专利名称：数控多晶硅硅芯多线切割机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种硅材料加工领域的金刚石数控切割机床，具体的说是一种采
用多晶硅硅芯进行多线切割的数控机床，用于生产改良西门子法或其他类似方法生产大直 径多晶硅还原炉中使用的细长硅芯，可以切割成方形或菱形的断面形状。
背景技术：
目前，目前国内生产多晶硅的工艺大部分都是常规三氯氢硅氢还原法，即改良西 门子法，改良西门子法或其他类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是多晶硅还原炉，多 晶硅还原炉在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直至表面温度达到1100摄氏度， 通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生氢还原反应，使三氯氢硅中的硅分子堆积 在硅芯上，使其的直径不断地增大，通常，硅芯的直径在7-10毫米，可以是圆形也可以是方 型，或是其他形状，最终通过氢还原反应使直径不断地增大到120-200毫米，生产出高纯太 阳能级6N或电子级11N的多晶硅。 现硅芯的制备方法有二种，传统的方法是用CZ法(区熔提拉法)，即把直径在 20-50毫米的硅棒在充满惰性气体的真空炉膛内用高频感应加热，使其顶部局部熔化，从上 部放入1根直径在5-10毫米的籽晶，然后慢慢向上提拉，使其成为直径在7-10毫米，长度 在1900-3000毫米之间的细长硅芯，其缺点是提拉速度慢，一般为8-12毫米/分钟，拉制1 根2米的硅芯需要4小时，生产效率低，电力消耗大，设备投资大。 另一种是用金刚石工具切割法，美国Diamond Wire Technology公司研制出采用 金刚石线的数控多晶硅细长硅芯多线切割机床，用于硅芯的制备，见图1。通过利用电镀 上金刚石微粒的细钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向移动，将硅棒压在该机床 用金刚石线交叉组成的方形线网上，从而将该硅棒切割成细长的硅芯。其优点十分明显， 10-12小时可以切割出200根左右2米长的7X7或8X8毫米的方形硅芯，电力消耗小，加工 效率高；其最大缺点主要在于操作不方便，如图1所示，除需要在地面A操作外，还需要在距 地面3米高的操作平台B和距地面5米高的操作平台C上下进行绕线，操作难度大，操作人 员需上下跑动，安全性差， 一旦切割过程中发生断线，重新修复布线时处理困难，处理时间 长，此机床使用2根金刚石线组成2组线网，需要2套收放线巻绕驱动机构，维护复杂，成本 高，机床总高度在6700毫米以上，对安装地点的房屋要求高，并且其线网结构固定，只能切 出方形或长方形的硅芯，无法切出表面积更大的菱形硅芯，以縮短多晶硅还原炉的反应时 间，提高单位时间的多晶硅产量。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种数控多晶硅硅芯多线切割机床，解决现有技术同类 设备维护复杂、成本高的问题。 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现 数控多晶硅硅芯多线切割机床，由机床立柱、底座、口字型切割导轮组件、工作台升降机构、工件装载夹持装置和收放线绕线张力控制机构等部分组成，所述口字型切割导
轮组件包括钢制圆滚筒和多层导向轮，其中多层导向轮采用倾斜一定角度。 所述钢制圆滚筒的表面涂覆有聚氨酯材料，常规按照规定线距开槽；所述口字型
切割导轮组件和圆滚筒形成上下层布置的多层导向轮。
所述线距一般为5-20毫米。 进一步还包括超声波换能器，安装在被加工工件上方，交变电信号通过超声波换 能器转变为机械振动，使被加工工件产生微颤。 所述钢制圆滚筒直径大于200毫米。 更进一步所述收放线轮的驱动，采用伺服电机主轴通过软性联轴器直接同轴连 接。 所述被加工工件被固定在机床上部。 本机床的特征是被加工工件是被固定在机床上部的，绕有金刚石线的口字型切割 导轮组件按设定的速度从下部往上部移动，从而完成切割。口字型切割导轮组件除常规按 照规定线距(一般为5-20毫米)开槽的表面涂覆有聚氨酯材料的钢制圆滚筒外，采用了倾 斜一定角度并和滚筒形成上下层布置的多层导向轮，上下布置的导向轮可以是2层、3层或 4层的结构，其主要目的是可以满足操作人员在地面完成布线，口字型切割导轮组件停留在 l米左右的高度上轻松完成布绕线工作，用金刚石线交叉组成多个方形或菱形的线网，大大 降低操作难度和提高工作效率，由于不需要爬上几米高的操作平台，安全性高，当发生断线 时，口字型切割导轮组件可从上部放下至接近地面，操作人员在地面可重新修复布线，处理 方便，处理时间短，且使用1根金刚石线组成方形或菱形的线网，只需1套收放线巻绕机构， 维护简单，成本低，切割2800毫米的硅芯，机床高度在4500毫米以下，对安装地点的房屋要 求低。在切削过程中，被加工工件上方装有超声波换能器，使被加工工件产生微颤，既提高 了金刚石线的切削能力，又使加工切削下来的微粒可以快速方便地被冷却水冲下来，加工 速度得到明显提高。 下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 图l是美国Diamond Wire Technology公司硅芯多线切割机床的工作平台示意
图2是本实用新型的数控多晶硅硅芯多线切割机床总体结构示意图, 图中
I :立柱 3:导线轮 5:三槽导向轮下 7 :伺服电机
9 :主导轮
II :滑动平台 13 :线性导轨
15 :专用环氧胶水 17 :超声波换能器
2 :底座 4:导线轮 6:三槽导向轮上 8:皮带盘
10 :口字型切割导轮组件
12 :线性导轨
14 :被加工工件(硅棒)
16 :玻璃板
18 :硅棒装夹装置[0029] 19 :上顶盖 21 :联轴器 23:行星减速器 25 :导线轮 27 :导线轮 29 :右接近开关 31 :导线轮 33 :导线轮 35 :张力架 37 :导线轮 39 :导线轮 41 :左线轴机构 43:左收放线轮具体实施方式45 :导线轮 47 :收放线舱 49 :支架 51 :右线轴机构 53 :金刚石线 55 :操作面板
20 :滚珠丝杠 22 :安装支架 24 :伺服电机 26 :右张力传感器 28 :导线轮 30 :左接近开关 32 :电器控制箱 34 :导线轮
36 :左张力传感器
38 :导线轮
40 :伺服电机
42 :导线轮
44 :导线轮
46 :收放线舱底板 48 :导线轮 50 :右收放线轮 52 :伺服电机 54 :导线轮 56 :喷水嘴
如图2所示，本机床的特征是被加工工件14是被固定在机床上部的，绕有金刚石 线53的口字型切割导轮组件10按设定的速度从下部往上部移动，从而完成切割。 一种独特 的布线方案，布线和操作只需在地面完成，无需上工作平台，口字型切割导轮组件10除常 规按照规定线距(一般为5-20毫米)开槽的表面涂覆有聚氨酯材料的钢制圆滚筒9夕卜，采 用了倾斜一定角度并和滚筒形成上下层布置的多层导向轮5、6，上下布置的导向轮5、6可 以是2层、3层或4层的结构，可以满足操作人员在地面完成布线，口字型切割导轮组件10 停留在1米左右的高度上轻松完成布绕线工作，用金刚石线交叉组成多个方形或菱形的线 网，大大降低操作难度和提高工作效率，由于不需要爬上几米高的操作平台，安全性高，当 发生断线时，口字型切割导轮组件10可从上部放下至接近地面，操作人员在地面可重新修 复布线，处理方便，处理时间短，且使用1根金刚石线组成方形或菱形的线网，只需1套收放 线巻绕机构47，维护简单，成本低，切割2800毫米的硅芯，机床高度在4500毫米以下，对安 装地点的房屋要求低。在切削过程中，被加工工件上方装有超声波换能器17，使被加工工件 14产生微颤，既提高了金刚石线53的切削能力，又使加工切削下来的微粒可以快速方便地 被冷却水冲下来，加工速度得到明显提高。 —种采用金刚石线的数控多晶硅细长硅芯多线切割机床，切出的硅芯用于改良西 门子法或硅烷法生产大直径多晶硅用的还原炉，其切割方法是利用电镀上金刚石微粒的细 钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向移动，将工件压在该机床用金刚石线交叉组 成的方形或菱形的线网上，从而将该工件切割成细长的硅芯，该机床同样可用于需要切割 成细长条的其他硬质材料，如玻璃或陶瓷。本机床的特征是被加工工件14是被固定在机床上部的，不作上下运动，绕有金刚石线的口字型切割导轮组件按设定的速度从下部往上部
移动，切割导轮以l-30米/秒之间的线速度带动金刚石线高速旋转，从而完成切割。 采用表面涂覆有聚氨酯材料的钢制圆滚筒9的直径大于200毫米，金刚石线弯曲
度小，金刚石不易脱落，使用寿命长，降低了切削成本。 切割最高线速度可为30m/S，切割速度快，加工时间縮短1/3。加工有效长度0-2800mm无级可设定，机床总高度不超过4500mm，对安装地点房屋
的要求低，运输和搬运方便。 在被加工工件14上方装有超声波换能器17，交变电信号通过超声波换能器17转
变为机械振动，使被加工工件14产生微颤，既提高了金刚石线的切削能力，又使加工切削
下来的微粒可以快速方便地被冷却水冲下来，使加工速度得到明显提高。 收放线轮43、51的驱动，采用伺服电机主轴通过软性联轴器直接同轴连接，结构
简单，响应灵敏，转动惯量小，利于快速控制。
权利要求数控多晶硅硅芯多线切割机床，由机床立柱、底座、口字型切割导轮组件、工作台升降机构、工件装载夹持装置和收放线绕线张力控制机构等部分组成，所述口字型切割导轮组件包括钢制圆滚筒和多层导向轮，其特征在于，多层导向轮采用倾斜一定角度。
2. 根据权利要求1所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，钢制圆滚筒的 表面涂覆有聚氨酯材料，常规按照规定线距开槽；所述口字型切割导轮组件和圆滚筒形成 上下层布置的多层导向轮。
3. 根据权利要求2所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，所述线距一般 为5-20毫米。
4. 根据权利要求2所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，还包括超声波 换能器，安装在被加工工件上方，交变电信号通过超声波换能器转变为机械振动，使被加工 工件产生微颤。
5. 根据权利要求2所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，所述钢制圆滚 筒直径大于200毫米。
6. 根据权利要求2所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，收放线轮的驱 动，采用伺服电机主轴通过软性联轴器直接同轴连接。
7. 根据权利要求2所述的数控多晶硅硅芯多线切割机床，其特征在于，被加工工件被 固定在机床上部。
专利摘要一种采用金刚石线的数控多晶硅硅芯多线切割机床，切出的硅芯用于改良西门子法或硅烷法生产大直径多晶硅用的还原炉。其切割方法是利用电镀金刚石线在工件上高速地往复运动或单向移动，将工件压在用金刚石线交叉组成的方形或菱形的线网上，将工件切割成细长的硅芯。工件固定在机床的上部，绕有金刚石线的口字型切割导轮组件从下往上移动而完成切割。使用一种独特的布线方案，布线和操作只需在地面完成，无需上工作平台，大大降低操作难度和提高工作效率，安全性好。工件上方装有超声波换能器，使工件产生微颤，提高了金刚石线的切削能力，又使加工切削下来的微粒可快速地被冷却水冲下，加工速度得到明显提高。
文档编号B28D7/00GK201525090SQ200920160789
公开日2010年7月14日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者周军华, 张新忠, 顾建达 申请人:张新忠