专利名称：一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶的制作方法
技术领域：
本发明涉及单晶硅或多晶硅的硅棒拉制炉部件，尤其涉及硅棒拉制炉中的子晶夹头部件。
背景技术：
在硅棒拉晶炉中，硅料经高温熔融后必须通过子晶将硅棒旋转引出，目前，拉棒所用的子晶是由单晶硅加工而成的圆柱形，在硅棒的拉制过程中，要求子晶与拉晶炉中的旋转提升杆要同步旋转和同步升降。子晶的装夹结构不仅影响到硅棒是否拉制成棒，而且直接影响到硅棒的成型质量，现有的子晶的装夹结构都由拉晶炉中的旋转提升杆、子晶和子晶螺纹套组成，子晶套装在子晶螺纹套上，并用定位销使两者在周向和轴向固定连接，再通过子晶螺纹套旋接在拉晶炉的旋转提拉杆上，为了使圆柱形子晶能与子晶螺纹套稳固连接，必须在圆柱体的子晶壁体上磨制一个缺口，当子晶套装在子晶螺纹套中后，用固定销将两者固定连为一体，这样才能保证子晶与子晶螺纹套的同步旋转和同步升降，，从而满足硅棒拉制工艺要求。在拉制硅棒过程中，子晶很容易在与固定销配合的缺口处断裂。为了克服这一缺陷，有人将子晶改为方柱型，将子晶螺纹套的配合孔也改为方孔，方柱型子晶套装在子晶螺纹套的方形配合孔中，这种连接结构只能实现子晶与子晶螺纹套的同步旋转，但要实现子晶与子晶螺纹套之间的轴向限定同样需要通过在子晶壁上磨制缺口，用固定销对子晶进行轴向限位，这种方柱型子晶夹头部件，在拉制过程中，子晶不仅不利于与硅棒的熔接，容易导致硅棒偏心，而且子晶在与固定位销配合处仍然会因强度减弱而断裂。现有子晶装夹结构除了子晶容易断裂外，在实际使用过程中还存在如下二个方面的缺陷第一，硅棒拉制结束后，旋转提升杆必须快速上升，上升到极限位置后水平移出炉外进行空冷，然后将接棒装置放在硅棒下方，松开子晶螺纹套，使硅棒放落在接棒装置上。 在硅棒的放落过程中，由于硅棒已与接棒装置接触，此时要求硅棒不能旋转，否则很容易划伤硅棒表面，严重时会导致硅棒表面出现爆瓷现象。而在松开子晶螺纹套的过程中，由于必须旋转子晶螺纹套，而旋转子晶螺纹套就带动子晶转动，迫使硅棒转动，硅棒转动就会使硅棒与接棒装置相接触的表面产生划伤或爆瓷。第二，由于子晶是套装在子晶螺纹套的子晶配合孔中，子晶螺纹套通过内螺纹孔旋接在拉晶炉的旋转提升杆上，而子晶螺纹套的内螺纹孔与子晶配合孔之间的同轴度难以保证，这就使得子晶的旋转中心与子晶自身的轴线不重合，使得硅棒在拉制过程中容易产生硅棒圆度、圆柱度偏差偏差过大，从而直接影响硅棒的质量，硅棒的利用率偏低。为了克服现有子晶装夹结构存在的上述不足，申请人设计了一种防断裂自定心精密子晶装夹结构。它在不削弱子晶强度的前提下，既能保证子晶与旋转提拉杆同步旋转和同步升降，从结构上消除在拉制过程中子晶的断裂现象，又能提高子晶与旋转提升杆的同轴度，提高硅棒拉制的几何尺寸精度和形位精度，在接棒的过程中，硅棒不会随子晶螺纹套旋转，从而能有效防止硅棒表面因转动而产生的损伤或爆瓷。在这种子晶装夹结构中，防断裂同轴子晶和旋转提升杆的配合结构是关键技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，它是拉制精密硅棒所用子晶装夹结构中的关键零件。本发明所采用的技术方案是一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，其特征是它由定心杆、扭转台阶和旋转拉杆组成，定心杆位于扭转台阶的上方，旋转拉杆位于扭转台阶的下方，定心杆、扭转台阶和旋转拉杆的轴线重合，定心杆的直径与旋转提升杆上的定心孔的直径相对应，两者之间的配合间隙为0. 005 0. 03毫米，定心杆的高度略小于定心孔的深度；扭转台阶的横截面形状和大小与拉晶炉的旋转提升杆上的扭转沉孔相对应，两者之间的配合间隙为0. 03 0. 10毫米，扭转台阶的高度略大于扭转沉孔的深度；旋转拉杆的直径与子晶螺纹套上的子晶孔相对应，两者之间的配合间隙为0. 03 0. 10毫米。进一步，扭转台阶的横截面形状为正多边形或切边圆形。更进一步，扭转台阶的横截面形状为正六边形。由于将本发明设计成台阶轴结构，上端设有定心杆和扭转台阶，且使定心杆和扭转台阶都与旋转拉杆同轴，在旋转提升杆的下端设有定心孔和扭转沉孔，将传递扭矩的配合结构设置在子晶与旋转提升杆之间，这一结构既能使子晶与旋转提升杆实现同轴配合， 又能将旋转提升杆的转动扭矩传给子晶，用子晶螺纹套来对子晶的轴向进行限位。这样，在不削弱子晶强度的前提下，实现了子晶与旋转提升杆之间同轴配合和扭矩传递，使子晶与旋转提升杆实现了同步旋转和同步升降，从结构上消除子晶断裂的缺陷。当硅棒拉制结束后，由于子晶的上端通过扭转台阶与旋转提升杆上的扭转沉孔周向限位配合，子晶的下端与硅棒粘合成一体，因此在松开子晶螺纹套时，子晶和旋转提升杆都不会随子晶螺纹套转动。消除了松开子晶螺纹套会带动硅棒旋转而产生硅棒表面划伤或爆瓷的缺陷。子晶与旋转提升杆同轴配合连接，确保了旋转提升杆的轴线与子晶轴线的重合，消除了因子晶轴线与旋转提升杆轴线不重合而产生硅棒圆度和圆柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度，从而提高了硅棒的利用率。
图1为本发明与旋转提升杆、子晶螺纹套连接后的结构示意图；图2为本发明的一种结构示意图；图3为旋转提拉杆下端的结构示意图；图4为子晶螺纹套的结构示意图；图5为扭转台阶的横截面的几种典型形状示意图。图中1-旋转提升杆；3-子晶螺纹套；4-硅棒；11-定心孔；12-扭转沉孔；13-外螺纹；21-定心杆；22-扭转台阶；23-旋转拉杆；31-内螺纹孔；32-子晶孔；33-内端面； A-定心杆的高度；B-定心孔的深度；C-扭转台阶的高度；D-扭转沉孔的深度。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
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一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，如图2所示，它由定心杆21、扭转台阶22和旋转拉杆23组成，定心杆21位于扭转台阶22的上方，旋转拉杆23位于扭转台阶22的下方，定心杆21、扭转台阶22和旋转拉杆23的轴线重合，定心杆21的直径与定心孔11的直径相对应，两者之间的配合间隙为0. 005 0. 03毫米，定心杆的高度A比定心孔的深度B 小1 5毫米；扭转台阶22的横截面形状为正六边形，扭转沉孔12的横截面的形状也是正六边形，两者之间的配合间隙为0. 03 0. 10毫米，扭转台阶的高度C比扭转沉孔的深度D 大1 3毫米；旋转拉杆23的直径与子晶螺纹套3上的子晶孔32相对应，两者之间的配合间隙为0. 03 0. 10毫米。与本发明配套使用的旋转提升杆1如图3所示，在下端面的中心位置设有同轴的定心孔11和扭转沉孔12，扭转沉孔12的横截面形状为正六边形，定心孔11的横截面形状为圆形，定心孔11和扭转沉孔12组成台阶沉孔结构，且定心孔11位于扭转沉孔12的上方， 在旋转提升杆1的外圆上设有外螺纹13 ；用于对本发明轴向限位固定的子晶螺纹套3如图 4所示，它包括内螺纹孔31、子晶孔32和内端面33，内螺纹孔31与子晶孔32同轴，内端面 33与内螺纹孔31的轴线垂直。图1为本发明的使用状图，本发明的旋转拉杆23套装在子晶螺纹套3的子晶孔32 中，本发明的定心杆21、扭转台阶22分别套装在旋转提升杆1下端面的定心孔11和扭转沉孔12中，子晶螺纹套3通过内螺纹孔31旋固在旋转提升杆1的外螺纹13上，旋转拉杆23 的下端与硅棒4粘合成一体。在上例中，扭转台阶22的横截面形状还可选择其它正多边形或切边圆形或其它截面形状。由于在旋转提升杆1下端面的中心位置设有同轴的定心孔11和扭转沉孔12，且定心孔U位于扭转沉孔12的上方，将子晶设计成阶梯轴结构，从上到下依次设有同轴的定心杆21、扭转台阶22和旋转拉杆23，定心杆21的直径与定心孔11的直径相对应，定心杆的高度A略小于定心孔的深度B，扭转台阶22的横截面形状和大小与扭转沉孔12相对应，扭转台阶的高度C略大于扭转沉孔的深度D ；子晶螺纹套3包括内螺纹孔31、子晶孔32和内端面33，要求内螺纹孔31与子晶孔32同轴，内端面33与内螺纹孔31的轴线垂直。只要将子晶上的旋转拉杆23插入子晶螺纹套3上的子晶孔32中，再将定心杆21插入旋转提升杆1上的定心孔11中，扭转台阶22同步插入扭转沉孔12中，再通过子晶螺纹套3的内螺纹孔31旋固在旋转提升杆1的外螺纹13上，这样，定心杆21与定心孔11的精密配合保证了子晶与旋转提升杆1之间的同轴度要求，扭转台阶22插入扭转沉孔12中保证了子晶与旋转提升杆1之间的同步旋转要求，同时子晶的轴向得到可靠限位，能够满足子晶与旋转提升杆1同步旋转和同步升降。由于将传递扭矩的配合结构设置在子晶与旋转提升杆1之间，并通过扭转沉孔12和扭转台阶22配合来实现，当硅棒拉制结束后，由于子晶的上端通过扭转台阶22与旋转提升杆1上的扭转沉孔12进行周向限位配合，因此在松开子晶螺纹套3时，子晶和旋转提升杆1都不会随子晶螺纹套3转动。消除了现有技术中硅棒4的表面因转动而产生划伤或爆瓷的缺陷。由于从结构上保证了子晶与旋转提升杆1同轴，消除了因子晶轴线与旋转提升杆1轴线不重合而产生硅棒圆度和圆柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度，从而提高了硅棒的利用率。
权利要求
1.一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，其特征是它由定心杆(21)、扭转台阶02) 和旋转拉杆组成，定心杆位于扭转台阶0 的上方，旋转拉杆位于扭转台阶0 的下方，定心杆(21)、扭转台阶0 和旋转拉杆的轴线重合，定心杆的直径与旋转提升杆(1)上的定心孔(11)的直径相对应，两者之间的配合间隙为0.005 0.03毫米，定心杆的高度(A)略小于定心孔的深度(B)；扭转台阶0 的横截面形状和大小与拉晶炉的旋转提升杆(1)上的扭转沉孔(12)相对应，两者之间的配合间隙为0.03 0. 10毫米，扭转台阶的高度(C)略大于扭转沉孔的深度(D)；旋转拉杆的直径与子晶螺纹套(3)上的子晶孔(32)相对应，两者之间的配合间隙为0. 03 0. 10毫米。
2.根据权利要求1所述拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，其特征是扭转台阶02)的横截面形状为正多边形或切边圆形。
3.根据权利要求2所述拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，其特征是扭转台阶02)的横截面形状为正六边形。
全文摘要
一种拉制精密硅棒的防断裂同轴子晶，由定心杆、扭转台阶和旋转拉杆组成，定心杆位于扭转台阶的上方，旋转拉杆位于扭转台阶的下方，三者同轴，扭转台阶的横截面形状为正多边形或切边圆形。它与旋转提升杆的下端定心孔和扭转沉孔配合，在不削弱子晶强度的前提下，实现了子晶与旋转提升杆之间同轴配合和扭矩传递，从结构上消除子晶断裂的缺陷。消除了因子晶轴线与旋转提升杆轴线不重合而产生硅棒圆度和圆柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度，从而提高了硅棒的利用率。在接棒过程中，旋转子晶螺纹套，子晶和旋转提升杆都不会转动。消除了松开子晶螺纹套会带动硅棒旋转而产生硅棒表面划伤或爆瓷的缺陷。
文档编号C30B15/32GK102199788SQ20111008936
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月9日 优先权日2011年4月9日
发明者张斌, 杨健, 杨瑞祥, 杨静, 王桂奋, 王迎春 申请人:金坛正信光伏电子有限公司