一种坩埚吸料用保护装置的制作方法

1.本实用新型属于单晶棒拉制中吸取锅底废料工艺的技术领域，尤其是涉及一种坩埚吸料用保护装置。


背景技术：

2.当前为提高单晶硅棒拉制的产量，降低生产成本，常采用多次取段复投的方式进行拉制。而多次取段复投容易导致在石英坩埚内的剩余硅料出现金属杂质的聚集，使得下颗单晶硅棒中含有金属杂质较多，从而会降低其少子寿命，进而影响单晶品质及有效产量。而一旦出现少子寿命异常，需停炉清除石英坩埚内的锅底剩料，进而会增加开炉成本增加，延长拉制时间，亦需要多人配合清理锅底剩料。为降低单晶硅棒中的金属含量，提高被拉单晶硅棒的少子寿命，需在每次复投之前将锅底剩余硅料全部被吸取移走，即使用吸料工件将锅底省略吸干。
3.中国公开专利cn112538653a提出一种用于在线清理单晶炉内杂质底料的方法，直接是一体式的单层吸料装置，但这种结构极易在吊装过程中，容易与单晶炉主副室内腔壁磕碰出现裂纹，导致吸取后的硅料出现漏硅现象。同时由于吸料装置在下行从副室到主室途径两个温差范围较大的空间，容易导致吸管所受温差变化幅度大，当熔硅液流经吸管进入主腔中后极易造成腔室热胀冷缩，导致连接吸管或主腔出现爆裂，严重影响吸料效果，亦会使得主腔内收集到的硅料溅射，使吸料装置整体无法受到保护。
4.故，需要在吸取硅料的工件外部设置一防护装置，以保护内腔结构的安全性，并消化收集硅料的内腔产生的膨胀挤压压力，以降低其由热胀冷缩产生的压力变形，是本案发明的重点。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种坩埚吸料用保护装置，用于放置吸料工件，解决了现有吸料装置结构设计不合理导致吸料过程中容易产生漏硅或爆裂的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种坩埚吸料用保护装置，用于保护吸料工件，包括：
8.载体；和
9.与所述载体相对设置的盖体；
10.所述盖体与所述载体围成一用于放置所述吸料工件的内腔；
11.所述盖体能够在所述吸料工件被置于所述内腔时与所述载体一起被悬空吊装以使所述吸料工件在单晶炉主室内静置并完成对石英坩埚内剩余硅料的吸取，再与所述载体一起配合使载有硅料的所述吸料工件同步驶离所述副室。
12.进一步的，所述盖体与所述载体可拆卸连接，所示盖体下端口与所述载体上端口配合；
13.当所述盖体与所述载体配合后形成的所述内腔为封闭结构。
14.进一步的，所述盖体与所述载体配合形成一直壁式圆柱体结构。
15.优选地，所述盖体包裹于所述载体配合；或者
16.内嵌于所述载体设置。
17.进一步的，在所述盖体上端面设有与所述副室中的重锤相适配的配置槽；
18.所述配置槽为阶梯式结构；
19.且所述配置槽下端面距离所述内腔在所述盖体中的位置有一定距离。
20.进一步的，所述内腔的高度大于其横截面直径。
21.优选地，所述内腔直径是其高度的3/4-4/5。
22.进一步的，所述内腔结构与所述吸料工件外壁相适配；
23.所述内腔壁厚相同且小于所述内腔底部壁厚。
24.优选地，所述载体靠近所述吸料工件的吸料口处的转角处为圆弧角，其壁厚大于所述载体下端面厚度。
25.进一步的，所述吸料工件中的吸料口置于所述内腔下端，并贯穿所述载体下端面设置。
26.采用本实用新型设计的保护装置，可保护吸料工件不被磕碰或损伤，防止吸料工件因被吸硅料在凝固过程中的热膨胀而炸裂；还可保证吸料工件在密封的环境中吸取硅料和保存硅料，亦可防止硅料飞溅出吸料工件外；同时还可使硅料在吸料工件内凝固过程中保证吸料工件安全且平稳地悬空于单晶炉内。
附图说明
27.图1是本实用新型实施例一的一种坩埚吸料用保护装置的结构示意图；
28.图2是本实用新型实施例二的一种坩埚吸料用保护装置的结构示意图；
29.图3是本实用新型实施例三的一种坩埚吸料用保护装置的结构示意图；
30.图4是本实用新型实施例三的一种坩埚吸料用保护装置的结构示意图。
31.图中：
32.10、载体
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20、盖体
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30、内腔
33.40、配置槽
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50、通孔
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60、吸料工件
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
35.本实施例提出一种坩埚吸料用保护装置，用于保护吸料工件60，如图1所示，包括：载体10和与载体10相对设置的盖体20；其中，盖体20与载体10围成一用于放置吸料工件60的内腔30；盖体20能够在吸料工件60被置于内腔30时与载体10一起被悬空吊装以使吸料工件60在单晶炉主室内静置并完成对石英坩埚内剩余硅料的吸取，再与载体10一起配合使载有硅料的吸料工件60同步驶离副室。也即是载有吸料工件60的保护装置被悬吊至主室中静置保护吸料工件60，吸料工件60中的吸管进入熔硅液中进行吸取，此时，载有吸料工件60的保护装置可位于主室内的任一所要求的位置悬吊，在此不具体限制。
36.进一步的，盖体20与载体10为可拆卸连接，目的是使在吸料之前先将吸料工件60预置放入内腔30中，使吸料工件60的吸料管贯穿载体10的下端面的通孔50，平稳放置在盖
体20和载体10共同围成空腔30内。其中，盖体20的下端口与载体10的上端口配合；并要求当盖体20与载体10配合后形成的内腔30为封闭式结构。
37.这一结构可保证吸料工件60的吸料管进入石英坩埚中的剩余熔硅液中形成一密闭的吸料腔，控制石英坩埚内的压力可使吸料腔内外形成一定的压力差，使熔硅液进入吸料腔中并储存，且不会流出吸料腔外，也即是密封的内腔30可保证被吸入至吸料工件60中的硅料不会溢流至内腔30中；同时内腔30亦可保证吸料工件60因热胀冷缩造成的变形变化，并可防止吸料工件60在上下移动过程中或在吸料过程中不会被磕碰或损坏，保证吸料工件60的完整性和气密性，为完全吸料奠定基础。
38.进一步的，盖体20与载体10配合形成一直壁式圆柱体结构，因为单晶炉副室内壁及主室内石英坩埚上方的通道均为圆筒形结构，直壁式圆柱体结构不仅有利于保护装置进出入副室至主室内。尤其是其在主室内时，保护装置带动吸料工件60刚从低温区域的副室进入高温区域的主室内，并静置在热场温度较高的石英坩埚上方，会受到强高温的气流冲击，而直壁式圆柱体可使其外壁周缘受气流冲击均匀且可分散从石英坩埚内壁向保护装置一侧飘动的气压流，使气压流不宜在保护装置的外壁任何位置集聚，以使其可平稳地且安全地被吊装静置，避免吸取硅料时吸料工件60晃动，提高吸取效率和吸取质量。
39.优选地，如图1-2所示，盖体20包裹于载体10配合，即盖体20下端口内壁设有内螺纹与载体10上端口的外螺纹配合。盖体20的端面与载体10的上端面紧贴配合，如图1所示，即载体10中开口朝上的凹槽即为内腔30。或盖体20设有开口朝下设置的凹槽与载体10中开口朝上的凹槽共同配合形成内腔30，如图2所示，此时载体10中的凹槽的深度大于盖体20中凹槽的深度，不仅有利于加工且有利于载体10和盖体20配合的稳固性。
40.或者，如图3-4所示，盖体20内嵌于载体10设置，即盖体20的下端口内壁设有外螺纹与载体10上端口的内螺纹配合。与图1类似，盖体20的端面与载体10的上端面紧贴配合，如图3所示，即载体10中开口朝上的凹槽即为内腔30。与图2类似，盖体20中的凹槽与载体10中的凹槽共同配合形成内腔30。
41.当然，对于盖体20与载体10的配合还可以采用螺纹配合之外的其它配合方式，如无螺纹的过盈配合或插销配合，都为本领域常用的配合结构，在此省略。
42.进一步的，在盖体20上端面设有与副室中的重锤相适配的配置槽40,配置槽40为阶梯式结构，目的是使载有吸料工件60的保护装置可自动受重锤吊装沿副室的高度上下移动。且配置槽40下端面距离内腔30在盖体20中的位置有一定距离，也即是盖体20上端面的厚度大于配置槽40的深度，以保证当盖体20与载体10盖合后形成的内腔30为封闭的结构，保证吸料工件60工作的气密性。
43.进一步的，无论盖体20与载体10的端口配合如何，其形成的内腔30的高度h大于内腔30横截面的直径d，由于保护装置的外壁直径也受副室内壁直径及副室和主室连接处法兰的内径的影响，同时保证吸料工件60放置在内腔30中的稳固性和安全性，并提高其进入副室中控制的灵活性，优选地，内腔30直径是其高度的3/4-4/5。根据不同热场尺寸和单晶炉型号的差异，石英坩埚内的剩余硅料为1-40kg，在保证吸料工件60承载硅料重量范围的条件下，若内腔30的直径大于其高度的4/5，则使得内腔30的直径扩大，从而会大于副室内壁的直径，无法进入副室内进行吊装操作；若内腔30的直径小于其高度的3/4，则使得内腔30的高度过高，增加其被悬吊时抖动的风险，同时还会使得进入吸料工件60内硅料的高度
较高，导致其散热较慢，不易凝固。故，优选地，内腔30直径是其高度的3/4-4/5，不仅可降低保护装置晃动的风险，且使进入内腔30中吸料工件60可最大限度地承载硅料重量并可缓慢且安全地凝固，以提高吸取效果。
44.进一步的，内腔30结构与吸料工件60外壁相适配，以使吸料工件60与内腔30紧贴设置，防止吸料工件60在内腔30中晃动。
45.为保证吸料工件30四壁散热的均匀性和一致性，要求盖体20和载体10共同组成的内腔30的壁厚相同，且小于内腔30底部壁厚。内腔30的底部即为载体10的底部厚度要大于内腔30的壁厚，目的是提高其承载吸料工件60的强度。
46.优选地，载体10靠近吸料工件60的吸料口处的转角处为圆弧角，其壁厚大于载体10下端面厚度，这是由于当熔硅料进入吸料工件60中后先在其吸料腔的底部堆积，随着硅料的增加，其下端面倒角处的温度聚集且不断增加，而内腔30下端面倒角处的厚度的增加使得该位置的温度较其它位置的温度低，容易吸收吸料工件60下端面倒角处的热量，从而降低吸料工件60下端面倒角处的变形，亦提高该位置处硅料的凝固速度。
47.进一步的，吸料工件60中的吸料口置于内腔30下端面，也即是吸料工件60中的吸管贯穿在载体10下端面即在内腔30的下端面设置的通孔50，通孔50的内径与吸料工件60中吸管的外径相适配。
48.采用本实用新型设计的保护装置，可保护吸料工件不被磕碰或损伤，防止吸料工件因被吸硅料在凝固过程中的热膨胀而炸裂；还可保证吸料工件在密封的环境中吸取硅料和保存硅料，亦可防止硅料飞溅出吸料工件外；同时还可使硅料在吸料工件内凝固过程中保证吸料工件安全且平稳地悬空于单晶炉内。
49.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。