[发明专利]数控多晶硅硅芯多线切割机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅材料加工领域的金刚石数控切割机床，具体的说是一种 采用多晶硅硅芯进行多线切割的数控机床，用于生产改良西门子法或其他类似 方法生产大直径多晶硅还原炉中使用的细长硅芯，可以切割成方形或菱形的断 面形状。

背景技术

目前，目前国内生产多晶硅的工艺大部分都是常规三氯氢硅氢还原法，即 改良西门子法，改良西门子法或其他类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是 多晶硅还原炉，多晶硅还原炉在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直 至表面温度达到1100摄氏度，通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生 氢还原反应，使三氯氢硅中的硅分子堆积在硅芯上，使其的直径不断地增大， 通常，硅芯的直径在7-10毫米，可以是圆形也可以是方型，或是其他形状，最 终通过氢还原反应使直径不断地增大到120-200毫米，生产出高纯太阳能级6N 或电子级11N的多晶硅。

现硅芯的制备方法有二种，传统的方法是用CZ法(区熔提拉法)，即把直 径在20-50毫米的硅棒在充满惰性气体的真空炉膛内用高频感应加热，使其顶 部局部熔化，从上部放入1根直径在5-10毫米的籽晶，然后慢慢向上提拉，使 其成为直径在7-10毫米，长度在1900-3000毫米之间的细长硅芯，其缺点是提 拉速度慢，一般为8-12毫米/分钟，拉制1根2米的硅芯需要4小时，生产效率 低，电力消耗大，设备投资大。

另一种是用金刚石工具切割法，美国Diamond Wire Technology公司研制出 采用金刚石线的数控多晶硅细长硅芯多线切割机床，用于硅芯的制备，见图1。 通过利用电镀上金刚石微粒的细钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向 移动，将硅棒压在该机床用金刚石线交叉组成的方形线网上，从而将该硅棒切 割成细长的硅芯。其优点十分明显，10-12小时可以切割出200根左右2米长的 7X7或8X8毫米的方形硅芯，电力消耗小，加工效率高；其最大缺点主要在于 操作不方便，如图1所示，除需要在地面A操作外，还需要在距地面3米高的 操作平台B和距地面5米高的操作平台C上下进行绕线，操作难度大，操作人 员需上下跑动，安全性差，一旦切割过程中发生断线，重新修复布线时处理困 难，处理时间长，此机床使用2根金刚石线组成2组线网，需要2套收放线卷 绕驱动机构，维护复杂，成本高，机床总高度在6700毫米以上，对安装地点的 房屋要求高，并且其线网结构固定，只能切出方形或长方形的硅芯，无法切出 表面积更大的菱形硅芯，以缩短多晶硅还原炉的反应时间，提高单位时间的多 晶硅产量。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控多晶硅硅芯多线切割机床，解决现有技术同 类设备维护复杂、成本高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

数控多晶硅硅芯多线切割机床由机床立柱、底座、口字型切割导轮组件、 工作台升降机构、工件装载夹持装置和收放线绕线张力控制机构等几大部分组 成，所述口字型切割导轮组件包括钢制圆滚筒和多层导向轮。

本机床的特征是被加工工件是被固定在机床上部的，绕有金刚石线的口字 型切割导轮组件按设定的速度从下部往上部移动，从而完成切割。口字型切割 导轮组件除常规按照规定线距(一般为5-20毫米)开槽的表面涂覆有聚氨酯材 料的钢制圆滚筒外，采用了倾斜一定角度并和滚筒形成上下层布置的多层导向 轮，上下布置的导向轮可以是2层、3层或4层的结构，其主要目的是可以满 足操作人员在地面完成布线，口字型切割导轮组件停留在1米左右的高度上轻 松完成布绕线工作，用金刚石线交叉组成多个方形或菱形的线网，大大降低操 作难度和提高工作效率，由于不需要爬上几米高的操作平台，安全性高，当发 生断线时，口字型切割导轮组件可从上部放下至接近地面，操作人员在地面可 重新修复布线，处理方便，处理时间短，且使用1根金刚石线组成方形或菱形 的线网，只需1套收放线卷绕机构，维护简单，成本低，切割2800毫米的硅芯， 机床高度在4500毫米以下，对安装地点的房屋要求低。在切削过程中，被加工 工件上方装有超声波换能器，使被加工工件产生微颤，既提高了金刚石线的切 削能力，又使加工切削下来的微粒可以快速方便地被冷却水冲下来，加工速度 得到明显提高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。