专利名称：一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方形电磁冷坩埚，具体涉及一种用于连续熔化与组织控制多晶硅 的方形电磁冷坩埚。
背景技术：
冷坩埚是用具有水冷的纯铜制造的坩埚，由于坩埚为水冷结构，在使用过程中坩 埚温度很低，所以坩埚本身对坩埚内的材料几乎没有污染，根据坩埚的加热方式不同，可以 分为不开缝的外热式坩埚和开缝的感应加热式坩埚，外热式冷坩埚是依靠能量发生器产生 的能量熔化材料，而感应熔化冷坩埚则依靠感应加热熔化材料，又称为电磁冷坩埚，是目前 应用广泛的冷坩埚，它是将分瓣的水冷铜坩埚置于交变电磁场内，利用交变电磁场产生的 涡流化金属，并依靠电磁力使金属熔体与坩埚壁保持软接触或者非接触状态，并对炉料进 行感应熔炼或者成形的技术，目前现有连续熔化与凝固用电磁冷坩埚的尺寸一般较小(直 径小于30mm，或变长小于25mm)，或者内腔横截面积较小，很难用于连续熔化和凝固多晶 硅，这是由硅的自身物理性质决定的，硅自身密度较小(2330kg/m3)，熔点较高(1414°C )且 硅在低温(600°C)以下不能被感应加热，因为在感应熔化多晶硅时，必须使原料硅有足够 的温度，这要求已经熔化的熔体硅必须具备一定的过热度和一定的体积，以便通过传导加 热新加入的硅料，因此小尺寸电磁冷坩埚不能用于连续熔化和凝固多晶硅，更重要的是硅 在凝固时会发生膨胀，这与其他材料的凝固时收缩的特性恰好相反，因此坩埚的底部尺寸 应该较顶部尺寸加大，现有电磁冷坩埚由于内腔尺寸较小，导致坩埚损耗过大，新成形的硅 锭容易卡在坩埚腔内，连续熔化过程容易终止，且电磁力过于集中，组织控制效果不好。
发明内容
本发明为解决现有电磁冷坩埚由于内腔尺寸较小，导致坩埚损耗过大，新形成的 硅锭容易卡在坩埚腔内，连续熔化过程容易终止，且电磁力过于集中，组织控制效果不好的 问题，进而提出一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚。本发明为了解决上述问题采取的技术方案是本发明包括坩埚主体、进水管、出水 管、若干个细水管和感应线圈，所述坩埚主体由上半体和下半体组成，所述上半体与下半体 固接，所述进水管通过细水管与下半体连通，所述出水管通过细水管与下半体连通，所述感 应线圈套在上半体上，所述坩埚主体的横截面为方环状的空腔体，所述上半体分割成十六 个截面为花瓣状的柱体，十六个截面为花瓣状的柱体沿坩埚主体截面上的水平轴和垂直轴 对称，水平轴和垂直轴的交点与坩埚主体水平截面上的中心重合，每个截面为花瓣状的柱 体的内部设有通孔，所述下半体的底面上与截面为花瓣状的柱体的通孔对应位置开有纵向 盲孔，每个纵向盲孔与对应的通孔连通，十六个盲孔分为八组，每组两个盲孔连通，每个盲 孔通过细水管与出水管连通，每相邻两个截面为花瓣状的柱体之间留有间隙，所述间隙内 填充有绝缘密封材料层。本发明的有益效果是本发明充分保持了原料硅的高纯度，同时防止在熔炼或凝固过程中各种间隙元素的污染，实现硅的低成本熔炼和凝固，由于采用感应加热，本发明可 以熔化温度较高的颗粒硅，电磁力的强烈搅拌使熔体组织成分均勻，与现有冷坩埚相比，本 发明内腔尺寸较大，且内腔横截面积上小下大，便于硅凝固膨胀时能顺利连续抽拉，及时调 整预热棒速度，以准确制备出所需组织的硅锭，消除了硅颗粒预热度不够而造成感应熔化 不良或感应熔化终止的现象，降低了坩埚自身的能量损耗，提高坩埚的电源利用率。
图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1中A-A向的剖 视图，图4是图3中I处的放大图。
具体实施例方式具体实施方式
一如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控制 多晶硅的方形电磁冷坩埚包括坩埚主体1、进水管2、出水管3、若干个细水管4和感应线圈 5，所述坩埚主体1由上半体1-1和下半体1-2组成，所述上半体1-1与下半体1-2固接，所 述进水管2通过细水管4与下半体1-2连通，所述出水管3通过细水管4与下半体1-2连 通，所述感应线圈5套在上半体1-1上，所述坩埚主体1的横截面为方环状的空腔体，所述 上半体1-1分割成十六个截面为花瓣状的柱体6，十六个截面为花瓣状的柱体6沿坩埚主 体1截面上的水平轴和垂直轴对称，水平轴和垂直轴的交点与坩埚主体1水平截面上的中 心重合，每个截面为花瓣状的柱体6的内部设有通孔7，所述下半体1-2的底面上与截面为 花瓣状的柱体6的通孔7对应位置开有纵向盲孔8，每个纵向盲孔8与对应的通孔7连通， 十六个盲孔8分为八组，每组内的两个盲孔8连通，每个盲孔8通过细水管4与出水管3 连通，每相邻两个截面为花瓣状的柱体6之间留有间隙9，所述间隙9内填充有绝缘密封材 料层10。本实施方式充分保持了原料硅的高纯度，同时在熔炼或凝固过程中各种间隙元素 的污染，实现硅的低成本熔炼和凝固，由于采用感应加热，本发明可以熔化温度较高的颗粒 硅，电磁力的强烈搅拌时熔体组织成分均勻，与现有冷坩埚相比，本发明内腔尺寸较大，且 内腔横截面积上小下大，便于硅凝固膨胀时能顺利连续抽拉，及时调整预热棒速度，以准确 制备出所需组织的硅锭，消除了硅颗粒预热度不够而造成感应熔化不良或感应熔化终止的 现象，降低了坩埚自身的能量损耗，提高坩埚的电源利用率。
具体实施方式
二 如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控制 多晶硅的方形电磁冷坩埚的绝缘密封材料层10为天然云母片和环氧树脂制成的绝缘密封 材料层10。由于天然云母的高熔点，在使用过程中不熔化，在不同分瓣间起到良好的绝缘作 用，同时环氧树脂的使用，使坩埚外壁与线圈之间有很好的绝缘效果。其它组成及连接关系 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控制 多晶硅的方形电磁冷坩埚的细水管4与进水管2、细水管4与出水管3、细水管4与坩埚主 体1的下半体1-2均通过焊接连接。本实施方式所述连接方式焊接量小，通水量大，冷却效 果更好。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控制 多晶硅的方形电磁冷坩埚的坩埚主体1的长度L为80mm 100mm，所述坩埚主体1的宽度(W)为80mm 100mm，所述坩埚主体1的高度H为IOOmm 130mm。本实施方式保证了硅凝 固膨胀时能顺利连续抽拉，便于及时调节预热棒速度，以准确制备出所需组织硅锭，同时消 除了因坩埚内腔尺寸较小硅颗粒预热度不够而造成感应熔化不良或感应熔化终止的现象， 由于内腔尺寸大，因此适用范围广，可熔炼不同成分的合金和材料。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控 制多晶硅的方形电磁冷坩埚的间隙9的长度a为90mm 120mm，所述间隙9的宽度b为 0. 4mm 0. 6mm。本实施方式所述缝隙结构有利于提高坩埚内的磁场强度，同时符合硅熔体 液柱较高的特点。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六如图1-4所示，本实施方式所述一种用于连续熔化与组织控制 多晶硅的方形电磁冷坩埚，其特征在于所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形 电磁冷坩埚还包括绝缘带(11)，所述绝缘带(11)的外表面上涂有一层环氧树脂层，所述绝 缘带(11)缠绕在坩埚主体(1)的外表面上，且绝缘带(11)位于坩埚主体(1)的外表面与感 应线圈(5)之间。本实施方式所述绝缘结构能在坩埚外壁和线圈之间有很好的绝缘效果， 在很大程度上避免发生电离。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三、四或五相同。
权利要求
1.一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，它包括坩埚主体(1)、进 水管(2)、出水管(3)、若干个细水管(4)和感应线圈(5)，所述坩埚主体(1)由上半体(1-1) 和下半体(1-2)组成，所述上半体(1-1)与下半体(1-2)固接，所述进水管(2)通过细水管 (4)与下半体(1-2)连通，所述出水管(3)通过细水管(4)与下半体(1-2)连通，所述感应 线圈(5)套在上半体(1-1)上，其特征在于所述坩埚主体(1)的横截面为方环状的空腔 体，所述上半体(1-1)分割成十六个截面为花瓣状的柱体(6)，十六个截面为花瓣状的柱体 (6)沿坩埚主体(1)水平截面上的水平轴和垂直轴对称，水平轴和垂直轴的交点与坩埚主 体(1)水平截面上的中心重合，每个截面为花瓣状的柱体(6)的内部设有通孔(7)，所述下 半体(1-2)的底面上与截面为花瓣状的柱体(6)的通孔(7)对应位置开有纵向盲孔(8)，每 个纵向盲孔(8)与对应的通孔(7)连通，十六个盲孔(8)分为八组，每组内的两个盲孔(8) 连通，每个盲孔(8)通过细水管(4)与出水管(3)连通，每相邻两个截面为花瓣状的柱体 (6)之间留有间隙(9)，所述间隙(9)内填充有绝缘密封材料层(10)。
2.根据权利要求1所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，其特 征在于所述绝缘密封材料层(10)为天然云母片和环氧树脂制成的绝缘密封材料层(10)。
3.根据权利要求1所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，其特 征在于所述细水管(4)与进水管(2)、细水管(4)与出水管(3)、细水管(4)与坩埚主体 (1)的下半体(1-2)均通过焊接连接。
4.根据权利要求1所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，其特 征在于所述坩埚主体(1)的长度(L)为80mm 100mm，所述坩埚主体(1)的宽度(W)为 80mm 100mm，所述坩埚主体(1)的高度(H)为IOOmm 130mm。
5.根据权利要求1所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，其特 征在于所述间隙(9)的长度(a)为90mm 120mm，所述间隙(9)的宽度(b)为0. 4mm 0. 6mmο
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷 坩埚，其特征在于所述一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚还包括绝 缘带(11)，所述绝缘带(11)的外表面上涂有一层环氧树脂层，所述绝缘带(11)缠绕在坩埚 主体(1)的外表面上，且绝缘带(11)位于坩埚主体(1)的外表面与感应线圈(5)之间。
全文摘要
一种用于连续熔化与组织控制多晶硅的方形电磁冷坩埚，它涉及一种方形电磁冷坩埚。本发明为了解决现有电磁冷坩埚由于内腔尺寸较小，导致坩埚损耗过大，新形成的硅锭容易卡在坩埚腔内，连续熔化过程容易终止，且电磁力过于集中，组织控制效果不好的问题。本发明包括坩埚主体、进水管、出水管、若干个细水管和感应线圈，坩埚主体由上半体和下半体组成，感应线圈套在上半体上，坩埚主体的横截面为方环状的空腔体，上半体分割成十六个截面为花瓣状的柱体，下半体的底面上与截面为花瓣状的柱体的通孔对应位置开有纵向盲孔，每个盲孔与出水管连通。本发明用于连续熔化与组织控制多晶硅颗粒。
文档编号C30B28/06GK102108548SQ20101060976
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者丁宏升, 傅恒志, 李新中, 苏彦庆, 郭景杰, 陈瑞润, 黄锋 申请人:哈尔滨工业大学