本发明专利技术公开了一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置及其方法，包括两个夹具、四个石墨卡瓣和两个拉力机拉头；每个夹具通过两片对称的夹具框抱合后四周固定而成；夹具框内壁设有用于放置石墨卡瓣的凹槽；石墨卡瓣两个为一组，抱合于对应夹具的凹槽内；石墨卡瓣的内壁设有卡合单晶硅棒端部的凹槽；单晶硅棒由两端凸起的硅棒端部以及中部的硅棒测试段所组成；待测试的单晶硅棒位于两侧的夹具之间，两端的硅棒端部分别卡合于两侧的夹具内；夹具远离单晶硅棒的端部，分别与对应的拉力机拉头固定连接，通过两个拉力机拉头施加的水平拉力，拉动两个夹具朝着水平相反方向移动，直至将单晶硅棒的硅棒测试段拉断。
【技术实现步骤摘要】
一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置及其方法
本专利技术属于单晶硅检测领域，具体涉及一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置及其方法。
技术介绍
随着单晶行业的发展，大热场大投料量已成为行业发展趋势，晶棒的拉制长度也随之增加，这就要求籽晶所承受的拉力越来越大，而籽晶也属单晶硅棒，其检测抗拉强度受到多个因素的影响，且目前并无成熟有效的检测方法，多依靠经验。拉晶过程中晶棒重量一旦超过籽晶所能承受的极限拉力，籽晶将会断裂晶棒掉落后将会发生严重的安全事故。但是，目前并无成熟有效的单晶硅棒抗拉强度检测装置和方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种实现对不同直径的单晶硅棒抗拉强度的准确检测的装置和方法，能够有效避免因晶棒重量超出籽晶极限拉力后断裂而发生事故。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置，包括两个夹具、四个石墨卡瓣和两个拉力机拉头；每个夹具通过两片对称的夹具框抱合后四周固定而成；夹具框内壁设有用于放置石墨卡瓣的凹槽；所述石墨卡瓣两个为一组，抱合于对应夹具的凹槽内；所述石墨卡瓣的内壁设有卡合单晶硅棒端部的凹槽；所述单晶硅棒由两端凸起的硅棒端部以及中部的硅棒测试段所组成；待测试的单晶硅棒位于两侧的夹具之间，两端的硅棒端部分别卡合于两侧的夹具内；所述夹具远离单晶硅棒的端部，分别与对应的拉力机拉头固定连接，通过两个拉力机拉头施加的水平拉力，拉动两个夹具朝着水平相反方向移动，直至将单晶硅棒的硅棒测试段拉断。具体地，所述夹具框的四个边角处分别设有固定块，两个夹具框抱合后，通过固定螺栓贯穿固定块后进行固定。两个石墨卡瓣抱合后为圆台锥形状，所述凹槽与石墨卡瓣相匹配，长度大于石墨卡瓣；所述石墨卡瓣的侧壁与凹槽内壁相贴合，并能够在凹槽内前后移动，提供一个缓冲空间。优选地，所述单晶硅棒的两端硅棒端部同样为圆台锥形状，并能够在石墨卡瓣的凹槽内沿纵向转动。单晶硅材料的拉拔试样，为脆性材料韧性较差，无法使用传统挤压式固定方法，通过将受力面设计为锥面可有效模拟实际生产状态下的真实受力状态。具体地，夹具远离单晶硅棒的端部设有安装柱，另一端设有用于硅棒测试段穿过的圆孔；所述拉力机拉头的自由端设有一外凸的卡快，安装柱上对应设置有卡槽，卡快卡入安装柱的卡槽后，通过安装螺栓穿过固定，实现拉力机拉头与夹具端部的固定。优选地，所述石墨卡瓣内的凹槽与硅棒端部锥面相同，均为25-30°；石墨卡瓣外壁锥面为30°。进一步地，本专利技术还提供采用上述装置测定单晶硅棒抗拉强度的方法，包括如下步骤：(1)机台准备，确保夹具两端同心度≤0.02mm；(2)将待检测的单晶硅棒加工成具有两端凸起的硅棒端部以及中部的硅棒测试段，然后根据硅棒端部选择相匹配的石墨卡瓣；先将石墨卡瓣放入对应夹具框的凹槽内，并与凹槽后端接触，然后再将硅棒端部卡入石墨卡瓣内；(3)确认待检测的单晶硅棒直面与石墨卡瓣直面处无挤压、卡紧，单边间隙控制在0.2-0.3mm后，分别合上另一块石墨卡瓣和夹具框并固定；(4)实验开始后拉力机以0.5-1N/min的速率施加载荷，直至单晶硅棒与石墨卡瓣贴合后移动到凹槽最前端；随后以100-200N/min的速率施加载荷，直至单晶硅棒被拉断，拉力机记录下整个载荷位移曲线。优选地，步骤(2)中，所述硅棒端部和石墨卡瓣均为圆台锥形状，石墨卡瓣内的凹槽与硅棒端部锥面相同，均为25-30°；石墨卡瓣外壁锥面为30°。优选地，步骤(4)中，实验开始时单晶硅棒与石墨卡瓣位于凹槽后端，通过第一段施加载荷使得单晶硅棒与石墨卡瓣移动至凹槽最前端，并实现紧密贴合。为避免试样与石墨卡瓣之间存在挤压、卡紧等异常导致的局部受力点存在影响试样拉拔时的测量数据的准确性，试样与石墨卡瓣、石墨卡瓣与夹具内壁凹槽预留适当的间隙，实验开始后拉力机以0.5-1N/min的速率施加载荷可以使得试样与石墨卡瓣经锥度引导缓慢靠近，逐渐完全贴合，实现拉拔试样的均匀受力，同时可避免快速加载较大外力对试样造成的损伤。待初段加载结束后可按照该技术要求按照100-200N/min的速率施加载荷继续进行试验。有益效果：本专利技术通过将受力面设计为锥面可有效模拟实际生产状态下的真实受力状态，增加受力点接触面积保证了试样自身两端同时受力时拉力的稳定以及受力的均匀性。其拉拔试样测试有效直径可根据试验要求灵活选择，满足不同直径测试要求。夹具采用两瓣式结构设计，可实现灵活安装及拆卸。材质上应用等静压石墨材料在拉拔试样与拉力机拉头之间起到缓冲作用，结合内外锥面设计与单晶硅棒拉拔试样及拉力机拉头完美配合避免了传统拉拔试样采用的挤压式安装方式易造成试样损伤影响检测数据准确性。通过本专利技术方法实现了对不同直径的单晶硅棒(籽晶)抗拉强度的准确检测，为不同拉晶长度所对应籽晶直径提供准确数据支撑，进而减少拉晶过程中籽晶被拉断所导致的安全事故的发生。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为该单晶硅棒抗拉强度的检测装置的立体图。图2为该单晶硅棒抗拉强度的检测装置的剖面图。图3为该单晶硅棒抗拉强度的检测装置的内部结构图。其中，各附图标记分别代表：1夹具；11夹具框；12固定块；13固定螺栓；14凹槽；15安装柱；16圆孔；17安装螺栓；2石墨卡瓣；3单晶硅棒；31硅棒测试段；32硅棒端部；4拉力机拉头；41卡快。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。如图1至图3所示，该单晶硅棒抗拉强度的检测装置包括两个夹具1、四个石墨卡瓣2和两个拉力机拉头4；每个夹具1通过两片对称的夹具框11抱合后四周固定而成；夹具框11内壁设有用于放置石墨卡瓣2的凹槽14；所述石墨卡瓣2两个为一组，抱合于对应夹具1的凹槽14内；所述石墨卡瓣2的内壁设有卡合单晶硅棒3端部的凹槽；所述单晶硅棒3由两端凸起的硅棒端部32以及中部的硅棒测试段31所组成；待测试的单晶硅棒3位于两侧的夹具1之间，两端的硅棒端部32分别卡合于两侧的夹具1内；所述夹具1远离单晶硅棒3的端部，分别与对应的拉力机拉头4固定连接，通过两个拉力机拉头4施加的水平拉力，拉动两个夹具1朝着水平相反方向移动，直至将单晶硅棒3的硅棒测试段31拉断。其中，夹具框11的四个边角处分别设有固定块12，两个夹具框11抱合后，通过固定螺栓13贯穿固定块12后进行固定。两个石墨卡瓣2抱合后为圆台锥形状，所述凹槽14与石墨卡瓣2相匹配，长度大于石墨卡瓣2；所述石墨卡瓣2的侧壁与凹槽14内壁相贴合，并能够在凹槽14内前后移动，提供一个缓冲空间。单晶硅棒3的两端硅棒端部32同样为圆台锥形状，并能够在石墨卡瓣2的凹槽内沿纵向转动。单晶硅材料的拉拔试样，为脆性材料韧性较差，无法使用传统挤压式固定方法，通过将受力面设计为锥面可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，包括两个夹具(1)、四个石墨卡瓣(2)和两个拉力机拉头(4)；/n每个夹具(1)通过两片对称的夹具框(11)抱合后四周固定而成；夹具框(11)内壁设有用于放置石墨卡瓣(2)的凹槽(14)；/n所述石墨卡瓣(2)两个为一组，抱合于对应夹具(1)的凹槽(14)内；所述石墨卡瓣(2)的内壁设有卡合单晶硅棒(3)端部的凹槽；/n所述单晶硅棒(3)由两端凸起的硅棒端部(32)以及中部的硅棒测试段(31)所组成；待测试的单晶硅棒(3)位于两侧的夹具(1)之间，两端的硅棒端部(32)分别卡合于两侧的夹具(1)内；/n所述夹具(1)远离单晶硅棒(3)的端部，分别与对应的拉力机拉头(4)固定连接，通过两个拉力机拉头(4)施加的水平拉力，拉动两个夹具(1)朝着水平相反方向移动，直至将单晶硅棒(3)的硅棒测试段(31)拉断。/n
【技术特征摘要】
1.一种单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，包括两个夹具(1)、四个石墨卡瓣(2)和两个拉力机拉头(4)；
每个夹具(1)通过两片对称的夹具框(11)抱合后四周固定而成；夹具框(11)内壁设有用于放置石墨卡瓣(2)的凹槽(14)；
所述石墨卡瓣(2)两个为一组，抱合于对应夹具(1)的凹槽(14)内；所述石墨卡瓣(2)的内壁设有卡合单晶硅棒(3)端部的凹槽；
所述单晶硅棒(3)由两端凸起的硅棒端部(32)以及中部的硅棒测试段(31)所组成；待测试的单晶硅棒(3)位于两侧的夹具(1)之间，两端的硅棒端部(32)分别卡合于两侧的夹具(1)内；
所述夹具(1)远离单晶硅棒(3)的端部，分别与对应的拉力机拉头(4)固定连接，通过两个拉力机拉头(4)施加的水平拉力，拉动两个夹具(1)朝着水平相反方向移动，直至将单晶硅棒(3)的硅棒测试段(31)拉断。
2.根据权利要求1所述的单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，所述夹具框(11)的四个边角处分别设有固定块(12)，两个夹具框(11)抱合后，通过固定螺栓(13)贯穿固定块(12)后进行固定。
3.根据权利要求2所述的单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，两个石墨卡瓣(2)抱合后为圆台锥形状，所述凹槽(14)与石墨卡瓣(2)相匹配，长度大于石墨卡瓣(2)；所述石墨卡瓣(2)的侧壁与凹槽(14)内壁相贴合，并能够在凹槽(14)内前后移动。
4.根据权利要求3所述的单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，所述单晶硅棒(3)的两端硅棒端部(32)同样为圆台锥形状，并能够在石墨卡瓣(2)的凹槽内沿纵向转动。
5.根据权利要求4所述的单晶硅棒抗拉强度的检测装置，其特征在于，夹具(1)远离单晶硅棒(3)的端部设有安装柱(15)，另一端设有用于硅棒测试段(31)穿过的圆孔(16)；所述拉力机拉头(4)的自由端设有一外凸的卡快(41)...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟扬，周宇，
申请(专利权)人：宁夏协鑫晶体科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64
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