[发明专利]一种单晶炉用炭素材料组合坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种坩埚，具体涉及一种单晶炉用炭素材料组合坩埚。

技术背景

目前，单晶炉拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块等原料的石英坩埚放入位于埚托之上的坩埚内，在保护性气氛中加热熔化，调控到工艺温度后，籽晶经导流筒插入熔融多晶硅液中，坩埚放在埚托上由其下的埚托轴带动一同旋转，同时，籽晶也逆向旋转并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列顺序结晶凝固成单晶硅棒。在单晶硅棒拉制过程中，炉内温度高达1550℃左右，此时，石英坩埚变软，要靠外面的坩埚承托，拉晶后残留的石英坩埚常紧贴坩埚内壁。

由于石英坩埚是一次性工装，必须逐炉更换，当坩埚为整体结构时，则石英坩埚去除较为困难，去除时甚至损坏坩埚埚体。当坩埚埚体采用多瓣结构时，如石墨坩埚，因其力学性能较差，在高温环境中使用，要承托石英坩埚及原材料的重量，并处于旋转状态，在外力的作用下容易破裂。为提高坩埚的力学性能，也有采用碳/碳复合材料制备多瓣结构坩埚。

多瓣结构坩埚虽然能解决去除石英坩埚残体的问题，但其多瓣结构仅靠其底锥面与埚托的内锥面配合而成为一体，由于多瓣结构坩埚的圆度不佳，且在使用过程中，其圆度还有可能发生变化，影响拉晶环境的稳定，整棒率和成晶率均受到影响，导致企业生产成本增加。

CN 201110146108.8公开了一种炭素材料组合坩埚的组合方法及组合坩埚。该组合坩埚埚碗的底部为实体结构，依然存在难于去除埚碗底部石英坩埚残体的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可方便去除石英坩埚残体且又能保持坩埚圆度的单晶炉用炭素材料组合坩埚。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种单晶炉用炭素材料组合坩埚，包括由炭-炭复合材料或石墨材料制成的组合坩埚埚体，所述组合坩埚埚体包括埚筒、埚碗、埚托，所述埚筒为圆筒状，所述埚碗底部设有圆孔，埚碗由至少2瓣埚碗构件组成；所述埚托中间设有与埚碗底部圆孔相适配的凸台，凸台上设有与石英坩埚相适配的凹圆弧，埚碗装配在埚托上，埚筒装配在埚碗上，埚筒的底端与埚碗上部搭接。

进一步，为确保埚筒和埚碗的同轴度，埚筒和埚碗的搭接处为锥面搭接。锥角可为90°～110°。

进一步，为了确保埚筒和埚碗搭接的稳定性，埚筒和埚碗的搭接接口高度优选10~30mm。

进一步，为了更方便地去除埚碗底部石英坩埚残体，埚碗底部圆孔直径优选150~420mm。

进一步，为了更方便地去除石英坩埚残体，构成埚碗的相邻埚碗壁组件之间的间隙为0.5～3.0mm。

进一步，构成埚碗的埚碗构件数量优选2～4瓣。

进一步，埚筒的高度为30～230mm。

进一步，埚托由等静压石墨材料制成。

进一步，所述炭-炭复合材料的密度≥1.2g/ cm³。

本发明组合坩埚的制造装配过程：先制备埚筒、埚碗、埚托；再将埚托放置于单晶炉内的托杆轴上，接着将埚碗构件一瓣瓣安装在埚托上，然后将埚筒装配在埚碗的上部，搭接扣紧，由此即组装成一个整体的组合坩埚。使用时，将石英坩埚安装在组合坩埚内，再将硅料装入石英坩埚内即可。

本发明组合坩埚的拆卸过程：先将组合坩埚连同石英坩埚一起从单晶炉内吊出，去除埚托，再从石英坩埚外表面一瓣瓣拆卸埚碗构件，最后拆卸埚筒。这样拆卸，不必将石英坩埚敲碎，组合坩埚拆卸后，石英坩埚整体仍可保持基本完整。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

（1）本发明组合坩埚，结构简单，使用操作简便，可减轻工人的劳动强度，并能有效地减轻拆卸组合坩埚时对石英坩埚的损伤，且能有效地减少组合坩埚埚碗底部的石英坩埚残体，延长组合坩埚的使用寿命。

（2）本发明组合坩埚的圆度好，且稳定，拉晶时整棒率和成晶率较高。

附图说明

图1为本发明单晶炉用炭素材料组合坩埚的结构示意图；

图2为图1所示组合坩埚的俯视图。

其中：1-埚筒，2-埚碗，3-埚托，4-相邻埚碗构件之间的间隙。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1