头71。所述隔热机构50包括隔热板52、连杆54及连接头56。所述隔热板52及所述连接头56分别设于所述连杆54的两端。所述连接头56连接于所述夹头70。所述提拉机构70能够控制所述隔热机构50升降以使隔热板52处于坩埚10与水冷屏30之间。
22.在至少一实施例中，所述连接头56设有内螺纹，所述内螺纹与所述夹头70的外螺纹相匹配。
23.在至少一实施例中，所述隔热板52为圆形，所述水冷屏30包括位于靠近所述坩埚一端的下口，所述下口呈圆环状。所述隔热板52直径较所述水冷屏下口内径小20至30毫米。隔热板52过大容易在压力化时阻挡气体通入，隔热板52过小会削弱阻挡坩埚10与水冷屏30间的热对流的能力。
24.在至少一实施例中，所述隔热机构50还包括螺塞58，所述螺塞58固定于所述连杆54一端，所述隔热板52可拆卸地连接于所述螺塞58。可以理解，隔热板52与螺塞58可以采用螺纹连接也可以采用卡扣等方式连接。
25.隔热机构50由热场导系数小的材质制备而成，例如碳碳复合材料等，该材质在使用过程中，能承受1450℃以上的高温，高温下不变形，不掉渣，不对硅料产生污染。
26.本发明另一实施例提供一种化料装置100的使用方法，包括：s1、向坩埚10内装填硅料。
27.s2、对化料装置100抽真空、压力化及加热化料。
28.s3、将隔热机构50的隔热板52装设于坩埚10与水冷屏30之间，以阻挡所述坩埚10与所述水冷屏30间的热对流。
29.在本步骤中，隔热板52连接于连杆54，连杆54连接连接头56。将连接头56装设于提拉机构70的夹头71，通过提拉机构70移动隔热板52，使隔热板52处于坩埚10与水冷屏30之间。
30.s4、完成化料后，取出隔热板52。
31.s5、继续向坩埚10内装填硅料。当化料装置100在抽空和压力化结束后进入化料过程中，才可将隔热机构50固定在夹头70上，否则由于隔热机构50重量较轻，在抽空和压力化时，炉腔内的气体变化会导致隔热机构50在坩埚内晃动，造成掉落事故。
32.下边以一具体使用场景举例说明，在32寸热场，初装投料重量约350kg，初装化料效率为50kg/h，初装化料（坩埚内需有少量固体时进行加料）总用时约6.5h。而通过使用隔热机构50，相同功率及相同初装投料重量下，初装化料效率提升到55kg/h，用时缩短至5.8h，初装化料时间缩短0.7h/炉，下降10.77%。
33.单只坩埚按照300h的使用寿命计算，单台炉子每月初装化料的炉数为：30（天）*24（h/天）/300(炉/h)=2.4炉/月；使用隔热机构50时，单台炉子可节省时间：2.4（炉/月）*0.7(h/炉）=1.68（h/月）。按照单产150kg/天计算，每台炉子每月可增加产能：1.68(h/月)/30（天/月）*150(kg/天)/24(h/天）=0.35kg/天。通过使用隔热机构50方案下，单产可提升0.35kg/天。如按照1000台炉子计算，每年可多产出晶棒126吨/年。
[0034] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种化料装置，包括坩埚及设于所述坩埚上方的水冷屏，其特征在于：所述化料装置还包括隔热机构，所述隔热机构包括隔热板，所述隔热板设于所述坩埚与所述水冷屏之间，所述隔热板用于阻挡所述坩埚与所述水冷屏间的热对流。2.如权利要求1所述的化料装置，其特征在于：所述化料装置还包括提拉机构，所述提拉机构包括夹头，所述隔热机构还包括连杆及连接头，所述隔热板及所述连接头分别设于所述连杆的两端，所述连接头连接于所述夹头。3.如权利要求2所述的化料装置，其特征在于：所述连接头设有内螺纹，所述内螺纹与所述夹头的外螺纹相匹配。4.如权利要求2所述的化料装置，其特征在于：所述隔热板为圆形，所述水冷屏包括位于靠近所述坩埚一端的下口，所述下口呈圆环状，所述隔热板直径较所述下口内径小20至30毫米。5.如权利要求2所述的化料装置，其特征在于：所述隔热机构还包括螺塞，所述螺塞固定于所述连杆一端，所述隔热板可拆卸地连接于所述螺塞。6.一种基于权利要求1~5中任一所述化料装置的使用方法，其特征在于，包括：s1、向坩埚内装填硅料；s2、对化料装置抽真空、压力化及加热化料；s3、将隔热机构的隔热板装设于坩埚与水冷屏之间，以阻挡所述坩埚与所述水冷屏间的热对流；s4、完成化料后，取出隔热板；s5、继续向坩埚内装填硅料。7.如权利要求6所述的化料装置的使用方法，其特征在于：在s3中，隔热板连接于连杆，连杆连接连接头，将连接头装设于提拉机构的夹头，通过提拉机构移动隔热板，使隔热板处于坩埚与水冷屏之间。

技术总结
本发明提供一种化料装置及其使用方法，化料装置包括坩埚及设于所述坩埚上方的水冷屏，所述化料装置还包括隔热机构，所述隔热机构包括隔热板，所述隔热板设于所述坩埚与所述水冷屏之间，所述隔热板用于阻挡所述坩埚与所述水冷屏间的热对流。冷屏间的热对流。冷屏间的热对流。


技术研发人员：王培业
受保护的技术使用者：宇泽半导体（云南）有限公司
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2022/3/8