[发明专利]一种多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的加工方法及专用刀具

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种石墨制品的加工方法及专用刀具，特别是一种多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的加工方法及专用刀具。

背景技术

高纯石墨具有强度高、抗热震性好、耐高温、抗氧化、电阻系数小、耐腐蚀、易于精密机械加工等优点，是理想的无机非金属材料。用于加工制作电加热元件、结构铸造模、冶炼高纯金属用坩埚舟皿、多晶硅还原炉夹具、单晶炉用加热器、电火花加工石墨、烧结模具、电子管阳极、金属涂镀、半导体技术用的石墨坩埚、发射电子管、闸流管和汞弧整流器用的石墨阳极、栅极等。

随着光伏行业的迅速发展，作为多晶硅材料生产设备中的主要消耗品高纯石墨夹具的需求也同期出现大幅增长。高纯石墨夹具时多晶硅材料生产设备——还原炉重要零配件之一，也称为石墨电极，其主要作用是在生产中起到固定硅芯和导电，每套高纯石墨夹具是由高纯石墨卡瓣、高纯石墨卡帽、高纯石墨卡座组成。

对于多晶硅生产过程中所需的高纯石墨夹具的加工，现阶段主要是采用实心的高纯石墨圆棒料车削而成，在加工每套高纯石墨夹具的过程中有近一半的高纯石墨材料被车削成石墨粉。目前高纯石墨圆棒料的采购价在1.5—2.0万元/吨左右，车削下来的石墨粉的价格最多2000—4000元/吨，这就造成高纯石墨夹具的生产成本居高不下，使多晶硅的生产成本增加。如何降低高纯石墨夹具的生产成本，是多晶硅生产过程中急需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术所存在的问题，提供一种可有效降低多晶硅生产用高纯石墨夹具的生产成本，提高材料的利用率的一种多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的加工方法及专用刀具。

本发明的技术方案是：一种多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的加工方法，该方法的生产工艺为：

1）切槽：将加工石墨卡帽的高纯石墨毛坯制品装夹在车床上，按照墨卡帽的图纸的尺寸和表面质量要求进行平端面、车外径，然后在端面按石墨卡帽的内经和与其相配的石墨卡瓣的尺寸，留出精加工余量车出环形槽，环形槽的深度大于石墨卡瓣底座的高度；

2）掏芯材：高纯石墨毛坯制品掉头找正后，车外圆面和端面，使高纯石墨毛坯制品的长度大于等于石墨卡帽的长度，利用掏芯材专用刀具按石墨卡帽圆锥孔的尺寸和锥面角度横向进刀掏芯材，进刀深度小于石墨卡帽的长度和环形槽深度之差；

3）卸下工件，掰下上述步骤掏出的芯材，外圆环即为石墨卡帽的粗加工品，芯材即为石墨卡瓣的粗加工品；

4）对上述石墨卡帽和石墨卡瓣的粗加工品进行精加工后，即可获得石墨卡帽和石墨卡瓣的成品。

上述进刀深度小于石墨卡帽的长度和环形槽深度之差，其差值为1—0.5mm。

一种用于加工多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的掏芯材专用刀具，包括刀杆和焊接在刀杆头部的刀片，其特征在于上述刀杆是由刀柄和固定在刀柄一端的刀杆组成，在刀杆头部固定有人造金刚石的刀片。

上述刀杆为硬质合金，刀杆与刀柄的固定是采用焊接或螺栓顶紧方式。

在上述刀柄的一端开有与硬质合金的刀杆相配的U形槽，硬质合金的刀杆插在U形槽内，通过焊接或螺栓顶紧方式与刀柄固定。

本发明技术方案的特点：1、充分利用了高纯石墨材料，降低了材料成本。通过上述加工工艺，使多晶硅生产用石墨卡帽及卡瓣的高纯石墨材料利用率，由现有技术采用两根棒料，变为一根棒，可降低材料成本一半。按年生产1万套石墨卡帽和配套的卡瓣计算，现有技术年需高纯石墨材料2万吨以上，采用本技术方案只需1万吨，按现有高纯石墨圆棒料的采购价1.5—2.0万元/吨计算，年可节约材料费用1.5—2.0亿元，其经济价值和社会价值非常可观；2、利用人造金刚石硬度高、耐磨的特性，做为掏芯材专用刀具的刀头，一次装夹本刀具后可连续加工5万件左右，是目前常用的硬质合金焊接内孔车刀的100倍，其综合加工成本远远小于现有硬质合金焊接刀具；3、利用硬质合金材料强度、硬度高的特性，采用硬质合金做为刀杆，可有效减少加工过程中刀杆的颤动所造成表面粗糙度低的问题。

附图说明

附图1为本发明石墨卡帽的结构示意图；

附图2为本发明石墨卡瓣的结构示意图；

附图3为本发明附图2的俯视图；

附图4为本发明加工原理图；

附图5为本发明专用刀具的结构示意图；

附图6为本发明附图5刀头部分放大图。

具体实施方式

以加工外径为φ105mm，长度为64mm的石墨卡帽1和与其配套使用的石墨卡瓣4为例，结合附图1、2、3、4说明其生产工艺如下：