专利名称：一种硅棒或其它晶体材料的切割装置的制作方法
技术领域：
—种硅棒或其它晶体材料的切割装置技术领域：
本实用新型涉及人工晶体切割领域，具体涉及一种硅棒或其它晶体材料的切割设备，尤其涉及一种硅棒或其它晶体材料的切割装置。背景技术：
在科技部近期发布的《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》中，详细分析了我国光伏产业技术与欧美等发达国家的差距和不足，虽然我国目前已经成为光伏制造大国，但是，还远远称不上是光伏强国。而要突破这一困境，发展先进光伏科技，降低生产成本，提高生产效率和产品质量，掌握相关的核心技术就成为我国光伏产业的必然选择。以多晶硅生产为例，随着全球对光伏太阳能电池需求的快速增长，多晶硅市场迅 速扩大。在目前的政策和经济环境下，2010 2014年全球多晶硅市场需求预计将以16%的年均速度增长，预计到2014年需求量将达29万吨。有报告预测，如果光伏产业在更多国家得到鼓励，多晶硅的供应量或将以43%的年均增速增长，到2014年需求量有可能达到50万吨。然而，目前国内外生产多晶硅的工艺大都通过还原法进行生产，即改良西门子法，而改良西门子法或其它类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是通过还原炉，而多晶在还原炉内生长是在一个密闭的空间内完成。在装炉前先在还原炉内用硅芯搭接成若干个闭合回路，每个闭合回路都由两根竖娃芯和一根横娃芯组成；每一个闭合回路的两个竖娃芯分别接在炉底上的两个电极上，电极分别接直流电源的正负极，然后使硅芯加热至发红，直至表面温度达到1100摄氏度左右，再通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生氢还原反应，三氯氢硅中的硅分子堆积在硅芯上，使其直径不断地增大，最终通过氢还原反应使直径不断地增大到120 200毫米或更粗获取硅棒，硅棒经过后期加工生产出高纯太阳能级6N或电子级IlN的多晶硅。目前，多晶硅生产属于朝阳产业，而硅芯的生产又是多晶硅生产过程中必不可少的一环，那么如何突破现有硅芯通过区熔法拉制工艺，提高硅芯的生产效率，降低生产成本等是本领域技术人员迫切需要解决的问题。参考文献中国专利专利名称、晶体硅芯切割装置，公开号、CN102248611A，
公开日、2011年11月23日。
发明内容为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种硅棒或其它晶体材料的切割装置，本实用新型通过在机架上设置的料台机构、硅棒固定机构、线网支撑机构、张力机构，将硅棒切出截面可为任意方形或矩形尺寸，本实用新型具有操作简便、效率高、能耗低、价格低廉、方便维修等优点，有效解决了传统的区熔提拉法生产硅芯速度慢、能耗大等缺点。为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案一种硅棒或其它晶体材料的切割装置，包括料台机构、机架、硅棒固定机构、线网支撑机构、工作台和张力机构，所述机架内部设置有线网支撑机构，所述线网支撑机构设置在工作台的上部，工作台处于机架内且与机架上设置的导轨上下运动形成滑动连接，所述线网支撑机构的上部设置有用于固定硅棒的硅棒固定机构，在机架的顶部设置有料台机构，所述料台机构和娃棒固定机构为同心设置，在工作台一侧面机架的外部设有两套张力机构，所述张力机构通过金刚石线分别连接线网支撑机构形成硅棒或其它晶体材料的切割
>J-U ρ α装直。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述线网支撑机构包括两个双辊支座，所述两个双辊支座为相同结构，其中任一双辊支座的一侧面及相邻侧面上分别上下间隔设置有上网上支撑辊、上网下支撑辊和下网上支撑辊、下网下支撑辊，其中一个双辊支座上设置的上网上支撑辊、上网下支撑辊和下网上支撑辊、下网下支撑辊分别对应另一个双辊支座上设置的上网上支撑辊、上网下支撑辊和下网上支撑辊、下网下支撑辊形成平行四边形 或正方形或长方形。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述两双辊支座中其中一个双辊支座上设置的上网上支撑辊和上网下支撑辊和另一个双辊支座上设置的上网上支撑辊和上网下支撑辊外部分别对应设置有主动轮和从动轮形成上切割网，其中一个双辊支座上设置的下网上支撑辊和下网下支撑辊和另一个双辊支座上设置的下网上支撑辊和下网下支撑辊外部分别对应设置有主动轮和从动轮形成下切割网，所述主动轮均由驱动电机驱动形成主轴动力机构。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述料台机构包括固定体、料台、托板、气缸、支架、顶杆和料托，所述支架设置在机架的顶部，在支架的上部设置有气缸，所述气缸通过顶杆与设置在支架下部的固定体连接，所述固定体的下部依次设置有料台、托板和料托，所述料托的下端固定有娃棒或料托通过切透体固定有娃棒，其中料托与娃棒同心设置。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述硅棒固定机构包括顶杆、外杆、固定盘和顶轮，所述固定盘通过固定脚固定在双棍支座的上部，在固定盘的内圆面上设置至少三个外杆，所述外杆的一端为中空结构，所述顶杆的一端插入外杆的内孔中且为活动连接，所述顶杆的另一端固定有顶轮，在固定盘的下部设置有喷水环。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述外杆与顶杆的插接部位设置有弹性体，所述弹性体为弹簧或具有弹性的橡胶。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述主轴动力机构通过金钢石线与设置在侧架下部的收放线机构和排线机构连接。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述机架的顶部设置有驱动机构驱动工作台上下运动，驱动机构、张力机构、收放线机构、主动轮和料台机构分别连接控制系统，所述控制系统为PLC或运动控制卡。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述机架的顶部设置有用于吊装的吊环，在机架的下部设置有连接脚。由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果本实用新型所述硅棒或其它晶体材料的切割装置，通过将金刚石线在线网支撑机构的支撑辊上反复缠绕形成上下两网共四层的切割网，有效避免了硅芯截面走形的现象，同时通过张力机构的设置即有效的保证了线网的平稳切割，又避免了金刚石线在切割过程中发生脱线的现象，本实用新型通过料台机构和硅棒固定机构的设置，在实现硅棒牢固固定的同时，操作人员还可以任意调整硅棒的垂直度，本实用新型具有操作简便、效率高、能耗低、价格低廉等优点，有效解决了传统的区熔提拉法生产硅芯速度慢、能耗大等缺点。
图1是本实用新型的立体结构示意图；图2是本实用新型的硅棒固定机构结构示意图；图3是本实用新型的料台机构结构示意图；图4是本实用新型的线网支撑机构结构示意图；图中1、料台机构；2、驱动机构；3、机架；4、导轨；5、硅棒固定机构；6、线网支撑机构；7、工作台；8、吊环；9、硅棒；10、侧架；11、张力机构；12、主轴动力机构；13、收放线机构；14、排线机构；15、连接脚；16、顶杆；17、圆柱销；18、外杆；19、喷水环；20、固定盘；21、顶轮；22、固定脚；23、上网下支撑辊；24、双辊支座；25、固定体；26、料台；27、托板；28、气缸；29、支架；30、顶杆；31、料托；32、切透体；33、驱动电机；34、主动轮；35、上网上支撑辊；36、下网上支撑辊；37、下网下支撑辊；38、从动轮；39、导线机构。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本实用新型，但本实用新型并不局限于下面的实施例；结合附图1 4中所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，包括料台机构I、机架
3、娃棒固定机构5、线网支撑机构6、工作台7和张力机构11，所述机架3内部设置有线网支撑机构6，所述线网支撑机构6采用双辊支撑，整个切割线网都在工作台7范围内完成，线网支撑机构6包括两个双辊支座24，所述两个双辊支座24为相同结构，其中任一双辊支座24的一侧面及相邻侧面上分别上下间隔设置有上网上支撑辊35、上网下支撑辊23和下网上支撑辊36、下网下支撑辊37，其中一个双辊支座24上设置的上网上支撑辊35、上网下支撑辊23和下网上支撑辊36、下网下支撑辊37分别对应另一个双辊支座24上设置的上网上支撑辊35、上网下支撑辊23和下网上支撑辊36、下网下支撑辊37形成平行四边形或正方形或长方形。所述线网支撑机构6设置在工作台7的上部，工作台7处于机架3内且与机架3上设置的导轨4上下运动形成滑动连接，所述工作台7是运动部分的主要承载体，主轴动力机构12和线网支撑机构6都安装在其主板上，工作台7整体部分由一根大丝杆或皮带或链条进行提升，工作时，金钢石线高速运转，被工作台7带动从硅棒9的底部上升到顶部，将硅棒9切割成数量众多的硅芯；所述线网支撑机构6的上部设置有用于固定硅棒9的硅棒固定机构5,在机架3的顶部设置有料台机构1，所述料台机构I和娃棒固定机构5为同心设置，在工作台7 —侧面机架3的外部设有两套张力机构11，所述张力机构11通过金刚石线分别连接线网支撑机构6形成硅棒或其它晶体材料的切割装置；其中张力机构11在整个走线过程中，起着保证金刚石线的张紧度和吸收冲击的作用，由张力机构11中导轨内重力滑块的自重来自动调节金刚石线的松紧程度，从而保证切割工作的平稳，本实用新型中所涉及的张力机构11可通过其它等同或类似结构替代。所述的硅棒或其它晶体材料张的切割装置，所述两双辊支座24中，其中一个双辊支座24上设置的上网上支撑辊35和上网下支撑辊23和另一个双辊支座24上设置的上网上支撑辊35和上网下支撑辊23外部分别对应设置有主动轮34和从动轮38形成上切割网，其中一个双辊支座24上设置的下网上支撑辊36和下网下支撑辊37和另一个双辊支座24上设置的下网上支撑辊36和下网下支撑辊37外部分别对应设置有主动轮34和从动轮38形成下切割网，所述主动轮34均由驱动电机33驱动形成主轴动力机构12。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述料台机构I包括固定体25、料台26、托板27、气缸28、支架29、顶杆30和料托31，所述支架29设置在机架3的顶部，在支架29的上部设置有气缸28，所述气缸28通过顶杆30与设置在支架29下部的固定体25连接，所述固定体25的下部依次设置有料台26、托板27和料托31，所述料托(31)的下端固定有硅棒(9)或料托(31)通过切透体(32)固定有硅棒(9)，其中料托(31)与硅棒(9)同心设置；料台机构I是加工硅棒9的安装机构，固定在机架3的顶部，硅棒9的顶部粘上一段非金属切透体32，切透体32上面再粘上金属的料托31，料托31的上部呈凸出的半球形，而料台机构I中的托板27则呈凹进的球面，上料时，料托31带着硅棒9被叉车置入料台机构I上，料台机构I中的气缸28顶出，将硅棒9压紧在料托31上固定，这时硅棒9整体和料台机构I是两个内外球面接触，将气缸28松开，操作人员可站在工作台上将硅棒9校正，然后再把气缸28压紧，简单解决硅棒9的校准问题，避免了因硅棒9粘接误差而导致切斜的现象，气缸28的活塞杆上套有一根强力压缩弹簧，与气缸28 —起将硅棒9压紧，避免了在工作过程 中因气缸28失常而导致硅棒9压不紧的现象。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述硅棒固定机构5包括顶杆16、外杆18、固定盘20和顶轮21，所述固定盘20通过固定脚22固定在双辊支座24的上部，在固定盘20的内圆面上设置至少三个外杆18，所述外杆18的一端为中空结构，所述顶杆16的一端插入外杆18的内孔中且为活动连接，所述顶杆16的另一端通过圆柱销17或螺栓或销轴固定有顶轮21，工作时如果仅靠料台机构I上气缸28压紧是不够的，在切割过程中，需依靠娃棒固定机构5来辅助固定娃棒9,保证其在切割过程中不会晃动,娃棒固定机构5由呈放射装的至少三组顶轮21组成。每一个顶轮21后面安有一根小弹簧，上料后，四个顶轮21同时被弹簧压紧顶在娃棒9上,娃棒固定机构5安装在线网支撑机构6上同工作台7 —起上升，在上升过程中，四个顶轮21顶在硅棒9的外侧面缓慢移动，起到限制硅棒9晃动的作用；在固定盘20的下部设置有喷水环19，由于在切割过程中，金钢石线会因和硅棒9高速摩擦而产生大量的热，同时硅粉会附着在金刚石线上，妨碍切割，通过冷却水可起到散热和冲刷附着物的作用。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述外杆18与顶杆16的插接部位设置有弹性体，所述弹性体为弹簧或具有弹性的橡胶。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述主轴动力机构12通过金钢石线与设置在侧架10下部的收放线机构13和排线机构14连接，其中收放线机构13主要是起着放线和收线的作用，工作时，金刚石线从放线辊上拉出，经导线轮和切割区域后，从收线辊收回，从而实现一个完整的回路，整个机器包括两组即四套收放线机构13，在收放线的过程中，为避免金刚石线的局部堆积而断线,必须有排线机构14均匀排线，排线机构14和收放线机构13紧凑的安装于一体。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述机架3的顶部设置有驱动机构2驱动工作台7上下运动，驱动机构2、张力机构11、收放线机构13、主动轮34和料台机构I分别连接控制系统，所述控制系统为PLC或运动控制卡，所述驱动机构2由电机、减速机等组成。所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，所述机架3的顶部设置有用于吊装的吊环8，在机架3的下部设置有连接脚15。实施本实用新型所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置的方法，首先将金钢石线由收放线机构13中的放线辊出发、经导线机构39、张力机构11和主轴动力机构12，然后在线网支撑机构6上进行缠绕，绕线过程中的导线机构39由多个导线轮组成，导线轮采用的是聚氨脂材料，主动轮34中的动力主辊和线网支撑机构6中的支撑辊是采用高耐磨系数的超高分子树脂材料，能够保证有效的导线和切割，其中一网的绕线为金钢石线从主动轮34上设置的动力主辊的第一条槽的下面进来，然后金刚石线依次经过上网下支撑 辊(23)的上部、切割区域后，所述金钢石线从对面的上网下支撑辊23上部，进入从动轮38上设置的从动辊第一条槽的下面，拉至从动辊的上面，然后从上网上支撑辊35的上面，经切割区域，从对面上网上支撑辊35的上面进入主动辊的第二条槽的上面，绕至下面，依此循环，直至从主动辊的最后一条槽的上面拉出，当金刚石线在线网支撑机构(6)绕线完成后，金刚石线经张力机构(11)和导线机构(39)固定到收放线机构(13)中的收线辊，形成一个回路的切割网线，一网线在切割区域形成两层；另一网的绕线动作同上；绕完线后，切割区域总共呈四层线，上下两网的各两层线网分别交错，即从上往下数分别是上网的上层一一下网的上层一一上网的下层一一下网的下层，由四网线交错形成了方硅芯的截面形状；在线网支撑机构6绕线完成后，金刚石线经张力机构11和导线机构39，固定到收放线机构13中的收线辊，形成一个回路的切割网线；然后将粘接好的硅棒9置入料台机构I中，通过气缸28将硅棒9顶端的料托31与托板27压紧；所述料托31和托板27是两个内外球面接触，将气缸28松开，操作人员可站在工作台上将硅棒9校正，然后再把气缸28压紧，简单解决硅棒9的校准问题，避免了因硅棒9粘接误差而导致切斜的现象，气缸28的活塞杆上套有一根强力压缩弹簧，所述强力压缩弹簧可替换为其它具有弹力的部件，与气缸28 —起将硅棒9压紧，避免了在工作过程中因气缸28失常而导致硅棒9压不紧的现象；为了使硅棒9在切割过程中不发生晃动，在娃棒9的下端设置有娃棒9固定机构5,所述娃棒固定机构5在娃棒9的外侧面缓慢移动，起到限制硅棒9晃动的作用，其中硅棒固定机构5中每一个顶轮21后面均设有弹性体，上料后，顶轮21同时被弹性体压紧顶在硅棒9上，所述硅棒固定机构5同线网支撑机构6 —起上升；分别启动冷却水、主轴动力机构12、收放线机构13、排线机构14和工作台驱动机构2对硅棒9进行切割，待切割完成后，取下切割后的成品便完成了一次切割加工。本实用新型未详述部分为现有技术。为了公开本实用新型的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本实用新型旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
权利要求1、一种硅棒或其它晶体材料的切割装置，包括料台机构(I)、机架(3)、硅棒固定机构(5)、线网支撑机构(6)、工作台(7)和张力机构(11)，其特征是所述机架(3)内部设置有线网支撑机构(6)，所述线网支撑机构(6)设置在工作台(7)的上部，工作台(7)处于机架(3)内且与机架(3)上设置的导轨(4)上下运动形成滑动连接，所述线网支撑机构(6)的上部设置有用于固定娃棒(9)的娃棒固定机构(5),在机架(3)的顶部设置有料台机构(I),所述料台机构(I)和硅棒固定机构(5)为同心设置，在工作台(7) —侧面机架(3)的外部设有两套张力机构(11)，所述张力机构(11)通过金刚石线分别连接线网支撑机构(6)。
2、根据权利要求I所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述线网支撑机构(6)包括两个双辊支座(24)，所述两个双辊支座(24)为相同结构，其中任一双辊支座(24)的一侧面及相邻侧面上分别上下间隔设置有上网上支撑辊(35)、上网下支撑辊(23)和下网上支撑辊(36)、下网下支撑辊(37)，其中一个双辊支座(24)上设置的上网上支撑辊(35)、上网下支撑辊(23)和下网上支撑辊(36)、下网下支撑辊(37)分别对应另一个双辊支座(24)上设置的上网上支撑辊(35)、上网下支撑辊(23)和下网上支撑辊(36)、下网下支撑辊(37)形成平行四边形或正方形或长方形。
3、根据权利要求2所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述两双辊支座(24)中其中一个双辊支座(24)上设置的上网上支撑辊(35)和上网下支撑辊(23)和另一个双辊支座(24)上设置的上网上支撑辊(35 )和上网下支撑辊(23 )外部分别对应设置有主动轮(34)和从动轮(38)形成上切割网，其中一个双辊支座(24)上设置的下网上支撑辊(36 )和下网下支撑辊(37 )和另一个双辊支座(24)上设置的下网上支撑辊(36 )和下网下支撑辊(37)外部分别对应设置有主动轮(34)和从动轮(38)形成下切割网，所述主动轮(34)均由驱动电机(33 )驱动形成主轴动力机构(12 )。
4、根据权利要求I所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述料台机构(I)包括固定体(25)、料台(26)、托板(27)、气缸(28)、支架(29)、顶杆(30)和料托(31)，所述支架(29 )设置在机架(3 )的顶部，在支架(29 )的上部设置有气缸(28 )，所述气缸(28 )通过顶杆(30)与设置在支架(29)下部的固定体(25)连接，所述固定体(25)的下部依次设置有料台(26)、托板(27)和料托(31)，所述料托(31)的下端固定有硅棒(9)或料托(31)通过切透体(32)固定有硅棒(9)，其中料托(31)与硅棒(9)同心设置。
5、根据权利要求I所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述硅棒固定机构(5)包括顶杆(16)、夕卜杆(18)、固定盘(20)和顶轮(21),所述固定盘(20)通过固定脚(22 )固定在双辊支座(24)的上部，在固定盘(20 )的内圆面上设置至少三个外杆(18 )，所述外杆(18)的一端为中空结构，所述顶杆(16)的一端插入外杆(18)的内孔中且为活动连接，所述顶杆(16)的另一端固定有顶轮(21)，在固定盘(20)的下部设置有喷水环(19)。
6、根据权利要求5所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述外杆(18)与顶杆(16)的插接部位设置有弹性体，所述弹性体为弹簧或具有弹性的橡胶。
7、根据权利要求3所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述主轴动力机构(12)通过金钢石线与设置在侧架(10)下部的收放线机构(13)和排线机构(14)连接。
8、根据权利要求I所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述机架(3)的顶部设置有驱动机构(2)驱动工作台(7)上下运动，驱动机构(2)、张力机构(11)、收放线机构(13)、主动轮(34)和料台机构(I)分别连接控制系统，所述控制系统为PLC或运动控制卡。
9、根据权利要求I所述的硅棒或其它晶体材料的切割装置，其特征是所述机架(3)的顶部设置有用于吊装的吊环(8)，在机架(3)的下部设置有连接脚(15)。
专利摘要一种硅棒或其它晶体材料的切割装置，涉及晶体切割领域，在机架(3)和侧架(10)上分别设置有线网支撑机构(6)、硅棒固定机构(5)、料台机构(1)和张力机构(11)，通过将金刚石线在线网支撑机构上反复缠绕形成上下两层切割网，有效避免了硅芯截面走形的现象，同时通过张力机构的设置即有效的保证了线网的平稳切割，又避免了金刚石线在切割过程中发生脱线的现象，本实用新型通过料台机构和硅棒固定机构的设置，在实现硅棒牢固固定的同时，操作人员还可以任意调整硅棒的垂直度，本实用新型具有操作简便、效率高、能耗低、价格低廉等优点，有效解决了传统的区熔提拉法生产硅芯速度慢、能耗大等缺点。
文档编号B28D5/04GK202668776SQ20122022056
公开日2013年1月16日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者赵春燕, 赵中州, 赵红霞, 赵石磊 申请人:洛阳佑东光电设备有限公司