一种可消除多晶硅碳头料的装置的制作方法

本发明涉及多晶硅制备装置技术领域，具体涉及一种用于多晶硅还原炉内的卡瓣组件结构。

背景技术：

多晶硅是生产太阳能光伏产品的主要原材料，采用的西门子法的主要工艺之一是化学还原气相沉积。该方法是在1100℃高温下由经过多级精馏的三氯氢硅气体与氢气反应还原成硅并不断沉积在初始硅芯上长大成硅棒的过程，该过程中的高温由电流通过硅芯或硅棒本身发热维持，还原沉积炉内硅棒因此成对导通，形成倒“U”型，与硅棒直接接触的导电电极要求耐高温，不污染硅料。从而，具有耐高温、性质稳定、高导电率的石墨电极作为连接电源的金属电极与硅芯是必须的媒介，通过石墨导电和加热，多晶硅才能附着“生长”。

还原沉积用的石墨电极称为石墨夹头，硅料沉积到硅芯上的同时，在石墨夹头上也沉积了硅料，硅料与石墨夹头表面结合紧密，造成硅料与石墨分离困难，这种生长于石墨夹头附近的硅料或者表面含有石墨的硅料称为碳头料。目前，国内外一些企业采用最原始的办法，即榔头敲击方式进行人工分选，这不但造成大量多晶硅浪费，也极大地影响了多晶硅的品质，提高了生产成本。

发明专利ZL 201120362659.3公开了一种可重复利用石墨夹头，用于夹紧固定硅芯，解决了石墨夹头因与硅芯的导电面接触不好而导致局部过热产生溶芯、拉弧倒芯等问题，但硅还是会沉积到石墨卡瓣上，造成石墨卡瓣镶嵌在多晶硅产里面很难分离。

因此，有效去除碳头料中的石墨达到最大限度的利用率，并使石墨夹头能重复再利用成为当前需要急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、多晶硅不会沉积到石墨上，卡瓣可重复使用，能降低成本，可彻底解决石墨与硅料难分离问题的可消除多晶硅碳头料的装置结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可消除多晶硅碳头料的装置，该装置实质上是一应用于多晶硅还原炉内部的卡瓣机构，包括电极、与电极套接的石墨底座、放置在所述石墨底座上的卡瓣组，以及与所述石墨底座相匹配并与石墨底座相连接的石墨帽，卡瓣组的中间具有用于容置硅芯的空腔，其特征在于：所述卡瓣组由石墨部分和多晶硅部分对接而成，石墨部分构成卡瓣组的主体结构并置于石墨底座上，多晶硅部分构成卡瓣组的上部结构，且多晶硅部分对接于石墨部分的顶部上面；在石墨帽的上表面覆盖有一层多晶硅保护壳，该多晶硅保护壳与卡瓣组的多晶硅部分相接；卡瓣组的石墨部分位于多晶硅部分及多晶硅保护壳之下。

进一步地，所述卡瓣组的多晶硅部分的下部设计有朝外倾斜的楔角，与石墨部分配合后，楔角楔入石墨帽中并与石墨帽的内壁紧固在一起。

进一步地，所述卡瓣组由四个同等大小且带有弧形凹槽的子卡瓣组成圆锥形结构，每一子卡瓣包括其对应的子石墨部分和子多晶硅部分；卡瓣组的石墨部分上表面与锥面之间的过渡角为45度的倒角结构，而多晶硅部分的下部为与石墨部分45度倒角相匹配的45度楔角，在45度方向上的剪切力最大，取棒时轻轻敲击石墨帽即可将卡瓣组多晶硅部分的楔角折断，将硅棒与石墨部分完全分离。

进一步地，所述卡瓣的多晶硅部分通过楔角部位外表面的螺纹与石墨帽的内壁丝扣连接固定。

进一步地，所述石墨底座通过其外表面的螺纹与石墨帽丝扣连接固定。

在多晶硅生产时，卡瓣组的石墨部分继续起到导电和夹持硅芯的作用，多晶硅部分的下部与石墨部分连接，上部露出石墨帽，起到夹持硅芯和消除碳头料的作用。多晶硅保护壳盖在石墨帽的上表面，当三氯氢硅和氢气发生反应，生成的硅逐渐沉积到硅芯，长大成硅棒，卡瓣组的多晶硅部分被长大的硅棒逐渐包裹，隔离了硅棒与石墨部分的接触，而多晶硅保护壳将沉积硅与石墨帽隔离开，两者综合作用可避免硅棒上碳头料的产生。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

第一，在还原炉内硅沉积到硅芯上的同时也沉积到卡瓣组多晶硅部分上，镶嵌在硅棒中的多晶硅部分不需要处理，可直接利用，避免了由于石墨卡瓣造成的碳头料；

第二，覆盖在石墨帽上表面的多晶硅壳避免了长大的硅棒与石墨帽接触，消除了碳污染，还消除了沉积硅沉积到石墨帽上表面在出炉时可能造成破损的可能性；

第三，卡瓣组的石墨部分可循环利用，节约生产成本；

第四，卡瓣组的多晶硅部分和多晶硅保护壳的综合使用产生，不仅从源头上避免了碳头料的出现，而且提升产品质量、提高了硅料利用率、节省了因分离碳头料而产生的人力资源和经济成本。

附图说明

图1为本发明剖面结构示意图；

图2为卡瓣组石墨部分的俯视结构示意图。

1为电极，2为石墨底座，3为石墨帽，4为石墨部分，5为多晶硅部分，6为楔角，7为多晶硅保护壳，8为硅芯，9为空腔。

具体实施方式

本实施例中，参照图1和图2，所述可消除多晶硅碳头料的装置，包括电极1、与电极1套接的石墨底座2、放置在所述石墨底座2上的卡瓣组，以及与所述石墨底座2相匹配并与石墨底座2相连接的石墨帽3，卡瓣组的中间具有用于容置硅芯8的空腔9；所述卡瓣组由石墨部分4和多晶硅部分5对接而成，石墨部分4构成卡瓣组的主体结构并置于石墨底座2上，多晶硅部分5构成卡瓣组的上部结构，且多晶硅部分5对接于石墨部分4的顶部上面；在石墨帽3的上表面覆盖有一层多晶硅保护壳7，该多晶硅保护壳7与卡瓣组的多晶硅部分5相接；卡瓣组的石墨部分4位于多晶硅部分5及多晶硅保护壳7之下。

所述卡瓣组的多晶硅部分5的下部设计有朝外倾斜的楔角6，与石墨部分4配合后，楔角6楔入石墨帽3中并与石墨帽3的内壁紧固在一起。

所述卡瓣组由四个同等大小且带有弧形凹槽的子卡瓣组成圆锥形结构，每一子卡瓣包括其对应的子石墨部分和子多晶硅部分；卡瓣组的石墨部分4上表面与锥面之间的过渡角为45度的倒角结构，而多晶硅部分5的下部为与石墨部分45度倒角相匹配的45度楔角，在45度方向上剪切力最大，取棒时轻轻敲击石墨帽3即可将卡瓣组多晶硅部分5的楔角6折断，将硅棒与石墨部分4完全分离。

所述卡瓣的多晶硅部分5通过楔角部位外表面的螺纹与石墨帽3的内壁丝扣连接固定，这种连接方式能很方便进行安装或拆卸。

所述石墨底座2通过其外表面的螺纹与石墨帽3丝扣连接固定。

使用时，在还原炉底盘的电极孔里安装好电极1，再将石墨底座2套接，石墨底座2上再放上事先准备好的卡瓣组石墨部分4和多晶硅部分5，按丝扣拧上石墨帽3，同时将硅芯8从石墨帽3和卡瓣组穿过与石墨底座接触，同时慢慢拧紧石墨帽3，将硅芯8固定，同时也将卡瓣组紧固在一起；在石墨帽3上表面盖上多晶硅材质的多晶硅保护壳7。盖上钟罩，进行一系列操作后开始进料，三氯氢硅与氢气反应生成沉积硅，并沉积到硅芯8和多晶保护壳7上，等硅棒逐渐长大包裹卡瓣组的多晶硅部分5，生长至100多个小时后停炉。

在多晶硅生产时，卡瓣组的石墨部分4继续起到导电和夹持硅芯8的作用，多晶硅部分5的下部与石墨部分4连接，上部露出石墨帽3，起到夹持硅芯8和消除碳头料的作用。多晶硅保护壳7盖在石墨帽3的上表面，当三氯氢硅和氢气发生反应，生成的硅逐渐沉积到硅芯，长大成硅棒，卡瓣组的多晶硅部分5被长大的硅棒逐渐包裹，隔离了硅棒与石墨部分4的接触，而多晶硅保护壳7将沉积硅与石墨帽3隔离开，两者综合作用可避免硅棒上碳头料的产生。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。