一种石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法与流程

本发明涉及一种石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，即利用在石英坩埚熔制后模具内剩余浮料，直接再次进行坩埚外壁成型的方法。

技术背景

石英玻璃坩埚在采用切克劳斯基(Czochralski)法拉制单晶硅时，是作为盛放硅熔体的容器。其生产过程是通过利用石墨电极放电产生的电弧，熔融在特定形状模具内的石英砂而得到的。而在熔制后，在熔制成的石英坩埚和模具之间会有一层没有熔化的石英砂，叫浮料层。浮料层方便了坩埚的取出，也避免了坩埚和模具的接触，减少了坩埚外壁的污染，因此浮料层的存在是很必要的。

但当熔制成型的坩埚从模具内取出后，组成浮料层的石英砂的一部分会留在模具内。目前对这部分石英砂的处理方法通常有两种：一种是直接丢弃，再次熔制的时候，利用好料—也就是高纯石英砂来填充浮料层，这无疑增加了生产成本；另一种做法是将这部分料倒出来，经过清洗变成“二次料”—也就是纯度较差的石英砂，再次熔制的时候，用这种“二次料”来填充浮料层，这种方法虽然对浮料层石英砂进行了重复利用，成本也比用好料低，但是需要额外的清洗设备，较为复杂的清洗工序，也需要一定的周转周期。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，既达到了浮料层浮料重复利用的目的，也不需要额外的处理设备和处理工序，在确保坩埚产品品质的前提下，节约了成本，简化了生产流程，缩短了生产周期。

本发明的技术方案是：

一种石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、在先石英坩埚熔制成型结束后，将在先石英坩埚从模具中取出，而使浮料层石英砂保留在模具内，所述模具为金属模具且可在垂直方向上作俯仰运动，以模具中心线垂直于水平面时俯仰角α为90°为参照，所述模具的俯仰角α范围为90°～-10°；

2)、将模具调整到俯仰角α为90°的状态，即模具中心线垂直于水平面，然后使模具绕其中心线旋转达到成型转速ω1，

其中，D为坩埚外径的英寸数，K1为成型系数，取值范围为12～15，成型转速ω1单位 为RPM，取整数；

3)、当浮料层石英砂在离心力作用下均匀聚集到模具底部与侧壁的圆弧过渡位置后，模具在继续转动的情况下向下发生俯仰运动，俯仰角α调整至0＞α≥-10°后停止，α取整数，然后逐渐降低模具转速至ω2，

其中，K2为系数，取值范围为7～10，模具转速ω2取整数；

4)、位于模具的圆弧过渡位置的浮料层石英砂沿着倾斜的模具侧壁逐渐向模具上口移动，最终在重力和离心力的双重作用下，模具的圆弧过渡位置不再有石英砂，模具的圆周内壁上形成厚度均匀的浮料层；

5)、提高模具转速至成型转速ω1，然后使模具向上发生俯仰运动达到模具熔制在后石英坩埚作业时的俯仰角α位置停止，以继续进行在后石英坩埚熔制作业的上料操作。

上述的石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，步骤3)中，模具转速降至ω2历时9～11s。

上述的石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，所述金属模具的材质为不锈钢。

本发明的有益效果是：1、通过对模具转速的调节，控制石英砂的离心力和模具角度，利用石英砂在斜面上，在重力作用下自由下落，使石英砂均匀铺满模具侧壁，完成了熔制后浮料直接被利用成型在后石英坩埚外壁的过程；2、采用金属模具，减少了石英砂与石墨模具摩擦，产生杂质颗粒的可能性，因而也不需要再进行清洗，石英砂可直接被利用，本方法大幅度的降低了生产成本，简化了生产流程。

附图说明

图1是本发明所述的直接再利用方法的工艺流程的示意图一；

图2是本发明所述的直接再利用方法的工艺流程的示意图二；

图3是本发明所述的直接再利用方法的工艺流程的示意图三；

图4是本发明所述的直接再利用方法的工艺流程的示意图四；

图5是本发明所述的直接再利用方法的工艺流程的示意图五。

具体实施方式

实施例1

该石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，包括如下步骤：

1)、如图1所示，在先石英坩埚3熔制成型结束后，将在先石英坩埚3从模具1中取出， 而使浮料层石英砂2保留在模具1内，所述模具1为金属模具且可在垂直方向上作俯仰运动，以模具中心线垂直于水平面时俯仰角α为90°为参照，所述模具1的俯仰角α范围为90°～-10°。

2)、如图2所示，将模具1调整到俯仰角α为90°的状态，即模具中心线垂直于水平面，然后使模具1绕其中心线旋转达到成型转速ω1，

其中，D为坩埚外径的英寸数，K1为成型系数，取值范围为12～15，K1的数值要根据实际生产情况，比如原料、模具进行调整，成型转速ω1单位为RPM，取整数。本实施例中，以熔制18英寸石英坩埚为例，取成型系数K1为13.5，计算得出成型转速ω1为87RPM。

3)、如图3所示，当浮料层石英砂2在离心力作用下均匀聚集到模具底部与侧壁的圆弧过渡位置后，模具在继续转动的情况下向下发生俯仰运动，俯仰角α调整至0＞α≥-10°后停止，α取整数，然后历时10s缓慢降低模具转速至ω2，

其中，K2为系数，取值范围为7～10，根据实际生产情况，比如原料、模具进行调整，模具转速ω2取整数。本实施例中，系数K2取8，计算得到模具转速ω2为11RPM，俯仰角α为-4°。

4)、如图4所示，位于模具1的圆弧过渡位置的浮料层石英砂2沿着倾斜的模具侧壁逐渐向模具上口移动，最终在重力和离心力的双重作用下，模具的圆弧过渡位置不再有石英砂，模具的圆周内壁上形成厚度均匀的浮料层4。

5)、如图5所示，提高模具转速至成型转速ω1，即87RPM，然后使模具1向上发生俯仰运动达到模具熔制在后石英坩埚作业时的俯仰角α位置(45°左右，由后续工艺确定)停止，以继续进行在后石英坩埚熔制作业的上料操作。

实施例2

该石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制22英寸石英坩埚为例，取成型系数K1为15，计算得出成型转速ω1为83RPM。系数K2取9，计算得到模具转速ω2为9RPM。即在先石英坩埚熔制结束后，将坩埚取出，取出过程中，使浮料层石英砂保留在模具内，将模具直立使俯仰角为90度，使转速达到83RPM；当浮料层石英砂在离心力作用下均匀聚集到模具底部与侧壁的圆弧过渡位置后，模具在继续转动的情况下向下发生俯仰运动，俯仰角α调整至-5°；然后历时9s缓慢降低模具转速至9RPM，当形成均匀的浮料层，圆弧过渡位置不 再有石英砂时，提高模具转速至83RPM；然后使模具向上发生俯仰运动达到模具熔制在后石英坩埚作业时的俯仰角α位置停止，以继续进行在后石英坩埚熔制作业的上料操作。其他同实施例1。

实施例3

该石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制24英寸石英坩埚为例，取成型系数K1为14，计算得出成型转速ω1为76RPM。系数K2取10，计算得到模具转速ω2为8RPM。即在先石英坩埚熔制结束后，将坩埚取出，取出过程中，使浮料层石英砂保留在模具内，将模具直立使俯仰角为90度，使转速达到76RPM；当浮料层石英砂在离心力作用下均匀聚集到模具底部与侧壁的圆弧过渡位置后，模具在继续转动的情况下向下发生俯仰运动，俯仰角α调整至-6°；然后历时11s缓慢降低模具转速至8RPM，当形成均匀的浮料层，圆弧过渡位置不再有石英砂时，提高模具转速至76RPM；然后使模具向上发生俯仰运动达到模具熔制在后石英坩埚作业时的俯仰角α位置停止，以继续进行在后石英坩埚熔制作业的上料操作。其他同实施例1。

实施例4

该石英坩埚熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制20英寸石英坩埚为例，取成型系数K1为12，计算得出成型转速ω1为77RPM。系数K2取7，计算得到模具转速ω2为11RPM。即在先石英坩埚熔制结束后，将坩埚取出，取出过程中，使浮料层石英砂保留在模具内，将模具直立使俯仰角为90度，使转速达到77RPM；当浮料层石英砂在离心力作用下均匀聚集到模具底部与侧壁的圆弧过渡位置后，模具在继续转动的情况下向下发生俯仰运动，俯仰角α调整至-10°；然后历时10s缓慢降低模具转速至11RPM，当形成均匀的浮料层，圆弧过渡位置不再有石英砂时，提高模具转速至77RPM；然后使模具向上发生俯仰运动达到模具熔制在后石英坩埚作业时的俯仰角α位置停止，以继续进行在后石英坩埚熔制作业的上料操作。其他同实施例1。