专利名称：多晶硅铸锭或提纯用中频炉组合式方形加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅铸锭炉或提纯炉的石墨加热器的结构，属多晶硅铸锭炉或
提纯炉的加热器的结构的设计与制造技术领域。
背景技术：
采用中频炉来进行多晶硅铸锭及提纯是太阳电池硅材料领域的晶体生长及提纯 的手段之一。中频炉的特点是所用的石墨加热器是整体形的石墨，不需切缝成条状来提高 及调节其电阻率，因而比采用电阻法石墨加热器的使用寿命长且易于加工。 一般使用的中 频加热式多晶硅铸锭炉是采用园形的加热线圈及园形的加热器，与多晶硅锭所用的方形坩 埚形成不了紧密的传热空间，且石墨加热器是由一块整体的石墨来加工完成的，加工中要 车去加热体的中心部位，造成很大的浪费因加热器的成本很高，特别当铸锭为几百KG重 时，会造成大石墨块不易取得或造价太高。提纯炉是常用中频铸锭炉来进行，当采用真空提 纯时，常会产生跳料等现象使得加热器很容易坏，进一步提高了加热器的成本。在多晶硅铸 锭及其材料冶炼过程中，常需要研制方形锭，以得到最佳的材料利用率。此时所用的坩埚是 方形的，当考虑到整体加热系统的节能，如将中频加热线圈(一般为铜线圈)从常规的园形 改为方形。由于硅材料是半导体，中频加热不是直接感应到硅材料上，而是感应到其坩员外 部的石墨体上，由石墨体产生的热能传导到坩埚内，因常称此石墨体为石墨加热器。这时要 将线圈内的感应加热器，也制成方形，这样与方形坩埚的偶合较好，可以节约能源。此方形 加热器，理想的状态是采用整块的大石墨加工成方形筒状的加热器，以保证环形感应电流 的产生，以达到加热的目的。特别是对硅材料进行提纯时，由于材料的不纯及使用了高真 空、高温度来进行提纯，对加热器的损耗是大的，采用组合式的加热器可大幅度地降低加热 器的成本。常规的加热器是要用整块的石墨车去其内部来进行加工的，制造的材料成本很 高。 加热器上的高电流是形成环状流动的，所用加热器要保证电流流动的可靠及顺 畅，如有交接处就有可能造成局部的高的接触电阻，会造成打火等破坏了加热器，或造成局 部过温会对多晶铸锭坩埚的安全性产生影响，所以要有很可靠方法才能使用组合式的石墨 加热器，本发明就是提供了此种方法。
发明内容
本发明是提供低成本的中频加热式多晶硅铸锭炉或提纯炉的加热器。 此组合加热器由8块石墨片组成，每4块石墨片组成一个方形的石墨圈，石墨片的
边缘交接处加工成锯齿状，四片组合后，每两片间用碳纤维螺钉进行固定，上下石墨圈之间
的交接是处加工成台相互结合的台阶状，完成加工后，使用石墨浆敷到石墨圈的所有交接
面及碳纤维螺钉的交接面上，经过缓慢的升温到1200°C ，使石墨圈烧结成整体，上下石墨圈
垒合在一起使用，就形成了方形组合加热器，，上下石墨圈交接处为自然交接，不上石墨浆，
以利其中一个坏时可单独更换。中频炉具有上加热的设计时，在此组合加热器的上部加一
3块石墨片，就形成具有上加热板的组合式加热器。石墨片应用高密度的电极石墨或三高石 墨来加工，以保证其使用寿命。 本发明是从降低加热器的成本出发，提供组合式方形加热器的结构设计。因为目 前实用化的硅锭的重量都已达到270—450Kg，加热器的边长可达到900mm左右。组合式加 热器是由四片石墨片组成，会明显地降低了成本，并较容易得到料源。组合式加热器的结构 图见图1。减少石墨片交接处的接触电阻使形成良好的环形感应电流是本发明的核心目的 所在，设计增加石墨片的接触面积及可靠性，并用石墨浆料涂在接触面处，经过高温烧结以 形成更好的接触。 本发明中采用碳纤维螺钉是为了加强组合坩埚的结构强度，使用石墨浆敷在螺钉 及螺孔及石墨板的交接处，经过烧结后增加电接触性及结构牢固度。此外因此碳纤维螺钉 的接触面不与炉内气氛直接接触，长期使用可防止氧化的机会，防止了因交接处接触不良 及因存在大电流而造成的打火现象而造成加热器的损坏。 上下加热石墨圈也可是一体的由四个板来组成，如考虑成本及局部可更换性则分 为上下加热石墨圈更合理。 本发明经实际应用中测试，证实组合加热器能正常地提供良好的加热及具有良好 的电接触，滿足铸锭及提纯中长期稳定性的要求。
图1为本发明在炉内的整体布局
图2为石墨加热片的结构图
图3为上下石墨加热圈的结构图
具体实施例方式，本发明是采用电极石墨制作组合式的成本低的方形加热器，石墨板的结构包括 上阳齿板[9]及其侧视图[13]、上阴齿板[10]及其侧视图[14]，采用其各两片组合成上石 墨圈[17]，采用下阳齿板[11]及下阴齿板[12]各两片组合成下石墨圈[18]。在阳齿板 上的阳齿上有穿透过板的罗纹孔[15](垂直于板面)，在阴齿板上的阴齿槽处有的罗纹孔 [16](平行于板面)，使用了碳纤维螺钉連接此两种板。上下石墨圈组合成加热器[1][2]， 有上加热圈时就含顶部加热石墨板[3]。组合加热器的外部紧贴着保温层[4]，保温层的外 部为铜管构成的方形感应线圈[5] [6]。坩埚[8]放在炉子[7]中心的加热器内进行熔化多 晶硅料，然后缓慢下降坩埚以定向凝固的方式来铸成硅锭。本发明已在160-200KG多晶硅 锭的铸锭炉及提纯炉内进行了实验，得出良好的铸锭及提纯的结果。此方案正式生产使用 时可用在铸450KG以上硅锭的铸锭炉，石墨板的厚度及高度不变，主要是增加加热器的外 尺寸及增加加固碳纤维螺钉数量就可。
权利要求
一种中频加热的多晶硅铸锭炉或提纯炉用的石墨组合加热器，分中下二层，其结构为方形的，以石墨板的组合的形式来形成，其形式是采用碳纤维螺钉来进行固定，并在石墨板间的交接处敷上石墨浆经过烧结后来形成一整体。
2. 根据权利要求1所述的加热器可以是分上下两层，也可以是一层的，铸锭炉如设计 有上加热圈，可在石墨圈上加盖一个石墨板来形成上加热体。
3. 权利要求l中所述的中下二层加热器采用两端加工成阳齿石墨板二片及阴齿石墨 板二片进行紧密组合。
4. 权利要求3中所述的使用碳纤维螺钉，但不仅限于碳纤维螺钉，也包括使用石墨螺钉。
5. 根据权利要求1所用的石墨板为高密度的电极石墨或三高石墨。
6. 根据权利要求1所述的加热器可以包括上加热器，也可以不包括上加热器，上加热 器由 一块方形石墨板所组成。
全文摘要
本发明涉及一种多晶硅铸锭或提纯用中的低成本组合式方形加热器，属多晶硅铸锭或提纯炉的制造技术领域。加热器是经过方形保温层接受方形铜线圈的感应加热。其取代了常规的由整体石墨来加工出的加热器，因由石墨片组成可大幅度降低加热器的成本，设计方式防止了性组合加热器因接触不良产生而的破坏性的结果。加热器是由石墨片组合成下层及上层方形石墨圈，石墨片的边缘交接处加工成锯齿状，组合后用碳纤维螺钉进行固定，使用石墨浆敷到所有交接面及碳纤维螺钉的交接面上，经过高温烧结，使石墨圈烧结成整体，上下石墨圈垒合在一起使用，就形成了方形组合加热器。
文档编号C30B29/06GK101775649SQ20101011729
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者林安中 申请人:北京中联阳光科技有限公司