一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置及方法与流程

本发明涉及多晶硅加工技术领域，尤其涉及一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置及方法。

背景技术：

由于环境污染，能源短缺，推动了太阳能光伏行业的快速发展，晶体硅太阳能电池是目前最主要的太阳能电池，其所用原料主要有原生多晶硅、芯片加工过程中的废料、硅片加工过程中的边角料等，其中原生多晶硅是主要的原料，这几年太阳能光伏行业飞速发展，多晶硅原料的供应非常紧俏，价格也比较高，每吨多晶硅原料的价格为7～10万。多晶硅生长时，需用石墨夹头夹持细长硅芯下端，石墨夹头作为电极对硅芯通入高压电流，使硅芯发热，炉腔内的气相三氯氢硅和氢气在高热硅芯表面发生化学反应，生产单质硅，并沉积在硅芯表面，随着生长持续，硅芯表面沉积单质硅越来越多，硅芯越来越粗，最终变成成品多晶硅棒。同时与硅芯直接接触的石墨夹头因硅芯发热传导的热量使部分气相三氯氢硅和氢气在其表面发生反应，生成单质硅，沉积在石墨夹头表面，逐步将石墨夹头上部包裹，同时高温下，夹头表面石墨c原子与硅形成致密碳化硅，将石墨夹头、碳化硅层、多晶硅紧密结合，难以将表面的多晶硅有效分离，导致浪费大量附着在石墨夹头表面的高纯多晶硅料。通常人们采用物理方法来分离多晶硅和石墨夹头，首先将石墨端敲下来，继续对石墨夹头外层生长的多晶硅进行敲击，使其破碎成小块，一点一点从石墨夹头上分离，因多晶硅料硬度高，破碎劳动强度大，效率低，而且无法完全将石墨夹头表面的多晶硅分离，多晶硅产品浪费多，不利于大批量加工，破碎过程产生的微小小块、粉末也无法用于后续生产，进一步增加产品浪费。而且，在敲击过程易发生砸伤手指和硅块飞溅伤人事故，存在较大安全隐患，同时由于破碎过程大量扬尘，对操作人员职业健康造成较大影响。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置及方法，主要目的在于减少损耗，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置，包括:机架、导轨、夹持机构、磨削驱动机构和磨头；

所述导轨固定地设置在所述机架上；

所述夹持机构设置在所述导轨上，能够在所述导轨上移动；所述夹持机构用于夹持待磨削多晶硅棒；

所述磨削驱动机构设置在所述机架上；

所述磨头设置在所述磨削驱动机构上，被所述磨削驱动机构驱动转动；

所述磨头的前端部为圆柱形；所述磨头的后端部为圆柱形；所述磨头的后端部的直径较前端部的直径大；所述磨头的前端部和后端部之间为中部；所述中部为圆台形；所述前端部、所述中部和所述后端部同轴设置；

所述磨头上设置有通孔，用于向所述磨头的磨削面通入超纯水；所述通孔与所述磨头同轴设置；

所述磨削驱动机构包括：驱动电机、主轴和密封腔室；

所述驱动电机设置在所述机架上；

所述主轴的一端与所述磨头连接，另一端与所述驱动电机传动连接，被所述驱动电机驱动转动；

所述主轴上设置有主通道和支通道；所述主通道沿所述主轴的轴向设置，用于与所述通孔连通；所述支通道的一端与所述主通道连通，另一端与所述主轴的外壁连通；

所述密封腔室固定地设置在所述机架上；所述主轴贯穿所述密封腔室，所述主轴的一端位于所述密封腔室的一侧；所述主轴的另一端位于所述密封腔室的另一侧；所述支通道的另一端位于所述密封腔室中；

所述密封腔室上设置有进水口；

所述磨头上设置有导流槽；所述导流槽沿所述磨头的外侧，从所述通孔的前端延伸至所述磨头的后端部，用于将所述磨头中的水和磨削粉尘导出，避免扬尘；

所述磨头为金刚砂材质。

进一步地，所述支通道为多个；多个所述支通道沿所述主轴的圆周方向间隔设置。

进一步地，所述磨头的所述中部的锥度为1:1～1:3。

进一步地，所述磨头的所述前端部、所述中部和所述后端部的高度比为1:10:2。

进一步地，还包括：清洗机构；

所述清洗机构设置在所述机架上，用于清洗磨削后的多晶硅棒；

所述清洗机构包括喷头；所述喷头通过管道与水泵连通，用于向磨削后的多晶硅棒的磨削面喷射高纯水。

进一步地，还包括：吹扫机构；

所述吹扫机构设置在所述机架上，用于吹扫磨削后的多晶硅棒；

所述吹扫机构包括：喷枪；所述喷枪通过管路与待压气源连通，用于向磨削后的多晶硅棒的磨削面喷射带压气流。

进一步地，所述主轴与所述密封腔室之间设置有密封轴承。

另一方面，本发明实施例提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的方法，

通过夹持机构对待磨削多晶硅棒进行夹取固定；

向磨头通入高纯水；

启动磨削驱动机构，驱动磨头转动；

将夹持机构沿导轨向前移动，与磨头接触进行磨削；

磨头磨至石墨与多晶硅料分界面后，继续磨削深入1mm～2mm；

夹持机构向后移动退出磨削；

用超纯水对加工面进行冲洗；

用洁净空气吹干净多晶硅棒上的水渍；

夹持机构退回至起始位置，卸载切削后的多晶硅棒。

进一步地，用洁净空气吹扫10～15s。

进一步地，上述去除原生多晶硅棒端面石墨的方法，采用上述任一项所述的去除原生多晶硅棒端面石墨的装置进行加工。

借由上述技术方案，本发明去除原生多晶硅棒端面石墨的装置至少具有下列优点：

能够减少损耗，提高工作效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置中磨削驱动机构的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置中磨头磨削多晶硅棒的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置中磨头的示意图。

图中所示：

1为机架，2为导轨，3为夹持机构，4为磨削驱动机构，4-1为驱动电机，4-2为密封腔室，4-21为进水口，4-3为主轴，4-31为主通道，4-32为支通道，4-4为密封轴承，5为磨头，5-1为前端部，5-2为中部，5-3为后端部，5-4为导流槽，5-5为通孔，6为多晶硅棒。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1至图4所示，一方面，本发明的实施例提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置，包括:机架1、导轨2、夹持机构3、磨削驱动机构4和磨头5；

导轨2固定地设置在机架1上；导轨2用于支撑夹持机构3。夹持机构3设置在导轨2上，能够在导轨2上移动；夹持机构3用于夹持待磨削多晶硅棒6；夹持机构3夹持待磨削多晶硅棒6以靠近或远离磨头5；磨削驱动机构4设置在机架1上；磨头5设置在磨削驱动机构4上，被磨削驱动机构4驱动转动；磨头5的前端部5-1为圆柱形；磨头5的后端部5-3为圆柱形；磨头5的后端部5-3的直径较前端部5-1的直径大；磨头5的前端部5-1和后端部5-3之间为中部5-2；中部5-2为圆台形；前端部5-1、中部5-2和后端部5-3同轴设置；磨头5上设置有通孔5-5，用于向磨头5的磨削面通入超纯水；起到冷却和吸收粉尘的作用，通孔5-5与磨头5同轴设置；磨削驱动机构4包括：驱动电机4-1、主轴4-3和密封腔室4-2；驱动电机4-1设置在机架1上；主轴4-3的一端与磨头5连接，另一端与驱动电机4-1传动连接，被驱动电机4-1驱动转动；主轴4-3上设置有主通道4-31和支通道4-32；主通道4-31沿主轴4-3的轴向设置，用于与通孔5-5连通；支通道4-32的一端与主通道4-31连通，另一端与主轴4-3的外壁连通；密封腔室4-2固定地设置在机架1上；主轴4-3贯穿密封腔室4-2，主轴4-3的一端位于密封腔室4-2的一侧；主轴4-3的另一端位于密封腔室4-2的另一侧；支通道4-32的另一端位于密封腔室4-2中；密封腔室4-2上设置有进水口4-21；超纯水通过进水口4-21进入密封腔室4-2，在通过支通道4-32、主通道4-31进入磨头5的通孔5-5，以给磨头5降温并清洗磨削面。磨头5上设置有导流槽5-4；导流槽5-4沿磨头5的外侧，从通孔5-5的前端延伸至磨头5的后端部5-3，用于将磨头5中的水和磨削粉尘导出；磨头5为金刚砂材质。

本发明的实施例提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的装置，能够减少损耗，提高工作效率。而且能够降低安全风险，有效保障操作人员安全和职业健康，适合批量化作业。

本发明实施例针对石墨夹头硬度远远小于多晶硅料的特性，对磨头5对石墨夹头进行磨削处理，能够通过机械自动处理，取代人工操作。

作为上述实施例的优选，支通道4-32为多个；多个支通道4-32沿主轴4-3的圆周方向间隔设置，以在主轴4-3转动时，密封腔室4-2内的超纯水能够进入主通道4-31。

作为上述实施例的优选，磨头5的中部5-2的锥度为1:1～1:3，以匹配多晶硅棒6中的石墨夹头的形状。

作为上述实施例的优选，磨头5的前端部5-1、中部5-2和后端部5-3的高度比为1:10:2，以适应多晶硅棒6中石墨夹头附近的结晶情况，以将石墨夹头及其与多晶硅的结合面磨削去除。

作为上述实施例的优选，还包括：清洗机构(图中未示出)；清洗机构设置在机架1上，用于清洗磨削后的多晶硅棒6；清洗机构包括喷头；喷头通过管道与水泵连通，用于向磨削后的多晶硅棒6的磨削面喷射高纯水，以清洗多晶硅棒6的磨削面和多晶硅棒6的棒体。

作为上述实施例的优选，还包括：吹扫机构(图中未示出)；吹扫机构设置在机架1上，用于吹扫磨削后的多晶硅棒6；吹扫机构包括：喷枪；喷枪通过管路与待压气源连通，用于向磨削后的多晶硅棒6的磨削面喷射带压气流，以去除多晶硅棒6上的水渍，使多晶硅棒6干净、干燥。

本发明实施例针对石墨夹头硬度远远小于多晶硅料的特性，对磨头5对石墨夹头进行磨削处理，能够通过机械自动处理，同时采用超纯水、洁净空气进行冷却保护，有效提升多晶硅料收率，减少生产成本；

作为上述实施例的优选，主轴4-3与密封腔室4-2之间设置有密封轴承4-4，以保证主轴4-3与密封腔室4-2的密封性。

另一方面，本发明实施例提供一种去除原生多晶硅棒端面石墨的方法，

通过夹持机构对待磨削多晶硅棒进行夹取固定；

向磨头通入高纯水；

启动磨削驱动机构，驱动磨头转动；

将夹持机构沿导轨向前移动，与磨头接触进行磨削；

磨头磨至石墨与多晶硅料分界面后，继续磨削深入1mm～2mm；确保有效磨削掉石墨部分；

夹持机构向后移动退出磨削；

用超纯水对加工面进行冲洗；

用洁净空气吹干净多晶硅棒上的水渍；

夹持机构退回至起始位置，卸载切削后的多晶硅棒。

作为上述实施例的优选，用洁净空气吹扫10s～15s。

作为上述实施例的优选，上述去除原生多晶硅棒端面石墨的方法，采用上述任一项的去除原生多晶硅棒端面石墨的装置进行加工。

工艺流程:操作人员将含石墨夹头的多晶硅棒料碳头料端装夹在夹持机构上，启动处理，夹持机构携带碳头料以设定进刀速度向金刚砂锥磨头靠近，磨头高速转动，超纯水通过通孔对锥磨头和多晶硅料磨削面进行冷却，当进刀磨削至控制要求量时，夹持机构自动缓慢退刀，超纯水继续由磨头前端、四周喷出，对磨削面进行有效清洗，当磨头与多晶硅完全脱离后，气枪自动打开，对磨削面残留的水珠进行吹扫10～15s，夹持装置直至返回初始位置，松开夹持机构，取出洁净多晶硅料。

进一步说明，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。这没有脱离示例性实施例的范围。类似地，元件一、元件二也不代表元件的顺序，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。