一种石墨弹性夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种石墨弹性夹具，其特征在于：包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座；石墨卡瓣具有卡接孔、外锥面、第一端面、第二端面和缝隙，卡接孔用于夹持硅棒；石墨卡帽具有内锥面和外螺纹，内锥面的直径沿着硅棒伸入方向逐渐增大，石墨卡瓣的外锥面与所述石墨卡帽的内锥面相适配；石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和内螺纹，石墨卡帽的外螺纹和石墨卡座的内螺纹构成螺纹连接，转动该螺纹连接，可使石墨卡帽和石墨卡座作轴向相对移动，石墨卡帽的内锥面压迫所述石墨卡瓣的外锥面，使得石墨卡瓣产生弹性变形而夹紧硅棒。本实用新型具有节约石墨材料消耗、硅棒与石墨弹性夹具之间的接触电阻小、石墨弹性夹具的使用寿命长的优点。
【专利说明】一种石墨弹性夹具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及夹具【技术领域】，具体涉及一种石墨弹性夹具。
【背景技术】
[0002]在多晶硅的生产过程中，石墨夹具的主要功能是实现反应器的水冷电极和用于沉积多晶硅的载体-硅棒之间的连接，其主要是利用了石墨良好的导电性能，如此，可将电流由温度较低的水冷电极传输到高温(1000°c到1500°C)的硅棒上。石墨有优异的耐高温性和足够的强度，因此，其能够支撑娃棒由直径约8-10mm生长为130mm-150mm娃棒后的重量，同时石墨在具有气相反应物(如三氯氢硅-SiHCl3、氢气-H2)、气相反应产物(如氯化氢-HCl)及气相副产物(如四氯化硅-SiCl4)的高温环境中，具有良好的化学惰性，不会与这些物资反应生成对多晶硅有害的杂质。
[0003]在现有技术的多晶硅的生产过程中，石墨夹具由石墨卡座I 6和石墨卡瓣I 7构成，如图1和图2所示，图2为图1的B向视图。石墨卡瓣I具有用于夹持硅棒的卡接孔71、缝隙72和凸起,石墨卡座I具有与石墨卡瓣I的凸起相适配的凹槽；卡接孔沿着娃棒伸入方向逐渐缩小，随着娃棒在卡接孔中的不断深入，卡接孔作用于娃棒的卡接力不断增加而使石墨卡瓣I夹紧硅棒，保证硅棒与石墨卡瓣I的紧密接触；石墨卡瓣I的缝隙沿卡接孔的轴向将石墨卡瓣I分隔为多瓣夹头，娃棒在插入石墨卡瓣I的卡接孔时，石墨卡瓣I的多瓣夹头向外扩而产生弹性变形，进而卡接孔具有一定的扩张空间而增大，硅棒更易于安装于石墨卡瓣I中，当硅棒安装到位时，多瓣夹头进行弹性恢复力而使石墨卡瓣I进一步夹紧硅棒，硅棒与石墨卡瓣I的接触更加紧密。
[0004]在上述现有技术中，为了保证硅棒直立而不倒炉，石墨卡瓣I必须要有足够的高度,如图1所示中，该高度为98mm,以保证娃棒插入石墨卡瓣I的卡接孔有合适的长度，石墨卡瓣I的外圆直径 与石墨卡座I的外圆直径相同为60mm。
[0005]石墨卡瓣I凸起高度和石墨卡座I的凹槽深度必要有足够的配合长度，以保证石墨卡瓣I和娃棒直立而不倒炉，图1中，该长度即为石墨卡座I的凹槽底部62到石墨卡座I的第一端部61的距离，也即石墨卡座I的凹槽深度，其值为40mm;石墨卡座I的凹槽底部到石墨卡座I的第二端部63的距离为多晶硅的生产设施所确定的，图1中，该距离为60mm,因此石墨卡座I的整体长度为:40mm+60mm=100mm。
[0006]在石墨夹具制造过程中，是按照图示最大外圆直径度来选择原材料，并以图示最大长度进行下料，石墨材料消耗定额是按照图示最大外圆直径和最大高度来计算，因此，石墨卡瓣I的石墨材料消耗定额是:
[0007]3.14159X (60 + 2) 2X98X v =274.2b v (cm3)(I)
[0008]石墨卡座I的石墨材料消耗定额是:
[0009]3.14159X (60^-2) 2X 100X ==282.74 1 (cm3)(2)
[0010]石墨夹具的石墨综合材料消耗定额是:
[0011]274.26 T +282.74 > =557.0 v Ccm3)(3)[0012]上面各式中，r为石墨的密度，Y =2.09?2.23 g/cm3。
[0013]因此,在上述现有技术中，石墨夹具的石墨综合材料消耗定额仍然比较闻。
[0014]在上述现有技术中，依靠硅棒在卡接孔中的不断深入而产生的夹紧硅棒的卡接力是有限的，也是很小的，同时，多瓣夹头的弹性恢复力也是很小的；当硅棒在卡接孔中的伸入停止，外力撤销，卡接力和弹性恢复力将变小而导致硅棒与石墨卡瓣的接触不紧密，硅棒与石墨卡瓣的接触电阻增大，导致石墨夹具温度升高，而在温度高的部位会产生无定形硅的沉积，不但降低了多晶硅的有效沉积率，而且造成石墨夹具各部件清洗困难，同时也影响了石墨夹具的使用寿命，特别是在高温下，由于石墨的热膨胀，更易发生这种情况。
[0015]石墨是一种比较贵重的材料，其材料消耗成本在多晶硅的生产成本中占有很大比重，石墨的材料消耗成本与石墨夹具的石墨综合材料消耗定额和石墨夹具各部件的使用寿命直接相关。
[0016]因此，如何降低石墨夹具的石墨综合材料消耗定额和降低硅棒与石墨夹具之间的接触电阻，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
[0017]
【发明内容】
[0018]本实用新型的目的是提供一种石墨弹性夹具，以降低石墨夹具的石墨综合材料消耗定额和降低硅棒与石墨夹具之间的接触电阻。
[0019]本实用新型提供一种石墨弹性夹具，包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座，石墨卡瓣具有卡接孔、外锥面、第一端面、第二端面和缝隙，卡接孔用于夹持硅棒，沿着硅棒伸入方向依次为第一端面、外锥面和第二端面，外锥面的直径沿着第一端面到第二端面的方向逐渐增大，缝隙沿石墨卡瓣的径向与卡接孔贯通、且沿石墨卡瓣的轴向为开口向第二端面的盲槽；石墨卡帽具有内锥面和外螺纹，内锥面的直径沿着硅棒伸入方向逐渐增大，石墨卡瓣的外锥面与石墨卡帽的内锥面相适配；石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和内螺纹，第一凹槽开口朝向硅棒伸入的方向，石墨卡瓣的第二端面支撑在石墨卡座的第一凹槽底部上，内螺纹设置在第一凹槽内，石墨卡帽的外螺纹和石墨卡座的内螺纹构成螺纹连接，转动该螺纹连接，可使石墨卡帽和石墨卡座作轴向相对移动，石墨卡帽的内锥面压迫石墨卡瓣的外锥面，使得石墨卡瓣产生弹性变形、石墨卡瓣的缝隙宽度变小、石墨卡瓣的卡接孔产生径向收缩，从而夹紧娃棒。
[0020]本实用新型提供的技术方案中，在保证硅棒直立而不倒炉的前提下，由于石墨卡帽和石墨卡座采用螺纹连接，石墨卡帽与石墨卡座的配合长度可以有较小的配合长度，也就是降低了现有技术的石墨卡座的整体长度，因此，降低了石墨卡座的石墨材料消耗定额；石墨卡帽的长度比现有技术的石墨卡瓣的长度小得多，石墨卡瓣比现有技术的石墨卡瓣的直径也小得多，因此，石墨卡帽和石墨卡瓣合计的石墨材料消耗定额也比现有技术的石墨卡瓣的石墨材料消耗定额小很多；综合上所述，本实用新型提供的技术方案，在保证硅棒直立而不倒炉的前提下，具有较低的石墨综合材料消耗定额。
[0021]本实用新型提供的技术方案中，转动石墨卡帽和石墨卡座螺纹连接，使得石墨卡瓣产生弹性变形和夹紧力并夹紧硅棒，该夹紧力比现有技术依靠硅棒在卡接孔中的不断深入而增大的卡接力及其产生的弹性恢复力大得多，硅棒与石墨卡瓣的接触更紧密，硅棒与石墨卡辦的接触电阻更小。由于石墨卡帽和石墨卡座的螺纹连接的自锁功能，即使是在闻温下，石墨卡瓣产生的弹性变形的恢复仍然比较小，石墨卡瓣产生的夹紧力仍然比较大，硅棒与石墨卡瓣的接触仍然很紧密，娃棒与石墨卡瓣的接触电阻仍然很小，不但提高了石墨弹性夹具的使用寿命，还提闻了多晶娃的有效沉积率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是现有技术的石墨夹具结构图；
[0023]图2是图1中现有技术的石墨卡座结构图的B向视图；
[0024]图3是本实用新型的石墨弹性夹具结构图；
[0025]图4是本实用新型实施例的石墨卡瓣结构图；
[0026]图5是图4中本实用新型实施例的石墨卡瓣的A向视图；
[0027]图6是本实用新型实施例的石墨卡帽结构图；
[0028]图7是现有技术的石墨卡座结构图。
【具体实施方式】
[0029]具体实施例如图3?图7所示，包括石墨卡帽3、石墨卡瓣2和石墨卡座1，石墨卡瓣具有卡接孔23、外锥面21、第一端面22、第二端面24和缝隙25，卡接孔用于夹持硅棒，沿着娃棒伸入方向依次为石墨卡瓣的第一端面和第二端面，外锥面的直径沿着石墨卡瓣的第一端面到第二端面的方向逐渐增大，缝隙沿石墨卡瓣的径向与卡接孔贯通、且沿石墨卡瓣的轴向为开口向第二端面的盲槽；石墨卡帽具有内锥面33、外螺纹35、第一端面32和第二端面34,沿着娃棒伸入方向依次为石墨卡帽的第一端面和第二端面，内锥面的直径沿着墨卡帽的第一端面到第二端面的方向逐渐增大，石墨卡瓣的外锥面与石墨卡帽的内锥面相适配；石墨卡座具有第一凹槽11、第一凹槽底部14、第二凹槽13、内螺纹15、第一端面16、第二端面17和连接第一凹槽与第二凹槽的连接孔12，第二凹槽13的开口背向第一凹槽11，沿着娃棒伸入方向依次为石墨卡座的第一端面和第二端面，第一凹槽开口朝向娃棒伸入的方向，石墨卡瓣的第二端面支撑在石墨卡座的第一凹槽底部上，内螺纹设置在第一凹槽内，石墨卡帽的外螺纹和石墨卡座的内螺纹构成螺纹连接5，转动该螺纹连接，可使石墨卡帽和石墨卡座作轴向相对移动，石墨卡帽的内锥面压迫石墨卡瓣的外锥面，使得石墨卡瓣产生弹性变形、石墨卡瓣的缝隙宽度变小、石墨卡瓣的卡接孔产生径向收缩，从而夹紧硅棒。
[0030]图4是实施例的石墨卡瓣结构图，图5是图4的A向视图，石墨卡瓣的卡接孔可以是直孔，加工工艺性好，但最好是内锥孔，内锥孔的直径沿着硅棒的伸入方向逐渐减小，这样更能增大夹紧力并使娃棒与石墨卡瓣的接触更紧密；石墨卡瓣的缝隙宽度为l_4mm、长度为从石墨卡瓣的第二端面为起点沿轴向的长度为石墨卡瓣的第二端面到第一端面的轴向距离的0.3-0.7倍。石墨卡瓣的缝隙数量为I?8个；石墨卡瓣的缝隙数量优选为3、4或6个，且沿石墨卡瓣的圆周均匀分布。
[0031]图6是实施例的石墨卡帽的结构图，石墨卡帽靠近石墨卡帽的第一端面还具有凸缘31，该凸缘的直径大于石墨卡座的外圆直径，因而具有遮盖和保护石墨卡座的作用。为了降低石墨的材料消耗，石墨卡帽的凸缘外圆直径比石墨卡座的外圆直径大O?20mm为宜，优选为石墨卡帽的凸缘外圆直径比石墨卡座的外圆直径大10mm。
[0032]在图4、图5中，石墨卡瓣的第二端面到第一端面的轴向距离即石墨卡瓣的长度为55mm,外圆直径为36mm,缝隙的宽度为1.5mm、长度为22mm,石墨卡瓣的缝隙数量优选为4个且沿所述石墨卡瓣的圆周均匀分布。
[0033]在图6中，石墨卡帽的外圆直径为70mm、长度为22mm。
[0034]在图7中，石墨卡座的外圆直径为60mm,石墨卡座的第一凹槽底部到第二端面的距离为60mm,石墨卡座的第一凹槽底部到第一端面的距离为23mm,石墨卡座的长度即石墨卡座的第一端面到第二端面的距离为83mm。
[0035]因此，石墨卡瓣的石墨材料消耗定额是:
[0036]3.14159X (36 + 2) 2X55X > =55.98 1 (cm3)(4)
[0037]石墨卡座的石墨材料消耗定额是:
[0038]3.14159X (60 + 2) 2X85X 1 =240.33 T (cm3)(5)
[0039]石墨卡帽的石墨材料消耗足额是:
[0040]3.14159 X (70 + 2) 2X22X Y =84.bi * (cm3)(6)
[0041]因此本实用新型的石墨弹性夹i的石墨综合材料消耗定额是:
[0042]55.98 ^ + 240.33 Y + 84.67 ' = 380.98 Y (cm3)(7)
[0043]在保证硅棒直立而不倒炉的前提下，【背景技术】描述的现有技术的墨弹性夹具的石墨综合材料消耗定额是557.0 T (cm3)，相比现有技术，本实用新型的石墨弹性夹具的石墨综合材料消耗定额节约效果为:
[0044](557.0 T -380.98557.0^X 100% = 31.60%(8)
[0045]因此，本实用新型的石墨弹性夹具相比现有技术具有意想不到的、明显节约石墨综合材料消耗的技术效果。
[0046]假设条件:本实用新型的石墨弹性夹具的石墨卡座和石墨卡瓣的长度分别于现有技术的石墨卡座和石墨卡瓣的长度相等，即分别为IOOmm和97mm，则:本实用新型的石墨弹性夹具的石墨卡座和石墨卡瓣的石墨综合材料消耗定额分别是:
[0047]假设条件下的石墨卡瓣的石墨材料消耗定额是:
[0048]3.14159X (36 + 2) 2X97X v =98.73 ^ (cm3)(9)
[0049]假设条件下的石墨卡座的石墨材料消耗定额是:
[0050]3.14159X (60^-2) 2X 100X J =282.74 > (cm3)(10)
[0051]在假设夺件下的本实用新型的石墨弹性夹具的石墨综合材料消耗定额是:
[0052]98.1 i ^ + 282.74 1 + 84.67 ^ = 466.14 T (cm3)(11)
[0053]在假设条件下的本实用新型的石墨弹性夹具的石墨综合材料消耗定额节约效果为:
[0054](557.0 T -466.14 1 ) + 557.0 Y X 100% = 16.31%(12)
[0055]也就是说，在假设条件下的本实用新型的石墨弹性夹具相比现有技术仍然具有明显的节约石墨综合材料消耗的技术效果，而在假设条件下，本实用新型的石墨弹性夹具具有更好的硅棒直立而不倒炉的稳定性。
【权利要求】
1.一种石墨弹性夹具，其特征在于:包括石墨卡帽、石墨卡瓣和石墨卡座；所述石墨卡瓣具有卡接孔、外锥面、第一端面、第二端面和缝隙，卡接孔用于夹持硅棒，沿着硅棒伸入方向依次为第一端面、外锥面和第二端面，外锥面的直径沿着第一端面到第二端面的方向逐渐增大，缝隙沿所述石墨卡瓣的径向与卡接孔贯通、且沿所述石墨卡瓣的轴向为开口向第二端面的盲槽；所述石墨卡帽具有内锥面和外螺纹，内锥面的直径沿着硅棒伸入方向逐渐增大，所述石墨卡瓣的外锥面与所述石墨卡帽的内锥面相适配；所述石墨卡座具有第一凹槽、第一凹槽底部和内螺纹，第一凹槽开口朝向硅棒伸入的方向，所述石墨卡瓣的第二端面支撑在所述石墨卡座的第一凹槽底部上，内螺纹设置在第一凹槽内，所述石墨卡帽的外螺纹和所述石墨卡座的内螺纹构成螺纹连接，转动该螺纹连接，可使石墨卡帽和石墨卡座作轴向相对移动，所述石墨卡帽的内锥面压迫所述石墨卡瓣的外锥面，使得石墨卡瓣产生弹性变形、石墨卡瓣的缝隙宽度变小、墨卡瓣的卡接孔产生径向收缩。
2.如权利要求1所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡瓣的卡接孔是内锥孔，内锥孔的直径沿着硅棒的伸入方向逐渐减小。
3.如权利要求1所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡瓣的缝隙宽度为I?4mm、长度为从石墨卡瓣的第二端面为起点沿轴向的长度为石墨卡瓣的第二端面到第一端面的轴向距离的0.3-0.7倍，所述石墨卡瓣的缝隙数量为I?8个。
4.如权利要求3所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡瓣的缝隙数量为3、4或6个，且沿所述石墨卡瓣的圆周均匀分布。
5.如权利要求3所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡瓣的缝隙的宽度为1.5mm。
6.如权利要求1所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡帽靠近石墨卡帽的第一端面还具有凸缘，凸缘的外圆直径大于所述石墨卡座的外圆直径。
7.如权利要求6所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡帽的凸缘外圆直径比所述石墨卡座的外圆直径大O?20mm。
8.如权利要求7所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡帽的凸缘外圆直径比所述石墨卡座的外圆直径大10mm。
9.如权利要求1所述的石墨弹性夹具，其特征在于:所述石墨卡座还具有第二凹槽、连接第一凹槽与第二凹槽的连接孔，第二凹槽的开口背向第一凹槽。
【文档编号】C01B33/035GK203440093SQ201320367229
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】王志杰, 时加林, 孙志强, 王菲, 杨丽丽, 张志华, 李春林 申请人:山西潞安矿业(集团)有限责任公司