一种石墨加热器的制作方法

本实用新型实施例涉及单晶硅制备技术领域，具体涉及一种石墨加热器。

背景技术：

随着绿色能源、可再生能源的发展，太阳能成为绿色、可再生能源的主流。一个广泛的大规模的利用太阳能的时代正在来临，太阳能级单晶硅产品也将因此炙手可热。硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。生产单晶硅的设备单晶炉的需求也是与日俱增，需求量巨大。石墨加热器是单晶炉的加热器装置，石墨加热器采用等静压石墨电热体，具有耐高温、容易加工，价格比钨、钼、钽便宜的优点，是一种在高温下通过本身电阻发热的加热器。

由于加热器的电流大，电压低，电流密度大，因此需要通过对加热器进行开槽(根据材料的电阻率进行计算得出合适的外径和开槽数量、槽宽，从而使电阻满足要求)，既满足电阻的要求，同时满足强度和过载能力，而现有开槽的槽底半径通常为槽宽的1/2。但是由于电流在加热器内部流动时，因槽底拐弯部局部电阻的不均匀性，使用常规的加热器，容易导致局部电流过大，从而使加热器的局部温度偏高，造成氧化损耗或者升华过快的现象。

技术实现要素：

为此，本实用新型实施例提供一种石墨加热器，以解决现有技术中电流在加热器内部经过槽底时，容易导致局部电流过大的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，一种石墨加热器，应用于单晶炉的加热，包括加热器本体，所述加热器本体的外壁上设有多个开槽，所述开槽的槽底为圆弧形，取开槽槽底的半径为r，取开槽的槽宽为w，则r大于w/2。

进一步地，所述加热器本体为圆筒状结构，所述开槽呈竖直开设在加热器本体的外壁上，且多个开槽沿加热器本体的圆周方向等距分布。

进一步地，所述加热器本体上相邻的两个开槽中，其中一个开槽从加热器本体的上端向下开设，另一个开槽从加热器本体的下端向上开设，使加热器本体的轮廓呈蛇形曲线结构。

进一步地，所述加热器本体为环形的平板状结构，所述开槽开设在加热器本体的环壁上，且开槽沿加热器本体的厚度方向贯穿加热器本体，多个所述开槽沿加热器本体的圆周方向等距分布，其中，相邻的两个开槽，一个开槽从加热器本体的环外壁上水平向内侧开设，另一个开槽从加热器本体的环内壁上水平向外侧开设，使加热器本体的轮廓呈蛇形曲线结构。

进一步地，所述开槽槽底的半径范围为w/2＜r≤5w。

本实用新型实施例具有如下优点：由于传统开槽中，当电流流经电热器时，在同一个截面内，靠近槽底的电流路径与远离槽底的电流路径相差很大，导致槽底附近的电流密度很大，通过对现有设有开槽的加热器进行改进，在不改变槽宽的情况下，将相当于槽宽的槽底半径增大，使槽底附近的电流路径长度增加，缩小槽底附近的电流路径与远离槽底的电流路径长度差异，从而降低槽底处的电流密度，在保证热场能够正常运作的基础上，有效解决了加热器的槽底由于电流密度大，在工作时消耗会比其它部位更严重的现象，提高了加热器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种石墨加热器的整体结构示意图；

图2为现有石墨加热器的开槽结构电流分布模拟示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种石墨加热器的开槽结构电流分布模拟示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的一种石墨加热器的整体结构示意图。

图中：1、加热器本体；11、开槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种石墨加热器，应用于单晶炉的加热，包括加热器本体1。加热器本体1为圆筒状结构，为了满足加热器的功率和电阻要求，同时考虑其强度和过载能力，在加热器本体1的外壁上设有多个开槽11，具体的，开槽11呈竖直开设在加热器本体1的外壁上，且多个开槽11沿加热器本体1的圆周方向等距分布。其中，相邻的两个开槽11中，其中一个开槽11从加热器本体1的上端向下开设，另一个开槽11从加热器本体1的下端向上开设，使加热器本体1的轮廓呈蛇形曲线结构。

如上所述，开槽11的槽底为圆弧形，取开槽11槽底的半径为r，取开槽11的槽宽为w，由于现有技术中，通常开槽11的r等于w/2，当电流在加热器内部流动时，由于槽底局部电阻的不均匀性，会导致槽底的局部电流过大，因而温度偏高，造成氧化损耗或者升华过快的现象。其原理是：取加热器一截面上的槽底圆弧部分，并由内向外平均分为宽度相等的内圈、中圈、外圈，设a1、a2、a3分别为内圈电流、中圈电流、外圈电流(参考图2)，l1、l2、l3分别为内圈、中圈、外圈电流流经的圆弧部分的长度，因内圈、中圈、外圈相当于并联关系，根据电阻计算公式：电阻＝电阻率*长度/截面积，其中截面积＝截面的宽度*截面的厚度，因内圈、中圈、外圈具有相同的电阻率、截面的宽度、截面的厚度，因此各圈的电阻与长度l成正比。而并联电路中，各圈起止点具有相同的电压，根据欧姆定律：电流＝电压/电阻，因此电流与长度l成反比，而电流密度＝电流/截面积，如前述各圈有相同的截面积，因此电流密度也与长度l成反比，因为当l1远小于l3时，内圈的电流密度远大于外圈的电流密度，从而导致加热器内圈在使用过程中消耗过快。

为了解决上述问题，在不改变槽宽的情况下，将相当于槽宽的槽底半径增大(参考图3)，即r大于w/2，通过增大r，使槽底处内圈电流a1的流经圆弧长度l1增大，从而缩小电流a1的电流路径与电流a3的电流路径长度差异，有效降低了内圈电流a1的电流密度，相较于现有的开槽11结构，开槽11的槽底处，可以避免局部电流过大的情况，解决了加热器的槽底由于电流密度大，在工作时消耗会比其它部位更严重的现象，提高了加热器的使用寿命。优选的，开槽11槽底的半径范围为w/2＜r≤5w。

本实用新型实施例通过对现有设有开槽11的加热器进行改进，在不改变槽宽的情况下，将相当于槽宽的槽底半径增大，使槽底附近的电流路径长度增加，缩小槽底附近的电流路径与远离槽底的电流路径长度差异，从而降低槽底处的电流密度，在保证热场能够正常运作的基础上，有效解决了加热器的槽底由于电流密度大，在工作时消耗会比其它部位更严重的现象，提高了加热器的使用寿命。

实施例2

与实施例1不同之处在于，如图4所示，加热器本体1为环形的平板状结构，将开槽11开设在加热器本体1的环壁上，并使开槽11沿加热器本体1的厚度方向贯穿加热器本体1，且多个开槽11沿加热器本体1的圆周方向等距分布，其中，相邻的两个开槽11，一个开槽11从加热器本体1的环外壁上水平向内侧开设，另一个开槽11从加热器本体1的环内壁上水平向外侧开设，使加热器本体1的轮廓呈蛇形曲线结构。其中，在不改变槽宽的情况下，将相当于槽宽的槽底半径增大，即r大于w/2，通过增大r，使槽底处内圈电流a1的电流路径长度增加，从而缩小电流a1的电流路径与电流a3的电流路径长度差异，有效降低了内圈电流a1的电流密度，相较于现有的开槽形式，开槽11的槽底处，可以避免局部电流过大的情况，解决了加热器的槽底由于电流密度大，在工作时消耗会比其它部位更严重的现象，提高了加热器的使用寿命。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。