一种单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置及其筛分方法与流程

本发明涉及半导体材料制备技术领域的一种筛分装置，尤其涉及一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，还涉及该筛分装置的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分方法。

背景技术：

单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料重要组成部分，处于新材料发展的前沿，其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。多晶硅是极为优良的半导体材料，其主要用于生产集成电路、分立器件和太阳能电池片，但若存在微量的杂质即可影响其导电性。生产多晶硅和单晶硅目前多使用直拉法，直拉法生产中要求粒度不同原料硅混合使用，且要求硅料中表金属摄入量<10ppbw。

但是，现有的单晶硅和多晶硅硅料振动筛分装置在使用时存在一定的弊端，其中：(1)、现有的振动筛分装置不能很好地防止硅料与设备金属部分摩擦，摩擦产生的金属粉屑对硅料造成污染；(2)、当筛网遇到卡料等情况时，不易更换和清理；(3)、硅料粒度和形状不同，会造成其流动性有所差异，当筛箱与水平面倾角一定时，会导致筛分设备工作效率低，甚至不能正常工作；(4)、当实际生产中由于外界客观条件改变，需要筛分装置整体高度变化时，筛分装置整体高度难以调节，不能满足实际要求。

技术实现要素：

为解决现有的单晶硅和多晶硅硅料振动筛分装置整体高度难以调节的技术问题，本发明提供一种单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置及其筛分方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其包括：

筛箱，其用于容纳硅料，并对所述硅料进行筛分；

至少两个支撑机构，其分别设置在箱体的相对两端的下方；每个支撑机构的顶端与筛箱相连，并用于支撑筛箱；

其中，筛箱包括箱体、振动电机以及倾斜并平行设置的多组筛网；多组筛网安装在箱体内，且网孔孔径从上至下依次减小；振动电机安装在箱体上，并用于通过振动使位于筛网上的硅料分散；

每个支撑机构包括支腿一、支腿二、高度调节组件、弹簧以及旋转组件；支腿一与所述高度调节组件的一端相连；所述高度调节组件的另一端与支腿二的一端相连，并用于调节支腿一与支腿二之间的相对间距；支腿二的另一端与弹簧的一端相连，弹簧的另一端与所述旋转组件相连；所述旋转组件转动安装在箱体上，以使所述支撑机构相对箱体转动。

本发明通过支撑机构对筛箱进行支撑，而支撑机构中的高度调节组件能够调节支腿一和支腿二之间的距离，进而能够改变支撑机构的整体高度，从而提高硅料的筛分效果，弹簧可以减少筛箱传递至支腿一和支腿二的振动，保证支撑机构的稳定性，解决了现有的单晶硅和多晶硅硅料振动筛分装置整体高度难以调节的技术问题，得到了通过调节支撑机构的整体高度而改变筛箱的高度以及筛网的倾斜角度，从而提高硅料的筛分效果，而且只需要调节支撑机构就可以改变整体高度，从而减少改造工作量和经济投入的技术效果。

作为上述方案的进一步改进，筛箱还包括箱门以及多组水平夹钳；箱门活动安装在箱体上，并盖住箱体侧壁开设的取料口；多组水平夹钳安装在箱体与箱门之间，并用于将箱门夹紧在箱体上。

作为上述方案的进一步改进，箱门朝向箱体内的一侧开设分别与多组筛网对应的多个卡槽，每组筛网卡在对应的卡槽中。

作为上述方案的进一步改进，箱体的一端的顶部开设位于筛网上方的入料口，箱体的另一端设置分别与多组筛网对应的多个出料口，每组筛网上的硅料从对应出料口出料；其中，入料口和出料口处均敷设聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氨酯膜、乙烯四氟乙烯共聚物膜、全氟烷氧基共聚物膜中的一种。

作为上述方案的进一步改进，筛网的内部设置金属骨架；箱体的内壁以及所述金属骨架均敷设聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氨酯膜、乙烯四氟乙烯共聚物膜、全氟烷氧基共聚物膜中的一种。

作为上述方案的进一步改进，箱体的顶部具有上盖板；上盖板上开设等间距设置的多个除尘口。

作为上述方案的进一步改进，筛箱还包括若干组固定条，所述固定条固定在箱体的内壁上；筛网的两端开设呈u型的嵌入式固定槽，嵌入式固定槽与所述固定条活动连接。

作为上述方案的进一步改进，所述高度调节组件包括至少两根螺柱以及多个螺母；螺柱的两端分别插在支腿一、支腿二中；螺母螺接在螺柱上，并用于将支腿一、支腿二相对固定。

作为上述方案的进一步改进，所述旋转组件包括安装座和旋转轴；安装座固定在弹簧的另一端上；旋转轴转动安装在安装座上，并固定在箱体的底部上。

本发明还提供一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分方法，其应用于上述任意所述的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置中，其包括以下步骤：

(1)通过所述高度调节组件调节支腿一与支腿二之间的相对间距，以改变其中一个支撑机构的总高度，使筛网的倾斜角度满足单晶硅和/或多晶硅的硅料的筛分要求；

(2)将所述硅料置入箱体中，并分布在多组筛网上，以按照粒径的排序对所述硅料进行筛分；

(3)启动振动电机，振动位于筛网上的硅料，使所述硅料沿着同一方向移动并分别出料。

相较于现有技术，本发明的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置及其筛分方法具备以下有益效果：

1、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其筛箱中的多组筛网能够对硅料进行筛分，并分离出粒径不同的多组硅料，而振动电机能够使位于筛网上的硅料分布均匀，进而充分筛分硅料，并且还可为硅料提供动力源，使硅料定向移动至出料处。该直线振动筛分装置的支撑机构能够支撑筛箱，而在需要调节筛箱的高度或者筛网的倾斜角度时，只需要通过调节高度调节组件，以改变支腿一和支腿二之间的距离，进而能够改变支撑机构的整体高度，从而提高硅料的筛分效果，而且只需要调节支撑机构就可以改变整体高度，从而减少改造工作量和经济投入。另外，支撑机构中的弹簧可以减少筛箱传递至支腿一和支腿二的振动，一方面保证支撑机构的稳定性，另一方面可以避免地面对筛箱振动造成影响，可以提高筛网的振动效果。支撑机构中的旋转组件能够实现支撑机构和筛箱的转动连接，这样可以方便调节支撑机构的高度，避免由于支撑机构与筛箱之间产生应力而使弹簧扭曲以及增加高度调节的难度程度。

2、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其在筛箱、出料口、入料口内表面和筛网的金属骨架均敷有聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氨酯膜、乙烯四氟乙烯共聚物膜、全氟烷氧基共聚物膜中的一种，这样可以有效阻止硅料与筛分装置中铁等金属摩擦，同时还能够防止金属部分互相摩擦产生粉末，避免摩擦产生的金属粉屑对硅料造成，提高筛分的硅料的质量。另外，该筛分装置结构比较简单，操作方便，使用效果相对于传统方式更好，满足人们的使用要求。

3、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其筛箱的箱体与箱门之间采用水平夹钳活动连接，能够方便从箱体中取出硅料，同时能够保证筛分出的硅料的纯净度。该筛分装置的筛箱的箱门上开设的多个卡槽可与多组筛网相配合，并且筛网的两端可以开设嵌入式固定槽，进而可以使筛网准确定位、夹紧，同时方便对筛网进行快捷拆卸，提高生产效率，避免由于密封不严而导致杂质进入筛箱而污染硅料。另外，在筛网上卡料或者需要清理筛网时，取出筛网方便快捷且不会与金属摩擦，保证了筛分后的硅料质量。

附图说明

图1为本发明实施例1的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的结构示意图；

图2为图1中的直线振动筛分装置的筛箱的筛网的结构示意图；

图3为图1中的直线振动筛分装置的筛箱的箱门的结构示意图；

图4为图1中的直线振动筛分装置的筛箱的水平夹钳的结构示意图；

图5为本发明实施例2的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的结构示意图；

图6为本发明实施例3的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的结构示意图；

图7为本发明实施例4的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的结构示意图；

图8为本发明实施例5的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的立体图；

图9为图8中的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的正视图；

图10为图8中的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的的俯视图；

图11为图8中的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的侧视图；

图12为图8中的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置的水平夹钳的结构示意图。

符号说明：

1出料口16旋转轴

2筛箱17弹簧

3筛网18摄像头

4水平夹钳19报警器

5箱门20红外传感器

6上盖板21箱体

7除尘口23拉手一

8入料口24底座

9振动电机25拉手二

10支腿一31嵌入式固定槽

11支腿二51卡槽

12螺柱101上支腿部

13螺母102下支腿部

14显示屏111连接杆一

15安装座151接杆二

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，该筛分装置能够对单晶硅或多晶硅的硅料进行筛分，并筛分呈粒径不同的多种硅料。其中，本实施例的筛分装置包括筛箱2和支撑机构，支撑机构至少为两个，本实施例为方便说明，支撑机构的数量设置为两个。

筛箱2用于容纳硅料，并对硅料进行筛分。请参阅图2、图3以及图4，筛箱2包括箱体21、振动电机9以及多组筛网3，还可包括箱门5、多组水平夹钳4以及若干组固定条。筛箱2的整体可呈长筒形，并且相对地面会有一定的倾斜角度。筛箱2的容积可以根据实际需要进行设置，其能够独立对硅料进行筛分，并筛分呈粒径不同的多种硅料，以便于后续对硅料进行处理。

多组筛网3相对地面倾斜，并且相互平行设置。多组筛网3安装在箱体21内，而且网孔孔径从上至下依次减小。振动电机9安装在箱体21上，并用于通过振动使位于筛网3上的硅料分散。在本实施例中，振动电机9安装在箱体21的底部。这样，多组筛网3能够对硅料进行筛分，并分离出粒径不同的多组硅料，而振动电机9能够使位于筛网上的硅料分布均匀，进而充分筛分硅料，并且还可为硅料提供动力源，使硅料定向移动至出料处。

在本实施例中，箱体21的一端的顶部开设入料口8，入料口8位于筛网3上方。箱体21的另一端设置多个出料口1，多个出料口1分别与多组筛网3对应。每组筛网3上的硅料从对应出料口1出料，同时筛网3的内部设置金属骨架。其中，入料口8、出料口1处、箱体21的内壁以及金属骨架均敷设聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氨酯膜、乙烯四氟乙烯共聚物膜、全氟烷氧基共聚物膜中的一种。这样可以有效阻止硅料与筛分装置中铁等金属摩擦，避免摩擦产生的金属粉屑对硅料造成，提高筛分的硅料的质量。另外，箱体21的顶部具有上盖板6，上盖板6上开设等间距设置的多个除尘口7。除尘口7密集布置，而每隔600mm-800mm即布置一个除尘口7，以对箱体21中产生的灰尘进行吸取，提高硅料的纯净度以及筛分质量。

箱门5活动安装在箱体21上，并盖住箱体21侧壁开设的取料口。多组水平夹钳4安装在箱体21与箱门5之间，并用于将箱门5夹紧在箱体21上。在一些实施例中，箱门5能够通过柱销与箱体21活动连接，以便于对箱门5进行操作。箱门5朝向箱体21内的一侧开设多个卡槽51，而且多个卡槽51分别与多组筛网3对应。其中，若干组卡槽51的宽度与若干组筛网3之间的距离相等，每组筛网3卡在对应的卡槽51中。筛网3与卡槽51配合，能够达到定位、夹紧、方便快捷拆卸的目的，避免密封不严导致杂质进入而污染硅料。在筛网上卡料或者需要清理筛网时，取出筛网方便快捷且不会与金属摩擦，保证了筛分后的硅料质量。

固定条固定在箱体21的内壁上。筛网3的两端开设嵌入式固定槽31。嵌入式固定槽31呈u型，并且与固定条活动连接。在安装时，先将筛网3的嵌入式固定槽31对准筛箱2内部的固定条，将筛网3卡在固定条上，然后将箱门5的卡槽51与筛网3之间的空隙配合，从而将筛网3的位置固定住，最后通过水平夹钳4将箱门5夹紧即可。在拆卸时，先打开水平夹钳4，然后取下箱门5即可将筛网3取下来，拆卸与安装比较方便，从而提高设备工作效率。

两个支撑机构分别设置在箱体21的相对两端的下方。每个支撑机构的顶端与筛箱2相连，并用于支撑筛箱2。每个支撑机构包括支腿一10、支腿二11、高度调节组件、弹簧17以及旋转组件。支腿一10与高度调节组件的一端相连。高度调节组件的另一端与支腿二11的一端相连，并用于调节支腿一10与支腿二11之间的相对间距。支腿二11的另一端与弹簧17的一端相连，弹簧17的另一端与旋转组件相连。旋转组件转动安装在箱体21上，以使支撑机构相对箱体21转动。其中，支撑机构能够支撑筛箱，而在需要调节筛箱2的高度或者筛网3的倾斜角度时，只需要通过调节高度调节组件，以改变支腿一10和支腿二11之间的距离，进而能够改变支撑机构的整体高度，从而提高硅料的筛分效果，而且只需要调节支撑机构就可以改变整体高度，从而减少改造工作量和经济投入。另外，弹簧17可以减少筛箱2传递至支腿一10和支腿二11的振动，一方面保证支撑机构的稳定性，另一方面可以避免地面对筛箱2振动造成影响，可以提高筛网3的振动效果。

两个支腿一10放置在地面上，在一些实施例中，可以将支腿一10设置为伸缩式结构，这样可以直接改变支腿一10的长度就可以调节支撑机构的整体高度。支腿一10和支腿二11靠近的一端均设置一块平板，以便于在支腿一10和支腿二11安装高度调节组件。另外，靠近出料口1的支腿二11会比靠近入料口8的支腿二11短一些，以使入料口8的高度高于出料口1，并使筛网3保持倾斜。

在本实施例中，高度调节组件包括螺柱12和螺母13，其中螺柱12的数量至少为两根，而螺母13的数量为多个。螺柱12的两端分别插在支腿一10、支腿二11中。螺母13螺接在螺柱12上，并用于将支腿一10、支腿二11相对固定。靠近出料口1的支撑机构的四组螺柱12均贯穿支腿一10的顶端外表面靠近四角位置以及支腿二11的底端外表面靠近四角位置。远离出料口1的支撑机构上的四组螺柱12均贯穿支腿一10的顶端端外表面靠近四角位置以及支腿二11的底端外表面靠近四角位置。若干组螺母13均通过螺纹固定安装在四组螺柱12的外表面，靠近出料口1的支腿一10的顶端外表面和支腿二11的底端外表面均位于若干组螺母13之间，远离出料口1的支腿一10的顶端外表面和支腿二11的底端外表面均位于若干组螺母13之间。在小幅度调节高度时，可以通过旋转螺母13，使得支腿一10、支腿二11之间靠近或者远离，从而调节支撑机构的整体高度。在需要大幅度调节高度时，可以根据需要选择不同长度的支腿一10进行安装，以使筛网3达到一定的倾斜角度。

旋转组件包括安装座15和旋转轴16。安装座15固定在弹簧17的另一端上。旋转轴16转动安装在安装座15上，并固定在箱体21的底部上。旋转组件能够实现支撑机构和筛箱2的转动连接，这样可以方便调节支撑机构的高度，避免由于支撑机构与筛箱2之间产生应力而使弹簧扭曲以及增加高度调节的难度程度。在本实施例中，旋转轴16与筛箱2焊接，然后装夹在安装座15上。在具体安装时，支腿二11的顶端设置连接杆一111，而安装座15的底端设置连接杆二151，连接杆一111和连接杆二151均设置在弹簧17中，一方面防止弹簧17过度受压，另一方面能够使弹簧17在伸缩的过程中保持一定的直线型，防止弹簧17伸缩产生弯曲。

在使用本实施例的筛分装置时，单晶硅和多晶硅的硅料通过入料口8进入筛箱2内部，直接落到筛网3上，振动电机9激振作为振动动力来源，使硅料在筛网3上被抛起，同时向前作直线运动，通过多层筛,产生数种规格的硅料，不同规格的硅料从各自的出料口1排出。在本实施例中，筛分后的单晶硅/多晶硅的种类为6种，并且分fe、gr、ni、cu、zn、na表面金属污染增加值：≤1ppb。使用时，当实际生产中由于外界客观条件改变，需要筛分装置整体高度变化时，只需调整支腿一10的高度就可改变设备整体高度，从而减少改造工作量和经济投入，而且整个直线振动筛分装置结构比较简单，操作方便，使用效果相对于传统方式更好，满足人们的使用要求。

综上所述，本实施例的高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置具有以下优点：

1、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其筛箱2中的多组筛网3能够对硅料进行筛分，并分离出粒径不同的多组硅料，而振动电机9能够使位于筛网3上的硅料分布均匀，进而充分筛分硅料，并且还可为硅料提供动力源，使硅料定向移动至出料处。该直线振动筛分装置的支撑机构能够支撑筛箱2，而在需要调节筛箱2的高度或者筛网3的倾斜角度时，只需要通过调节高度调节组件，以改变支腿一和支腿二之间的距离，进而能够改变支撑机构的整体高度，从而提高硅料的筛分效果，而且只需要调节支撑机构就可以改变整体高度，从而减少改造工作量和经济投入。另外，支撑机构中的弹簧17可以减少筛箱2传递至支腿一10和支腿二11的振动，一方面保证支撑机构的稳定性，另一方面可以避免地面对筛箱2振动造成影响，可以提高筛网3的振动效果。支撑机构中的旋转组件能够实现支撑机构和筛箱2的转动连接，这样可以方便调节支撑机构的高度，避免由于支撑机构与筛箱2之间产生应力而使弹簧17扭曲以及增加高度调节的难度程度。

2、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其在筛箱2、出料口1、入料口8内表面和筛网3的金属骨架均敷有聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氨酯膜、乙烯四氟乙烯共聚物膜、全氟烷氧基共聚物膜中的一种，这样可以有效阻止硅料与筛分装置中铁等金属摩擦，避免摩擦产生的金属粉屑对硅料造成，提高筛分的硅料的质量。另外，该筛分装置结构比较简单，操作方便，使用效果相对于传统方式更好，满足人们的使用要求。

3、该高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其筛箱2的箱体21与箱门5之间采用水平夹钳4活动连接，能够方便从箱体21中取出硅料，同时能够保证筛分出的硅料的纯净度。该筛分装置的筛箱2的箱门5上开设的多个卡槽51可与多组筛网3相配合，并且筛网3的两端可以开设嵌入式固定槽31，进而可以使筛网3准确定位、夹紧，同时方便对筛网3进行快捷拆卸，提高生产效率，避免由于密封不严而导致杂质进入筛箱2而污染硅料。另外，在筛网3上卡料或者需要清理筛网3时，取出筛网3方便快捷且不会与金属摩擦，保证了筛分后的硅料质量。

实施例2

请参阅图5，本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其与实施例1的筛分装置相似，区别在于本实施例中支腿一10包括上支腿部101和下支腿部102。上支腿部101的顶端与高度调节组件固定，而底端与下支腿部102的顶端螺接。在需要大幅度调节箱体21的高度或筛网3的倾斜角度时，使用人员可以通过在组装整个装置时旋转下支腿部102，从而调节支腿一10的长度，以大幅度调整支撑机构的高度。

实施例3

请参阅图6，本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其在实施例1的基础上增加了显示机构。其中，显示机构包括显示屏14以及多个摄像头18。多个摄像头18安装在箱体21中，并分别与多组筛网3对应。每个摄像头18用于拍摄对应的筛网3上的硅料的图像，而显示屏14用于显示摄像头18拍摄的图像。显示屏14可以通过多宫格的方式显示各个筛网上硅料的图像，而使用人员可以通过显示屏14显示的情况，判断筛网3上硅料的筛分情况，并且可以根据这一信息，适应性地增加或减少硅料的投入量。同时，使用人员还可根据显示屏14的显示情况，在筛网3上出现大面积卡料时，及时取出筛网3并进行清理，保证硅料筛分的顺利进行，同时提高硅料筛分效率。

实施例4

请参阅图7，本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其在实施例1的基础上增加了报警机构。其中，报警机构包括报警器19以及多个红外传感器20。红外传感器20安装在箱体21中，并且发射器与接收器分布在筛网3的相对两侧，并相对设置。在筛网3上硅料的堆积量达到一定程度时，硅料会挡住红外传感器20的发射器与接收器之间的光线，此时红外传感器20产生开关信号。报警器19在红外传感器20产生开关信号时，会发出报警信息，这样提醒使用人员对筛网3进行处理。这样，使用人员就可以及时减少硅料的投入量，防止由于硅料过多堆积而造成的筛分不彻底，提高硅料的筛分效果。

实施例5

请参阅图8-12，本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置，其与实施例1的直线振动筛分装置相似，区别在于增加了拉手一23、底座24以及拉手二25，并且水平夹钳的结构也有所不同，同时弹簧一个支腿一10或一个支腿二11处设置两个弹簧17。拉手一23安装在箱门5，以便于操作人员拉开箱门5。一个底座24与一个弹簧17对应，底座24插在对应的弹簧17中。而且，底座24采用耐磨材料制成，其一方面能够为弹簧17引导伸缩方向，使位于弹簧17上的结构更加稳定，另一方面由于耐磨材料的作用，可以减少弹簧17与其之间的摩擦损伤。拉手二25安装在上盖板6上，其作用与拉手一23的类似，可以方便拉开上盖板6。

实施例6

本实施例提供了一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分方法，其应用于实施例1-5中任意一种高效无污染的单晶硅和多晶硅硅料直线振动筛分装置中。其中，本实施例的直线振动筛分方法包括以下步骤：

(1)通过所述高度调节组件调节支腿一10与支腿二11之间的相对间距，以改变其中一个支撑机构的总高度，使筛网3的倾斜角度满足单晶硅和/或多晶硅的硅料的筛分要求；

(2)将所述硅料置入箱体21中，并分布在多组筛网3上，以按照粒径的排序对所述硅料进行筛分；

(3)启动振动电机9，振动位于筛网3上的硅料，使所述硅料沿着同一方向移动并分别出料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。