[发明专利]热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法

说明书

技术领域

本发明涉及坩埚的熔制技术，具体为一种热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法。

背景技术

太阳能作为可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便、资源广阔等其他常规能源所不具备的优点，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施以及一体化节能建筑方面。而在太阳能发电领域中，晶体硅光伏发电系统占据新能源光伏发电市场的主要地位，作为光伏发电的主要环节—单晶硅片，市场对单晶的品质要求日益严格，其生产技术的进步是光伏发电产业推广和应用的重要环节，在这一生产环节中，石英坩埚属于该产业链中的上游产品是单晶拉制过程中必须使用的容器，从而对坩埚的强度和纯度提出了更为苛刻的要求。

而普通方法熔制的石英坩埚，气体在熔制时不能完全排出，坩埚壁内的气泡很多，在拉制单晶时温度很高的情况下气泡会产生膨胀破裂，造成气泡和杂质混入正在拉制的单晶棒中，使得单晶氧含量高，密度差纯度受到影响，单晶片使用寿命不长，转换率不达标而且坩埚强度不够拉制过程中容易出现变形。而光伏企业为压缩成本增加硅料投放量延长长晶运行时间，对坩埚高温时间要求越来越长，品质要求越来越高，成本要求越来越低，因而需要研制开发出一种新的热喷生长的石英坩埚，用以符合光伏发电行业的要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种热喷涂生长石英坩埚的熔制设备及其熔制方法，可用于生产高温下、长时间的抗变形能力、内表面纯度高可以长时间使用的石英坩埚，以解决上述背景技术中的缺点。

首先，本发明公开了一种用于热喷涂生长石英坩埚的熔制设备，这种熔制设备包括一控制主机，其中控制主机直连加料系统，并在加料系统侧旁通过加料管道连接若干处于下位的热喷成型装置，同时，控制主机上还连接有电感加热器，并通过电感加热器连接到开关柜以及补偿柜。

在本发明中，在控制主机上还连接有监视器以及操作控制台，其中，监视器上安装有三个电流表以及三个电压表，且将操作控制台封闭并设置有防音门，以提供一个良好的人机交互界面，并方便提供控制。

在本发明中，在每个热喷成型装置的坩埚末端均连接有真空泵。

在本发明中，所述热喷成型装置包括加料装置、遮热板以及坩埚模具，其中，加料装置位于坩埚模具上方，其下部设置有下料管，下料管上开有双阀门结构用以进行下料控制，同时，下料管中间位置连接到离子水冷却装置，离子水冷却装置采用冷却液内循环，其上部连接电机传动装置；另外，在下料管末端的周边设置有若干散射排布的集束形电极棒，电极棒下部为坩埚模具，同时在坩埚模具以及电极棒之间还设置有一块热喷遮热板。

在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，电机传动装置采用伺服传动直线导轨平滑滚动方式，摩擦系数小，实现7μm级的定位精度，同时，其升降角度可调，以实现传动的平稳性和可靠性。

在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，材料必须采用耐磨、耐腐、耐高温的材料，以实现耐磨高钢性、耐腐及在高温1000℃不变形不氧化的加工要求。

在本发明所述的热喷涂生长石英坩埚的熔制设备中，加料装置中的下料管为双层不锈钢管制作，同时，管体经过绝缘处理，以保证下料管靠近坩埚模具的高温弧光区能正常下料。

同时，本发明还公开了一种基于此设备的热喷涂生长石英坩埚的熔制方法，具体包括以下操作步骤：

1、先开启离子水冷却装置，并将冷却水的循环压力保持在0.2Mpa左右，开启十分钟后，给操作控制台送电；

2、打开真空泵的高低缸油位调节阀约5分钟，然后关闭真空泵和水阀电源，调节遮热板位置到水冷套上口120-140mm，生产时可根据具体情况做小范围调整；

3、调整模具转度使之转速为84-86转/分钟，弧焊变压器电流调整为1400A，模具倾斜角度为45度时进行石英砂的上料，并使用成型棒预制成形后送入熔制炉台内；

4、到达到位置后，关闭防音门接通电源，三个电流表达到最大值，三个电压表指针接近0的位置，使二次电压控制在170-220伏的范围内进行熔制；

5、先按正常熔制5-7分钟后把热喷装置下料管下降至设定位置到坩埚上口（5-8cm）处，打开下料装置开始下料，持续1分钟（下料同时打开吹气），在坩埚表面形成0.5-0.8μm的保护层，1分钟后关闭下料装置下料管复位，以上动作完成一个下料周期，熔制3分钟以后，开始第二周期下料，以上下料方法持续3次，即可完成一只热喷涂层石英坩埚的熔制。