[发明专利]钨丝绳端头承载球及成形工艺

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长设备技术领域，特别是“单晶炉”使用时的辅助设施。 

背景技术

随着IC行业和光伏行业对原材料单晶硅高纯度的不断要求，已达到9N级半导体级的标准，因此，在制备单晶硅棒时的主要设备-单晶炉及炉内环境也提出了严格的规范，炉内单晶硅棒的提拉系统的技术及材料滞后被凸显出来。 

长期以来，单晶炉提拉系统选用钢丝绳，但目前为了提高单晶硅纯度和使用寿命，以及将“有磁场”植入单晶炉内，而传统的钢丝绳，就不能应用于磁场中(造成成品单晶棒晶体方向不平行)，而且钢丝绳的富Fe性和高C含量，也造成单晶硅主要杂质的超标，严重影响高纯度的要求。 

从单晶炉生长晶体的使用过程来分析，使用温度在1500℃左右，通过籽晶夹头和重锤的的热衰减，丝绳端头温度也高达1000℃以上，随“单晶棒”不断的生长，6英寸单晶棒自重可达到50-75KG，8英寸自重达100-120KG，，现今，18英寸单晶棒也开始进入批量生产，自重将达到400KG以上。这样对丝绳的拉力也提出了较高的要求； 再加上单晶炉内地工作温度为1500℃，钢丝绳的使用寿命也难满足用户要求；如果在拉晶过程中，钢丝绳突然中断，会造成崩锅现象，直接经济损失几十万元以上. 

所以，针对“提拉系统”绳的高强度、高拉力、无磁性、耐高温，优良的垂直度等技术要求，经过国外发达国家的不懈努力，美国、日本、台湾地区先后都研发出“钨丝绳”这种特种材料的高科技产品，国内受材料技术的制约，仍未实现自产自用。 

钨丝绳是用于单晶炉内提拉系统中的一个重要组件，目前6-8英寸的单晶棒，使用钨丝绳的直径在￠1.7-￠1.8之间，由单根丝径￠0.05的钨丝532根组成，要求在一端加一个直径为￠4.9-0.1的圆球，此圆球要承载单晶棒最大重量90KG的1.5倍以上。 

钢丝绳的头部圆球是用熔化钢丝绳的头部本身材料堆积成型的，而钨在熔化后再结晶，本身强度急速下降，自熔球体与丝绳表现出两种不同的物理性能，两者间结合拉力不超过5kg，根本达不到使用要求。从而成为用钨丝绳替代不锈钢丝绳的关键。目前在钨丝绳中大部分采用不锈钢丝绳的头部承载球，但是，这也会带来大量的负面影响. 

发明内容

本发明目的是提供一种钨丝绳端头承载球及成形方法，以解决钨丝绳端头承载球加工技术难题。 

技术方案：钨丝绳端头承载球，其采用金属铌或钽或以铌、钽为基材的合金材料在钨丝绳端头形成类似球状的受载体。 

所述的钨丝绳端头承载球的成形工艺，是利用铌或钽或以铌、钽为基材的合金材料的金属塑性变型能力，进行冷、热挤压工艺成型。

用一个具有球形成形内腔的模具挤压铌或钽或以铌、钽为基材的合金材料，在钨丝绳端头形成类似球状的受载体。 

所述的钨丝绳端头承载球成形工艺，其按照如下步骤实现： 

(1)在一个包括上模和下模，且上模和下模中间制有球形成形内腔和钨丝绳通道或称“溢出口”的挤压模具的球形成形内腔放置大小合适的铌或钽或以铌或钽为基材的合金材料； 

(2)将钨丝绳绳头放人挤压模具的钨丝绳通道内，将上模和下模合并后通过压力机挤压。 

本发明有益效果：采用高熔点的金属铌或钽或以铌或钽为基材的合金材料作为承载球材料，完全满足单晶炉1200℃左右甚至更高的工作温度承载球头不受热变型的要求，良好的塑性变型性能，易于机械挤压成形，并且不损伤钨丝绳本身的性能。同时，铌钽这类材料的无磁性高温定性，都有利于单晶硅棒生长的工作条件的要求。 

附图说明

图1为钨丝绳及承载球示意图。 

图2为本发明挤压模具结构示意图。 

图3为本发明挤压模具剖视结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，钨丝绳端头承载球，采用金属铌或钽或以铌、钽为基材的合金材料在钨丝绳1端头形成类似球状的受载体2。 

如图2、3所示，所述的钨丝绳端头承载球成形工艺，其是按照如下步骤实现： 

(1)在一个包括上模3和下模4，且上模3和下模4中间制有球形成形内腔5和钨丝绳通道6的挤压模具的球形成形内腔5放置大小合适的铌或钽或以铌、钽为基材的合金材料； 

(2)将钨丝绳1绳头放入挤压模具的钨丝绳通道6内，将上模3和下模4合并后通过压力机挤压。 

本发明挤压模具结构如图2、3所示，是一个挤压模具，采用通用的压力设备按照现有挤压工艺完成。