一种多晶硅棒破碎装置及其破碎方法与流程

本发明涉及多晶硅破碎领域，特别是涉及一种多晶硅棒破碎装置及其破碎方法。

背景技术：

多晶硅是制备半导体器件和太阳能电池的原材料，按照纯度和用途可以分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。目前制备多晶硅的主要方法为改良西门子法，由于制备出的多晶硅棒长且直径大，且随着改良西门子法生产多晶硅技术不断突破和发展，生产的多晶硅线性尺寸越来越大，作为多晶铸锭或单晶制备原料均无法直接使用。然而随着多晶铸锭投料量增大及单晶连续拉晶技术的成熟，对小料的需求量日益增加，且越来越迫切，因此，改良西门子法生产的多晶硅需进行人工或机械破碎成尺寸较小的硅料，才能供多晶铸锭或单晶制备使用。

现有技术中多晶硅的破碎方法为：待还原炉内温度降低至100摄氏度及以下时，将多晶硅棒转移至专用破碎平台进行人工破碎或转移至专用破碎设备进行机械破碎，由于硅的硬度很高，所以需要用硬质金属材料制成的破碎工具去破碎多晶硅棒，因此，现有的破碎技术存在破碎效率低、金属污染等问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多晶硅棒破碎装置及其破碎方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多晶硅棒破碎装置，包括壳体、盛料篮和冷却介质；壳体顶端开口；盛料篮用于放置多晶硅棒，盛料篮的开口方向与壳体的开口方向一致，并放置于壳体内，盛料篮的非开口面上开设有若干通孔，盛放于壳体内的冷却介质通过通孔流入或流出盛料篮，冷却介质与放置于盛料篮中的多晶硅棒接触，利用冷却介质与多晶硅棒的温度差，使多晶硅棒破碎；其中，冷却介质与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度。

采用上述技术方案，由于利用冷却介质与多晶硅棒的温度差，即多晶硅棒在急速冷却过程中产生的热应力，使得多晶硅棒破碎；因此，不需要等待还原炉内的温度降低至特定值及以下，如100摄氏度及以下，大大缩短了等待还原炉冷却的时间，提高了生产效率；另外，有效地避免了传统的利用硬质金属材料制成的破碎工具，在多晶硅棒破碎过程中，对多晶硅棒产生的金属污染。

优选地，还包括进口单元和出口单元，进口单元设置在壳体的侧壁上且远离壳体的开口端，以输入冷却介质；出口单元设置在壳体的侧壁上且靠近壳体的开口端，以输出冷却介质；进口单元、通孔及出口单元形成冷却介质的溢流通道。

采用上述技术方案，“下进上出”的溢流通道使冷却介质流入及流出盛料篮，流动的冷却介质将进一步提高破碎效果。

优选地，壳体的内壁设置有非金属内衬，非金属内衬的厚度≥3毫米，非金属内衬中含有的金属杂质浓度≤100微克/平方米。

采用上述技术方案，以非金属内衬隔开壳体和多晶硅棒，并严格控制非金属内衬的金属杂质浓度，避免在多晶硅棒破碎过程中，壳体对多晶硅棒的污染。

优选地，盛料篮由非金属材料制成，非金属材料中含有的金属杂质浓度≤100微克/平方米。

采用上述技术方案，由于在多晶硅棒破碎过程中，多晶硅棒与盛料篮直接接触，盛料篮采用非金属材质制成，并严格控制其金属杂质浓度，有效地避免了盛料篮对多晶硅棒的污染。

优选地，通孔均布于盛料篮的5个非开口面上，通孔的直径≥3毫米。

采用上述技术方案，通孔的设置不仅与进口单元和出口单元构成冷却介质的溢流通道，便于冷却介质对多晶硅棒进行冷却破碎；而且均布的通孔，便于均衡冷却介质的流向以及热量分布，再者，还便于破碎后硅料的沥干；通孔孔径一方面影响冷却介质的溢流速度，另一方面影响多晶硅棒破碎后沥水的速度；通孔孔径设置为至少3毫米，能够使冷却介质具有较优的溢流速度和沥水速度。

优选地，冷却介质的温度≤30摄氏度，冷却介质的电阻率≥10兆欧姆·厘米。

采用上述技术方案，冷却介质的最高温度为30摄氏度以确保冷却介质与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度，以确保多晶硅棒产生足够的热应力使其破碎。

本发明同时还提供了一种多晶硅棒破碎方法，该方法应用在多晶硅棒破碎装置中，多晶硅棒破碎装置包括壳体、盛料篮和冷却介质；壳体顶端开口；盛料篮用于放置多晶硅棒，盛料篮的开口方向与壳体的开口方向一致，并可放置于壳体内，盛料篮的非开口面上开设有若干通孔，盛放于壳体内的冷却介质通过通孔流入或流出盛料篮；该破碎方法包括：

将多晶硅棒从还原炉取出后放置于盛料篮中；

将放置有多晶硅棒的盛料篮放置于壳体内；

在壳体和盛料篮中充溢冷却介质，冷却介质和多晶硅棒的温度差将多晶硅棒破碎，得到多晶硅棒破碎料；其中，冷却介质与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度。

采用上述技术方案，多晶硅破碎装置与其破碎方法适配，利用冷却介质与多晶硅棒之间的温度差，多晶硅棒在急速冷却过程中产生的热应力，使得多晶硅棒破碎，保证了多晶硅棒的破碎效率；盛料篮便于多晶硅棒的放置，确保破碎方法得以实现，壳体便于将盛料篮与外界隔离，保证硅料的纯度，不被污染。

优选地，多晶硅破碎装置还包括进口单元和出口单元，进口单元设置在壳体的侧壁上且远离壳体的开口端，以输入冷却介质；出口单元设置在壳体的侧壁上且靠近壳体的开口端，以输出冷却介质；进口单元、通孔及出口单元形成冷却介质的溢流通道；在壳体和盛料篮中充溢冷却介质，包括，将冷却介质流经溢流通道，形成循环溢流；循环溢流的时间≥5分钟，冷却介质的温度≤30摄氏度，冷却介质的电阻率≥10兆欧姆·厘米。

采用上述技术方案，进口单元与出口单元的设置，便于冷却介质的通入与排出，减少人工施工的难度，节约人工成本；溢流通道的设置，使得冷却介质可在完整的流通路径内将多晶硅棒破碎；循环溢流的状态使冷却介质维持低温状态，与多晶硅棒形成足够的温度差，以迫使多晶硅棒产生足够的应力，进而破碎；经多次试验得出，至少5分钟的破碎时间，可以有效保证破碎程度的最优效果，同时，在该破碎时间下的破碎效率最高；最高温度为30摄氏度维持了冷却介质的低温状态，进一步保证了多晶硅的破碎效果；最少为10兆欧姆·厘米的电阻率，严格控制了冷却介质的杂质，防止了冷却介质中的杂质对硅料进行污染，进而，又一次保证了破碎效果。

优选地，将多晶硅棒从还原炉取出，包括，当还原炉内的温度≤1000摄氏度时，将多晶硅棒从还原炉内取出。

采用上述技术方案，还原炉内的温度≤1000摄氏度，即可将多晶硅棒取出，无需等待还原炉的温度降低至特定值及以下，如100摄氏度及以下，大大缩短了等待还原炉冷却的时间，提高了生产效率；另外，多晶硅棒的取出温度可与冷却介质的温度形成足够的温度差，足够的温度差使多晶硅棒具有足够大的应力，确保破碎效果。

优选地，在得到多晶硅棒破碎料之后，该方法还包括：当冷却介质的温度≤100摄氏度时，将盛放于盛料篮中的多晶硅棒破碎料从壳体中捞出、沥水。

采用上述技术方案，多晶硅棒的取出温度最高为100摄氏度，说明冷却介质与多晶硅棒已经进行充分的热交换，能够保证多晶硅棒的破碎效果。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的多晶硅棒破碎装置的主视示意图；

图2为本发明的一个实施例的多晶硅棒破碎装置的俯视示意图；

图3为本发明的一个实施例的多晶硅棒破碎方法流程示意图。

其中，1为壳体，2为盛料篮，3为冷却介质，4为通孔，5为进口单元，6为出口单元，7为溢流通道，8为非金属内衬，9为挂耳，10为连杆，11为车轮，12为迁移连接杆。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明的一个实施例提供的多晶硅棒破碎装置，如图1和图2所示，包括壳体1、盛料篮2和冷却介质3；壳体1顶端开口；盛料篮2用于放置多晶硅棒（图中未示出），盛料篮2的开口方向与壳体1的开口方向一致，并放置于壳体1内，盛料篮2的非开口面上开设有若干通孔4，盛放于壳体1内的冷却介质3通过通孔4流入或流出盛料篮2，冷却介质3与放置于盛料篮2中的多晶硅棒接触，利用冷却介质3与多晶硅棒的温度差，使多晶硅棒破碎，其中，冷却介质3与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度。

采用上述技术方案，利用冷却介质与多晶硅棒的温度差，即多晶硅棒在急速冷却过程中产生的热应力，使得多晶硅棒破碎；因此，不需要等待还原炉内的温度降低至特定值及以下，如100摄氏度及以下，大大缩短了等待还原炉冷却的时间，提高了生产效率；另外，有效地避免了传统的利用硬质金属材料制成的破碎工具，在破碎多晶硅棒过程中，对多晶硅棒产生的金属污染。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1所示，还包括进口单元5和出口单元6，进口单元5设置在壳体1的侧壁上且远离壳体1的开口端，以输入冷却介质3；出口单元6设置在壳体1的侧壁上且靠近壳体1的开口端，以输出冷却介质3；进口单元5、通孔4及出口单元6形成冷却介质3的溢流通道7。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，进口单元5与出口单元6可以设置为接嘴、管道、导管等现有技术中的任意一种；进口单元5和出口单元6上设置阀门或开关夹，以调节冷却介质3的流入和流出速度；当然，冷却介质3的流速也可以通过用于输入冷却介质3的设备而控制，如用于输入冷却介质3的泵等。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，进口单元5和出口单元6的数量均至少为1个，即可根据待冷却破碎的多晶硅棒的规格等增设进口单元5和出口单元6的数量，不限于某一固定的数值；当然，增设的进口单元5和出口单元6可以配备更多的冷却介质3的输入设备，以增加冷却介质3的输入量。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，进口单元5与出口单元6皆为一段相对于壳体1的非开口面外延的结构。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，进口单元5和出口单元6位于壳体1相对的两侧面上；当然，进口单元5与出口单元6还可以设置于壳体1的同一侧面上或相邻的两侧面上，只要能够使冷却介质3“自下而上”的流动起来即可。

上述实施例在使用时，从进口单元5通入冷却介质3，冷却介质3进入壳体1内部，并通过通孔4进入盛料篮2，调节进口单元5的阀门，以调节进入壳体1以及盛料篮2中的冷却介质3的流速，待冷却介质3的位置到达并超过出口单元6所在的位置后，冷却介质3从出口单元6中流出，冷却介质3流经溢流通道7的过程，多晶硅棒的温度急速下降，进而产生热应力，热应力迫使多晶硅棒破碎；“自下而上”流动的冷却介质3能够进一步提高破碎效果。

当然，本发明涉及的多晶硅棒破碎装置上，也可以不设置进口单元5和出口单元6，冷却介质3由外部设备通过壳体1和盛料篮2的开口直接灌入。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，盛料篮2与壳体1互为适配矩形，通孔4均布在盛料篮2的五个非开口面上；当然，盛料篮2与壳体1还可选用其他形状；而且用于将冷却介质3从壳体1输入盛料篮2中，以及将冷却介质3从盛料篮2输入壳体1中的通孔4，也可以用其他结构替代，如百叶窗式结构、槽状结构、网栅、滤网等，只要能够实现冷却介质3的输入和输出即可；甚至，在盛料篮2的非开口面上还可不设置如通孔4或通孔4的替代结构，而是采用渗水性较好的材料直接制成盛料篮2。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，为了确保壳体1的强度和刚性，壳体1采用金属材料制成，但是为了避免多晶硅棒破碎过程中，金属壳体1对多晶棒的金属污染，壳体1的内壁设置非金属内衬8，非金属内衬8的厚度≥3毫米，非金属内衬8中含有的金属杂质浓度≤100微克/平方米。

上述实施例在使用时，非金属内衬8将壳体1与多晶硅棒隔离，并严格控制非金属内衬8的金属杂质浓度，避免在多晶硅棒破碎过程中，金属材质制成的壳体1对多晶硅棒的金属污染。

在上述实施例的基础上，进一步的，非金属内衬8可以以涂覆的方式设置在壳体1的内壁上，还可以选用橡胶、塑料等金属杂质少的材质贴盖于壳体1的内壁上。

在上述实施例的基础上，进一步的，壳体1可以采用非金属材料制成，此时，壳体1的内壁即使不涂覆非金属内衬8，也可以从根本上避免壳体1对多晶硅棒的污染。

在上述实施例的基础上，进一步的，盛料篮2由非金属材料制成，非金属材料中含有的金属杂质浓度≤100微克/平方米；当然，盛料篮2也可由金属材料制成，但是为了避免金属污染，盛料篮2的内壁上设置非金属内衬，且非金属内衬中含有的金属杂质浓度≤100微克/平方米。

采用上述技术方案，由于在多晶硅棒破碎过程中，盛料篮2与多晶硅棒直接接触，即盛料篮2对于多晶硅棒的品质有直接的影响，盛料篮2与多晶硅棒接触部分设置内衬，或者盛料篮2直接采用非金属材料制成，且严格控制非金属材料中金属杂质的浓度，能够确保多晶硅棒在破碎过程中不受金属污染，最大程度地保证多晶硅棒的品质。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，盛料篮2相对的两侧壁的两端均设置一挂耳9，相对的挂耳9之间设置有连杆10，连杆10用于提起或放下盛料篮2；使用时，机械臂或者人工可抓住连杆10，以实现盛料篮2的上升或下降，上升以实现将盛料篮2从壳体1内拎出，下降以实现将盛料篮2放入壳体1内；当然，用于实现盛料篮2的上升或下降的结构，不限于挂耳9以及设置在挂耳9之间的连杆10，可以在盛料篮2相对的侧壁设置挂钩、空心环、t型把手、锁扣等辅助拿取组件，每对辅助拿取组件设置在相对的盛料篮2的两个面上，不同的辅助拿取组件也可以设置在不同面上，以保证拿取时盛料2受力均匀，不发生吊晃，同时，每对辅助拿取组件之间的连接如图1所示，可以为连杆10固定连接两个挂耳9，也可以采用组装等方式，选用单条连接杆、绳索、弹力带等非金属材质进行连接，尤其当不同对辅助拿取组件设置在盛料篮2的不同面上时，可拆卸的连接方式不会干扰多晶硅棒的破碎工序，同时，沥干硅料时，交叉的连接组件对硅料的一定的覆盖保护作用。

再者，也可以将盛料篮2相对的侧壁向上延伸，以形成延伸部，延伸部的延伸端设置与其垂直或交叉的板状结构，板状结构以与延伸端的交叉处向外凸出，以形成抓取部，便于机械手或人工的抓取。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，通孔4均布于盛料篮2的5个非开口面上，通孔4的直径≥3毫米；在使用时，冷却介质3进入壳体1之后，通过通孔4进入盛料篮2，直至浸没多晶硅棒，再由通孔4流入壳体1的出口单元6，期间与多晶硅棒进行热交换，多晶硅棒应力破碎，破碎完成后，将盛料篮2取出，盛料篮2内的冷却介质3通过通孔4漏出，将多晶硅棒沥干。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图1、图2所示，壳体1底部设置有车轮11，壳体1的一侧壁上设置有迁移连接杆12，迁移连接杆12与牵引装置连接后，可以牵引壳体1移动；使用时，水平移动本多晶硅破碎装置时，人工或机械牵引壳体1上的迁移连接杆12，壳体1受力带动其底部车轮11，车轮11滚动，进行移动。

在上述实施例的基础上，进一步的，迁移连接杆12固定设置在壳体1上，当然，壳体1上可以只保留迁移连接杆12的接口，将迁移连接杆12或其他动力牵引设备作为独立组件，本装置需要移动时，连接接口与牵引设备连接或与迁移连接杆12连接，不需要移动时，则将迁移组件拆卸掉。同样，与迁移连接杆12起到相同作用的还有牵引带、牵引栏等；车轮11可以为单向轮、万向轮等现有技术中的一种。

在上述实施例的基础上，进一步的，冷却介质3的温度≤30摄氏度，冷却介质3的电阻率≥10兆欧姆·厘米。

采用上述技术方案，冷却介质的初始温度最高为30摄氏度的设定维持了冷却介质的低温状态，排出的冷却介质与流入的冷却介质之间的温差最小为70摄氏度以确保冷却介质与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度，保证了冷却介质与多晶硅棒之间充分的热交换，从而使得多晶硅棒应力破碎以确保多晶硅棒产生足够的热应力使其破碎。

在上述实施例的基础上，进一步的，纯水为冷却介质3的最优选择，在其他可选实施例中，还可以选用成本较低的易流通和易变温的物质，如冷凝气等。

采用上述技术方案，纯水成本低廉，获取渠道便利，且液体状态便于流通，同时，纯水的金属杂质浓度符合要求，进一步保证了多晶硅棒的破碎效果。

如图3所示，本发明同时提供的一种多晶硅棒破碎方法，应用在多晶硅棒破碎装置（如图1所示）中，多晶硅破碎用装置包括壳体1、盛料篮2和冷却介质3；壳体1顶端开口；盛料篮2用于放置多晶硅棒，盛料篮2的开口方向与壳体1的开口方向一致，并放置于壳体1内，盛料篮2的非开口面上开设有若干通孔4，盛放于壳体1内的冷却介质3通过通孔4流入或流出盛料篮2；包括：

s101、将多晶硅棒从还原炉取出后放置于盛料篮2中；

操作者利用机械臂等现有的多晶硅棒转移设备，将多晶硅棒从还原炉内取出后，放入盛料篮2中，为了避免机械臂对从还原炉内取出的高温多晶硅棒的污染，机械臂与多晶硅棒接触的部分设置非金属材质制成的耐高温内衬。

s102、将放置有多晶硅棒的盛料篮2放置于壳体1内；

操作者将盛装有多晶硅棒的盛料篮2放置在壳体1内，盛料篮2可以在多晶硅棒取出之前放入壳体1内，即多晶硅棒取出后直接放入盛料篮2，而此时，盛料篮2已经在壳体1内；也可以在多晶硅棒取出后，先将其放入盛料篮2中，然后再将盛装有多晶硅棒的盛料篮2放入壳体1内。

s103、在壳体1和盛料篮2中充溢冷却介质3，冷却介质3和多晶硅棒的温度差将多晶硅棒破碎，得到多晶硅棒破碎料；其中，冷却介质3与多晶硅棒的温度差至少为70摄氏度。

在壳体1和盛料篮2中充溢冷却介质3，冷却介质3可以在盛料篮2或者盛装有多晶硅棒的盛料篮2放入壳体1前输入，也可以在多晶硅棒放入盛料篮2、盛料篮2放入壳体1后输入；确保冷却介质3与多晶硅棒之间具有温度差，温度差至少为70摄氏度，至少为70摄氏度的温度差使多晶硅棒内部产生热应力，热应力迫使多晶硅棒破碎，得到多晶硅棒破碎料。

在上述实施例的基础上，进一步的，破碎方法应用在多晶硅棒破碎装置（如图1所示）中，多晶硅棒破碎装置，还包括进口单元5和出口单元6，进口单元5设置在壳体1的侧壁上且远离壳体1开口端，以输入冷却介质3；出口单元6设置在壳体1的侧壁上且靠近壳体1开口端，以输出冷却介质3；进口单元5、通孔4、出口单元6形成冷却介质3的溢流通道7；在壳体1和盛料篮2中充溢冷却介质3，包括，将冷却介质3流经溢流通道7，形成循环溢流；循环溢流的时间≥5分钟，冷却介质3的温度≤30摄氏度，冷却介质3的电阻率≥10兆欧姆·厘米；冷却介质3利用溢流通道7由下而上地流经壳体1和盛料篮2，使冷却介质3能够与多晶硅棒充分接触，且使多晶硅棒和冷却介质3之间产生充分的热交换，冷却介质3在溢流通道7内形成循环溢流，循环溢流的时间直接影响破碎效果，本实施例中，溢流时间至少为5分钟，以确保多晶硅棒具有较好的破碎效果；冷却介质3初始的温度≤30摄氏度，以确保多晶硅棒和冷却介质之间具有足够的温度差，以及由温度差生产的热应力，确保或优化破碎效果；冷却介质3的电阻率≥10兆欧姆·厘米，冷却介质3的电阻率与冷却介质3的纯度相关，即冷却介质3的纯度越高，电阻率越大，冷却介质3的电阻率≥10兆欧姆·厘米，以间接限定了冷却介质3的纯度，以确保冷却介质3对多晶硅棒具有较小的污染，确保多晶硅棒的品质。

在上述实施例的基础上，进一步的，步骤101中，当还原炉内的温度≤1000摄氏度时，将多晶硅棒从还原炉内取出；由于本发明涉及的破碎方法利用冷却介质3和多晶硅棒之间的温度差产生的热应力使多晶硅棒破碎，因此，多晶硅棒从还原炉内取出时，还原炉内的温度无需降低至特定值及以下，即当还原炉内的温度≤1000摄氏度时，即可取多晶硅棒，大大缩短了传统的破碎方法，等待还原炉温度降低的时间，从而提高了破碎效率。

在上述实施例的基础上，进一步的，在步骤103之后，还包括，当冷却介质3的温度≤100摄氏度时，将盛放于盛料篮2中的多晶硅棒破碎料从壳体1中捞出、沥水。

采用上述实施例，在破碎工序完成后，提拉连杆10，将盛料篮2从壳体1中取出，盛料篮2中未排出的冷却介质3通过其五个面上均布的通孔4泄出，直至盛料篮2内不含有冷却介质3，完成沥干工序。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。