[实用新型]一种直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直拉硅单晶炉用导流筒，具体涉及一种直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒。

技术背景

 大约85％的单晶硅采用直拉法（CZ法）生产。硅晶棒尺寸日益大型化，为保证硅晶体的质量，节省能源，减少二氧化碳排放，硅晶体生长炉热场普遍使用导流筒。导流筒主要起高温气体导流作用，因此，要求其具有良好的耐热性能和一定的力学性能；还要具有保温隔热性能，以保障坩埚中的硅液沿径向、在拉的硅棒与坩埚中的硅液沿轴向有合适的温度梯度。此外，使用导流筒可以减少炉体上部的氩气流动涡胞，进而减少SiO在单晶炉上部的沉积，从而确保拉制的单晶硅棒具有很高的质量。

目前，直拉硅晶体生长炉导流筒多为由薄壁锥形外石墨筒-毡体夹心-薄壁锥形内石墨筒构成的组合式导流筒。由于石墨制品强度低，高温热震性能差，导热系数高，使用寿命短，一般使用3个月左右，更换频繁，纯度也较低；并且，目前单晶硅拉晶尺寸越来越大，要求导流筒尺寸也随之增大，因此，石墨导流筒材料消耗增大，加工过程成品率低，运输、搬运、使用过程中易于损坏，越来越难满足CZ直拉法单晶硅生产对导流筒的使用性能与可靠性能的要求。

另外，近年来也有部分外导流筒与内导流筒由炭-炭复合材料制成，内芯一般由软毡包裹或固化炭毡制成，但是炭-炭复合材料的内、外导流筒价格十分昂贵。 随着光伏市场竞争的日趋激烈，降低能耗、节省成本、提高生产效率成为技术发展的核心。导流筒安放在坩埚正上方，在硅蒸汽及氧化性气体作用下易产生侵蚀和开裂，在单晶硅生长的总成本中具有一定的比例，导流筒的突然损坏有可能导致坩埚、加热器损坏，甚至导致整个热场损坏。因此，提高导流筒使用寿命与降低导流筒成本对于单晶硅生长的成本控制至关重要。

目前，现有的石墨导流筒及炭-炭导流筒普遍存在问题：一是成本高；二是使用后易出现外表面氧化，整体开裂，掉块等现象，从而给生产带来不便，影响企业经济效益；三是使用时现场安装繁琐，影响工作效率。

中国发明专利申请200610043187.9号公开的“单晶硅拉制炉用热场炭/炭导流筒的制备方法”和200810030750.8号公开的“单晶炉导流筒及其生产工艺”都涉及炭/炭复合材料导流筒的制备方法，其导流筒的原材料消耗多，制备的导流筒使用寿命也较短，炭-炭导流筒的价格十分昂贵。而200810030750.8公开的“单晶炉导流筒及其生产工艺”，在制备过程中是靠膨胀石墨纸或硫酸纸作为缓渗层隔开表层和里层，因而其制备的导流筒还存在密度梯度，这更影响其使用寿命。200910310354.5公开的“一种CZ硅晶体生长炉碳－碳复合材料导流筒及其制备方法”，其制备的碳－碳复合材料表层的表观密度达1.4～1.7g/ cm³，化学气相沉积的周期比较长，同时存在表层密度不均匀，使用过程中存在开裂、掉渣等现象，影响单晶硅的质量；且其生产成本比较高。

实用新型内容

 本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种使整体性好，使用寿命长，可靠性高，操作方便，原材料消耗少，节能的直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒，由导流筒耳部、导流筒锥形筒部及表面涂层构成；所述导流筒耳部和导流筒锥形筒部由固化炭毡制造而成，所述固化炭毡的密度为0.4～0.7g/ cm³；（优选0.5～0.6g/ cm³）所述导流筒耳部与导流筒锥形筒部连接处采取锥面配合；所述表面涂层为物理阻挡层。

进一步，所述导流筒耳部与导流筒锥形筒部连接处的锥度为：91度＜锥度≤130度。

进一步，所述表面涂层为碳化硅涂层，涂层厚度优选35~45μm。

本实用新型直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒，可以按照以下方法制造：

（1）设计和制造导流筒耳部胎具和导流筒锥形筒部胎具；

（2）设计炭毡的形状和尺寸：根据制坯所选用的炭毡毡体厚度及变形性能按导流筒耳部和导流筒锥形筒部的形状尺寸建立数学模型，计算不同位置上炭毡的形状和尺寸；并据此尺寸裁剪下料；

（3）坯体制备：将步骤（2）所裁剪的炭毡浸泡或涂刷热固性树脂，待炭毡浸透后，按设计要求将其一层层叠层在导流筒耳部胎具上及一层层缠绕在导流筒锥形筒部胎具上，用力压实坯体；

（4）坯体固化：将步骤（3）制作完成的坯体送入固化炉，固化温度为100～250℃，固化时间为4～8h；