多晶硅还原炉电极的制作方法

本实用新型涉及一种多晶硅还原炉电极，按国际专利分类表(IPC)划分属于电极制造及加工技术领域。

背景技术：

目前，多晶硅生产主要采用改良西门子法工艺，其原理就是在还原炉中采用高压击穿方式使硅芯成为导体，提升电流使硅芯温度快速上升，于1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上，生成多晶硅棒。

制备多晶硅的电极棒外表面一般不采用任何镀层，或者仅仅采用化学电镀的方式在电极棒的端处电镀金属银，如公开专利文献CN201320543114.1所公开的一种用于西门子法生产多晶硅的还原电极棒，其利用于电极棒本体表面增加氧化镀层的方式，以防止还原生产中电极棒接触表面的铜氧化。使用电镀工艺中，外表面电镀的银层厚度不能低于0.08mm，该厚度在实际实用过程中会出现脱落及破损的情况，进而导致电极棒导电率的降低，从而在多晶硅的还原生产过程中出现拉弧现象，影响生产。拉弧显现使得电极棒发黑，需经打磨其表面后才能继续使用，但长此以往导致电极棒铜壁变薄，直径变小，甚至在使用中出现打穿漏水的显现，同时直径变小会使其与石墨卡座的接触不良，从而提高生产中拉弧及硅棒倒伏出现的概率，而拉弧出现后电极棒的表面会出现局部灼烧损伤，造成电极棒中铜离子由于电弧发生产生气化并直接影响生产的多晶硅质量，且长期在强酸环境下裸露的筒棒极易被腐蚀，造成成品多晶硅的污染。

另，现有的多晶硅的还原炉电极的层结构中大多采用一层式的粗化结构，其主要目的是外表面的氧化物的细微杂质去除，对于结构的稳定性，层结构之间的结合力，会出现层结构脱落现象，会造成上述现象出现。

因此在现有超声波雾化器上，如何进一步完善、升级还原炉电极的层结构的结合力，避免镀层易脱落导致极易腐蚀的同时延长电极使用寿命、提高耐压度并避免多晶硅被污染等是目前超多晶硅还原炉电极结构中研发人员的重要课题之一。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种设置有双层粗化层结构的多晶硅还原炉电极。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

多晶硅还原炉电极，其包括能与石墨座锥孔配合的锥头，及中心设置有水冷空腔的电极体，所述电极体周围穿套有绝缘套筒且其与锥头固定相连，其中电极体与锥头对接相连的一段为连接段；该连接段与锥头外表面均设置有双粗化层，所述连接段与锥头的双粗化层上分别喷涂有结合层，而结合层的外表面设置有外涂层；

其中，双粗化层包括第一粗化层及第二粗化层，第一粗化层设置于连接段与锥头的外表面，而第二粗化层则设置于第一粗化层的外表面。

进一步，所述第一粗化层为采用喷砂或抛丸工艺所形成的不规则凹凸层。

进一步，所述第二粗化层为采用拉毛工艺于第一粗化层外表面形成点状凸起的结构。

进一步，所述结合层为纯银粉末为原料制成的喷涂层，或结合层为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，或结合层为镍、铝合金任意一种金属材料制成的喷涂层。

进一步，所述外涂层为纯银粉末为原料制成的喷涂层，或外涂层为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层

进一步，所述外涂层包括第一外涂层及第二外涂层；其中，所述第一外涂层为锥头外围设置导体层，第二外涂层为连接段外围设置由纯陶瓷粉末制成的绝缘层。

进一步，所述第一外涂层为纯银粉末为原料制成的喷涂层。

进一步，所述第一外涂层为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层。

进一步，所述结合层的厚度范围为0.2mm～0.8mm，所述外涂层的厚度范围为 0.1mm～2.0mm。

进一步，所述结合层的粗度范围为10～100μm，外涂层的粗度范围为20～20 μm。

本实用新型中所述的连接段与锥头的外表面需要经过两次粗化处理，而第一次粗化处理可以采用喷砂或抛丸工艺完成，第二次粗化是于第一次粗化的基础上进行拉毛工艺完成，其中，第一次粗化处理的目的是将其外表面的氧化物的细微杂质去除，同能还可以在连接段及锥头的外表面形成凹凸不同的结构，而第二次粗化处理的目的是进一步增加层与层之间的结合力，确保结构的稳定性，在两个粗化后的结构依次设置结合层及外涂层，其中结合层及外涂层使用预热到100℃至1300℃的压缩其他(通常为空气、氮气、氦气或者氩气中的一种或者集中混合气体)，在0.5到5MPa的压力下，通过喷枪适合粒度的原材料粉末告诉冲击连接段及锥头的外表面，使得材料粉末全部或者部分塑性变形，形成一种致密、结合强度高且硬度很高的喷涂层，再对外涂层的外表面进行机加工或者抛光处理，形成尺寸精准且表面光洁度极高的产品。

与现有技术相比较，本实用新型的优点：

本实用新型中所述电极体与锥头一体相连，且电极体与锥头相连的一段为连接段，该连接段与锥头外表面均经过喷砂或抛丸形成粗化层，而连接段与锥头的粗化层上还喷涂有结合层，该结合层上设置有外涂层，其中结合层在能与外涂层实现有效结合的同时还能达到缓冲及吸收力的目的；另，本实用新型中于多晶硅还原炉电极结构中设置双层粗化层，从而在确保结构稳定的同时，进一步的提高层与层之间的结合力，尤其是粗化层与结合层之间的结合力。

附图说明

图1是本实用新型实施例一结构剖面图；

图2是本实用新型实施例一中V处局部结构放大图；

图3是本实用新型实施例二结构剖面图；

图4是本实用新型实施例二中V处局部结构放大图；

图5是本实用新型实施例三结构剖面图；

图6是本实用新型实施例三中V处局部结构放大图；

图7是本实用新型实施例四结构剖面图；

图8是本实用新型实施例四中V处局部结构放大图。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本技术方案的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制，下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例一：请参阅图1所示，一种多晶硅还原炉电极，其包括能与石墨座锥孔配合的锥头1-1，及中心设置有水冷空腔的电极体1-2，所述电极体1-2周围穿套有绝缘套筒1-3且电极体1-2与锥头1-1固定相连，其中电极体1-2与锥头1-1对接相连的一段为连接段1-21。具体的说：所述锥头1-1与电极体1-2 一体相连，形成材料为纯铜或不锈钢的一体式结构。

请参阅图1所示，前述连接段1-21与锥头1-1外表面均设置有双粗化层1-4，所述连接段1-21与锥头1-1的双粗化层1-4上分别喷涂有结合层1-5，结合层 1-5的外表面设置有外涂层1-6。

请参阅图1及图2所示，前述双粗化层1-4包括第一粗化层1-41及第二粗化层1-42，第一粗化层1-41设置于连接段1-21与锥头1-1的外表面，而第二粗化层1-42则设置于第一粗化层1-41的外表面。所述第一粗化层1-41为采用喷砂或抛丸工艺所形成的不规则凹凸层，所述第二粗化层1-42为采用拉毛工艺于第一粗化层1-41外表面形成点状凸起的结构。具体的说：所述第二粗化层1-42 为通过拉毛工艺于第一粗化层1-41外表面上设置有规则排布的金属凸点的结构。

请参阅图1所示，前述连接段1-21及锥头1-1处设置的结合层1-5的厚度范围为0.2mm～0.8mm，且结合层1-5的粗度范围为10～100μm。所述连接段1-21 及锥头1-1处设置的结合层1-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，连接段1-21及锥头1-1处设置的结合层1-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，连接段1-21及锥头1-1处设置的结合层1-5还可以均为镍、铝合金任意一种金属材料制成的喷涂层。具体的说：所述连接段1-21及锥头1-1处设置的结合层1-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述连接段1-21及锥头 1-1处设置的结合层1-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

请参阅图1及图2所示，前述外涂层1-6为纯银粉末为原料制成的喷涂层，或外涂层1-6为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层。且该外涂层1-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，且外涂层1-6的粗度范围为20～50μm。具体的说：所述外涂层1-6为喷涂于连接段1-21与锥头1-1处的一层结构；所述外涂层1-6可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述外涂层1-6可以为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

实施例二：请参阅图3所示，一种多晶硅还原炉电极，其包括能与石墨座锥孔配合的锥头2-1，及中心设置有水冷空腔的电极体2-2，所述电极体2-2周围穿套有绝缘套筒2-3且电极体2-2与锥头2-1固定相连，其中电极体2-2与锥头2-1对接相连的一段为连接段2-21。具体的说：所述锥头2-1与电极体2-2 一体相连，形成材料为纯铜或不锈钢的一体式结构。

请参阅图3所示，前述连接段2-21与锥头2-1外表面均设置有双粗化层2-4，所述连接段2-21与锥头2-1的双粗化层2-4上分别喷涂有结合层2-5，结合层 2-5的外表面设置有外涂层2-6。

请参阅图3及图4所示，前述双粗化层2-4包括第一粗化层2-41及第二粗化层2-42，第一粗化层2-41设置于连接段2-21与锥头2-2的外表面，而第二粗化层2-42则设置于第一粗化层2-41的外表面。所述第一粗化层2-41为采用喷砂或抛丸工艺所形成的不规则凹凸层，所述第二粗化层2-42为采用拉毛工艺于第一粗化层2-41外表面形成点状凸起的结构。具体的说：所述第二粗化层2-42 为通过拉毛工艺于第一粗化层2-41外表面上设置有规则排布的金属凸点的结构。

请参阅图3所示，前述连接段2-21及锥头2-1处设置的结合层2-5的厚度范围为0.2mm～0.8mm，且结合层2-5的粗度范围为10～100μm。所述连接段2-21 及锥头2-1处设置的结合层2-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，连接段2-21及锥头2-1处设置的结合层2-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，连接段2-21及锥头2-1处设置的结合层2-5还可以均为镍、铝合金任意一种金属材料制成的喷涂层。具体的说：所述连接段2-21及锥头2-1处设置的结合层2-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述连接段2-21及锥头 2-1处设置的结合层2-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

请参阅图3所示，前述外涂层2-6包括第一外涂层2-61及第二外涂层2-62，前述外涂层2-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，且外涂层2-6的粗度范围为20～50 μm。所述第一外涂层2-61为锥头外围设置导体层，第二外涂层2-62为连接段外围设置由纯陶瓷粉末制成的绝缘层,第二外涂层2-62为纯陶瓷粉末制成的绝缘层，用以提高耐压系数，从而达到80KV的耐压程度。具体的说：所述的纯陶瓷粉末中陶瓷粉末的含量为≥99.995％，且纯陶瓷粉末包括但不限于：氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅盒二氧化钛粉末，所述纯陶瓷粉末喷涂而成的绝缘层附着于连接端的结合层2-5外，从而能有效的提高电极的耐压性，以达到耐80KV的高压；而第一外涂层2-61可以为纯银粉末为原料制成的喷涂层，所述第一外涂层2-61也可以为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层。具体的说：所述第一外涂层2-61可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述第一外涂层2-61 也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

结合图3及图4所示，前述外涂层2-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，第二外涂层2-62与第一外涂层2-61的厚度值在前述外涂层2-6厚度的范围内可以相同也可以不同，本实施例中所述第一外涂层2-61及第二外涂层2-62的厚度值相同。

实施例三：请参阅图5所示，一种多晶硅还原炉电极，其包括能与石墨座锥孔配合的锥头3-1，及中心设置有水冷空腔的电极体3-2，所述电极体3-2周围穿套有绝缘套筒3-3且电极体3-2与锥头3-1固定相连，其中电极体3-2与锥头3-1对接相连的一段为连接段3-21。及的说：所述锥头3-1与电极体3-2 一体相连，形成材料为纯铜或不锈钢的一体式结构。

请参阅图5所示，前述连接段3-21与锥头3-1外表面均设置有双粗化层3-4，所述连接段3-21与锥头3-1的双粗化层3-4上分别喷涂有结合层3-5，结合层3-5的外表面设置有外涂层3-6。

请参阅图5及图6所示，前述双粗化层3-4包括第一粗化层3-41及第二粗化层3-42，第一粗化层3-41设置于连接段3-21与锥头3-2的外表面，而第二粗化层3-42则设置于第一粗化层3-41的外表面。所述第一粗化层3-41为采用喷砂或抛丸工艺所形成的不规则凹凸层，所述第二粗化层3-42为采用拉毛工艺于第一粗化层3-41外表面形成点状凸起的结构。具体的说：所述第二粗化层3-42 为通过拉毛工艺于第一粗化层3-41外表面上设置有规则排布的金属凸点的结构。

请参阅图5所示，前述连接段3-21及锥头3-1处设置的结合层3-5的厚度范围为0.2mm～0.8mm，且结合层3-5的粗度范围为10～100μm。所述连接段3-21 及锥头3-1处设置的结合层3-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，连接段3-21及锥头3-1处设置的结合层3-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，连接段3-21及锥头3-1处设置的结合层3-5还可以均为镍、铝合金任意一种金属材料制成的喷涂层。具体的说：所述连接段3-21及锥头3-1处设置的结合层3-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述连接段3-21及锥头 3-1处设置的结合层3-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

请参阅图5及图6所示，前述外涂层3-6包括第一外涂层3-61及第二外涂层3-62，前述外涂层3-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，且外涂层3-6的粗度范围为20～50μm。所述第一外涂层3-61为锥头外围设置导体层，第二外涂层3-62 为连接段外围设置由纯陶瓷粉末制成的绝缘层,第二外涂层3-62为纯陶瓷粉末制成的绝缘层，用以提高耐压系数，从而达到80KV的耐压程度。具体的说：所述的纯陶瓷粉末中陶瓷粉末的含量为≥99.995％，且纯陶瓷粉末包括但不限于：氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅盒二氧化钛粉末，所述纯陶瓷粉末喷涂而成的绝缘层附着于连接端的结合层3-5外，从而能有效的提高电极的耐压性，以达到耐80KV的高压；而第一外涂层3-61可以为纯银粉末为原料制成的喷涂层，所述第一外涂层3-61也可以为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层。具体的说：所述第一外涂层3-61可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述第一外涂层3-61也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

结合图5及图6所示，前述外涂层3-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，第二外涂层3-6，与第一外涂层3-61的厚度值在前述外涂层3-6厚度的范围内可以相同也可以不同，本实施例中所述第一外涂层3-61及第二外涂层3-62的厚度值不同，且第二外涂层3-62厚度大于第一外涂层3-61的厚度。

实施例四：请参阅图7所示，一种多晶硅还原炉电极，其包括能与石墨座锥孔配合的锥头4-1，及中心设置有水冷空腔的电极体4-2，所述电极体4-2周围穿套有绝缘套筒4-3且电极体4-2与锥头4-1固定相连，其中电极体4-2与锥头4-1对接相连的一段为连接段4-21。具体的说：所述锥头4-1与电极体4-2 一体相连，形成材料为纯铜或不锈钢的一体式结构。

请参阅图7所示，前述连接段4-21与锥头4-1外表面均设置有双粗化层4-4，所述连接段4-21与锥头4-1的双粗化层4-4上分别喷涂有结合层4-5，结合层 4-5的外表面设置有外涂层4-6。

请参阅图7及图8所示，前述双粗化层4-4包括第一粗化层4-41及第二粗化层4-42，第一粗化层4-41设置于连接段4-21与锥头4-2的外表面，而第二粗化层4-42则设置于第一粗化层4-41的外表面。所述第一粗化层4-41为采用喷砂或抛丸工艺所形成的不规则凹凸层，所述第二粗化层4-42为采用拉毛工艺于第一粗化层4-41外表面形成点状凸起的结构。具体的说：所述第二粗化层4-42 为通过拉毛工艺于第一粗化层4-41外表面上设置有规则排布的金属凸点的结构。

请参阅图7所示，前述连接段4-21及锥头4-1处设置的结合层5的厚度范围为0.2mm～0.8mm，且结合层4-5的粗度范围为10～100μm。所述连接段4-21 及锥头4-1处设置的结合层4-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，连接段4-21及锥头4-1处设置的结合层4-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，连接段21及锥头1处设置的结合层 5还可以均为镍、铝合金任意一种金属材料制成的喷涂层。具体的说：所述连接段4-21及锥头4-1处设置的结合层4-5可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述连接段4-21及锥头4-1处设置的结合层4-5也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

请参阅图7及图8所示，前述外涂层4-6包括第一外涂层4-61及第二外涂层4-62，前述外涂层4-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，且外涂层4-6的粗度范围为20～50μm。所述第一外涂层4-61为锥头外围设置导体层，第二外涂层4-62 为连接段外围设置由纯陶瓷粉末制成的绝缘层,第二外涂层4-62为纯陶瓷粉末制成的绝缘层，用以提高耐压系数，从而达到80KV的耐压程度。具体的说：所述的纯陶瓷粉末中陶瓷粉末的含量为≥99.995％，且纯陶瓷粉末包括但不限于：氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅盒二氧化钛粉末，所述纯陶瓷粉末喷涂而成的绝缘层附着于连接端的结合层4-5外，从而能有效的提高电极的耐压性，以达到耐80KV的高压；而第一外涂层4-61可以为纯银粉末为原料制成的喷涂层，所述第一外涂层4-61也可以为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层。具体的说：所述第一外涂层4-61可以均为纯银粉末为原料制成的喷涂层，其中纯银粉的质量百分数为98％～100％；所述第一外涂层4-61也可以均为纯银粉末与一种或几种陶瓷粉末组合的混合粉末为原料制成的喷涂层，中纯银粉末质量百分数为2％～98％，而陶瓷粉末的质量百分数为2％～98％。

结合图7及图8所示，前述外涂层4-6的厚度范围为0.1mm～2.0mm，第二外涂层4-62与第一外涂层61的厚度值在前述外涂层4-6厚度的范围内可以相同也可以不同，本实施例中所述第一外涂层4-61及第二外涂层4-62的厚度值不同，且第二外涂层4-62厚度小于第一外涂层4-61的厚度。

根据上述实施例设计并生产的电极，其具有以下优点：

1、层之间结构的连接稳定性高，提高层结构之间的结合力；

2、表面硬度高，操作人员在清理生产过程中残留在电极上的多晶硅废料时不会损伤电极，最大限度的延长了电极的使用寿命，降低了企业成本；

3、表面光洁度高，操作人员很容易在短时间内完全的将电极表面残留的多晶硅废料全部清除，减小工人劳动强度，提高了多晶硅生产线的整体销量与产品质量，降低了多晶硅的生产成本；

4、由于该电极涂层经过机加工或抛光处理，外形尺寸精准，涂层不易受损，在多晶硅生产过程中，电极与石墨夹头始终保持良好的接触，酱烧倒棒的概率；

5、实施例二至实施例四中：连接段使用纯陶瓷粉末喷涂而成的外涂层，有效增加耐压性，从而可以避免或杜绝电极与炉筒之间的导电现象，避免电极裸铜部分与三氯氢硅、四氯化硅的直接接触，提高产品的纯度。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。