刚玉‑石墨复合坩埚制造技术

本实用新型专利技术为一种刚玉‑石墨复合坩埚，在坩埚壁上从里向外分别是刚玉密封层、石墨层、石墨毯层、刚玉密封层。而在坩埚底部只有刚玉层。石墨层沿径向分成2到8块，每块之间留有缝隙。坩埚壁的外侧绕有水冷通电线圈。本实用新型专利技术利用交变电磁场在石墨层中感应出涡流，产生巨大的焦耳热，从而加热硅料。使用温度可以达到1650℃以上，石墨层及石墨毯层被刚玉密封层封闭，大大减缓了其氧化烧损速度，提高了使用寿命。避免在硅液面处的坩埚壁出现很大的温差，防止了热应力使坩埚产生裂纹的问题，进一步提高了使用寿命。

Corundum graphite crucible

The utility model relates to a corundum graphite composite crucible in the crucible wall from the inside to the outside are corundum sealing layer, graphite, graphite, corundum blanket layer sealing layer. And at the bottom of the crucible there is only corundum. The graphite layer is divided into 2 to 8 blocks radially, and gaps are left between each block. The outer side of the crucible wall is surrounded by a water cooled winding coil. The utility model uses an alternating electromagnetic field to induce eddy currents in the graphite layer to generate huge Joule heat, thereby heating the silicon material. The service temperature can reach above 1650 DEG C, and the graphite layer and the graphite blanket layer are sealed by the corundum sealing layer, thereby greatly reducing the burning loss rate of the graphite and improving the service life. The invention avoids the large temperature difference at the crucible wall at the silicon liquid surface, prevents the thermal stress from causing the crack of the crucible, and further improves the service life.

【技术实现步骤摘要】
刚玉-石墨复合坩埚
本技术属于一种利用刚玉--石墨复合材料制成的用于提纯多晶硅的坩埚。
技术介绍
目前，在物理法生产太阳能级多晶硅的工艺中，一个重要的环节就是利用造渣法去除非金属杂质，主要是指磷、硼等。其主要工艺过程就是利用中频感应炉熔化坩埚中的硅料，然后在熔化的硅液中加入造渣剂，经过吹气、搅拌、澄清后，硅液当中绝大部分的磷、硼等非金属杂质就转移到渣中而被去除。在这个工艺过程中，如何提高熔化硅料的速度，提高价格昂贵的坩埚的使用寿命，一直是行业内一个重要的研究课题。现有的技术方案中，加热设备是中频感应炉，熔化硅料的坩埚采用普通刚玉坩埚，利用电磁感应原理使坩埚中的硅液内部感应出涡流，通过焦耳热的方式加热硅液。现有的技术方案存在以下严重缺陷：一、硅只有在液态下才有良好的导电能力，在固态的情况下导电能力非常差，在开始融化硅料时，坩埚内的硅料呈固体块状，内部的涡流非常小，根本无法使硅块升温达到熔点温度。而在用普通刚玉坩埚的情况下，刚玉坩埚不导电，所以也不会发热。解决的办法是在加入块状硅料的同时，还在刚玉坩埚内放入一根石墨棒，利用石墨棒感应出的涡流产生焦耳热使硅料熔化后，再取出石墨棒。这种办法的缺陷是石墨棒的加热效率低、化料时间长，熔化硅料的电耗大，石墨棒对硅料有污染。二、为了避免上述问题，又提出第二种办法，即在倒出硅液时，不全部倒完，在坩埚底部剩大约三分之一的硅液，再加入新的硅块，利用硅液导电可以产生大量的焦耳热的办法继续化料。但是此时，有硅液部分的坩埚处还处在硅液的高温，而没有硅液的部分由于坩埚自身不发热，温度急剧下降，在硅液面处的坩埚壁出现很大的温差，其热应力易使坩埚产生裂纹，严重缩短普通刚玉坩埚的使用寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种使用方便、寿命长、对硅料不会产生产生污染的的刚玉-石墨复合坩埚，以消除上述现有产品的缺陷。本技术采用下列技术方案来实现其目的：一种刚玉-石墨复合坩埚，为一由刚玉密封层构成的有底的筒状坩埚；在坩埚壁中，从里向外设置有紧贴在一起的一圈石墨层和石墨毯层，石墨层和石墨毯层被密封在坩埚壁内；坩埚壁从里向外则形成了刚玉密封层、石墨层、石墨毯层和刚玉密封层的夹层密封结构，而坩埚底部仍仅是刚玉密封层；所述的坩埚壁的外侧绕有水冷通电线圈。所述的坩埚壁的厚度范围：35-150mm。石墨层的厚度范围：5-40mm。石墨毯层的厚度范围：10-35mm。石墨层分成2到8块，每块之间留有缝隙。本技术的使用效果为：本技术刚玉--石墨复合坩埚，利用交变电磁场在石墨层中感应出涡流，产生巨大的焦耳热，从而加热硅料，使用温度可以达到1650℃以上，石墨层及石墨毯层被刚玉密封层封闭，大大减缓了其氧化烧损速度，使用寿命长。由于坩埚壁全部发热，避免在硅液面处的坩埚壁出现很大的温差，防止了热应力使坩埚产生裂纹的问题，进一步提高了使用寿命。附图说明图1本技术是刚玉-石墨复合坩埚结构示意图，图2是石墨层沿径向分块示意图。图中标记：刚玉密封层1、石墨毯层2、石墨层3、水冷通电线圈4、缝隙5。具体实施方式参见图1和图2，一种刚玉-石墨复合坩埚，为一由刚玉密封层1构成的有底的筒状坩埚。在坩埚壁中，从里向外设置有紧贴在一起的一圈石墨层3和石墨毯层2，石墨层3和石墨毯层2密封在坩埚壁内。这样，坩埚壁从里向外则形成了刚玉密封层1、石墨层3、石墨毯层2和刚玉密封层1的夹层密封结构，而坩埚底部仍仅是刚玉密封层1。本刚玉-石墨复合坩埚，刚玉的三氧化二铝含量应＞99％；石墨层3中石墨的含碳量应＞99.99％；石墨毯层2中含碳量应＞99％，灰分应＜99％；该刚玉-石墨复合坩埚采用注浆成型制造，真空烧结成型。所述的坩埚壁的厚度范围：35-150mm，石墨层3的厚度范围：5-40mm，石墨毯层2的厚度范围：10-35mm。石墨层3分成2到8块，每块之间留有缝隙5，如图2所示。坩埚壁外侧绕有水冷通电线圈4，当水冷通电线圈4通过交变电流时，就会在石墨层3中产生交变电磁场，石墨层3在交变电磁场的作用下内部产生涡流，继而产生焦耳热，对硅料起到加热熔化作用，水冷通电线圈4内部的通水是使其冷却。石墨层3外侧的一层石墨毯层2，它的作用是：由于石墨层3和刚玉密封层3的热膨胀系数不同，如果不采取一定的措施，在高温下，它们的尺寸变化不一致，会导致刚玉密封层3的开裂，从而缩短刚玉-石墨复合坩埚的使用寿命。同时石墨毯层2还起到了绝热作用，防止石墨层3产生的热量大量向外侧扩散。石墨层3和石墨毯层2被刚玉密封层3彻底密封，隔绝了外界的空气，防止在高温下石墨层3和石墨毯层2被氧化。石墨层3本身分成2到8块，每块之间留有缝隙5，它的作用是：由于石墨层3自身在高温下也会膨胀，如果没有膨胀间隙，在热应力的作用下，石墨层3会破裂，留有缝隙5后就避免了热胀冷缩出现的问题。刚玉-石墨复合坩埚缝的底部不需要加热，又要负担全部的坩埚及硅料重量故将它全部做成刚玉密封层1以增加强度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刚玉‑石墨复合坩埚，为一由刚玉密封层(1)构成的有底的筒状坩埚；其特征在于：在坩埚壁中，从里向外设置有紧贴在一起的一圈石墨层(3)和石墨毯层(2)，石墨层(3)和石墨毯层(2)被密封在坩埚壁内；坩埚壁从里向外则形成了刚玉密封层(1)、石墨层(3)、石墨毯层(2)和刚玉密封层(1)的夹层密封结构，而坩埚底部仍仅是刚玉密封层(1)；所述的坩埚壁的外侧绕有水冷通电线圈(4)。

【技术特征摘要】
1.一种刚玉-石墨复合坩埚，为一由刚玉密封层(1)构成的有底的筒状坩埚；其特征在于：在坩埚壁中，从里向外设置有紧贴在一起的一圈石墨层(3)和石墨毯层(2)，石墨层(3)和石墨毯层(2)被密封在坩埚壁内；坩埚壁从里向外则形成了刚玉密封层(1)、石墨层(3)、石墨毯层(2)和刚玉密封层(1)的夹层密封结构，而坩埚底部仍仅是刚玉密封层(1)；所述的坩埚壁的外侧绕有水冷通电线圈(4)。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新军，王桥，
申请(专利权)人：中安信新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11