一种单晶氧样片的取样工装的制作方法

1.本实用新型属于光伏技术领域，更具体地说，涉及一种单晶氧样片的取样工装。


背景技术：

2.目前，随着光伏行业朝着更加高效的方向发展，电池对单晶硅的品质要求逐步提升，其中单晶氧含量对单晶硅片的电池效率、电阻率、pl等都会产生一定的负面影响，因此目前直拉单晶硅对单晶的氧含量监控较为严格，目前行业内对每根单晶的氧含量基本保持全部取样检验。
3.直拉单晶硅成型后中部为等径硅棒即可用硅棒，而两端部为呈锥形的单晶头部，在制取硅片时，需要将呈锥形的部分切下回炉，对可用硅棒部分进行切片，而现有的单晶氧样片取样方法是在可用硅棒的端部上进行取样，样片厚度为2mm左右，而该2mm左右的样片会使该硅棒切片过程中少产出约7张硅片，每测试一次氧含量均少产出7张硅片，这对单晶硅片的产能形成了较大的影响，使得单张硅片的成本相应增加；进一步地，由于现有单晶氧样片在可用硅棒上取样，取样后的硅棒还要用于制取硅片，因此样片切割过程中对切割面的平整度有着很高的要求，禁止出现斜面、禁止出现出刀口崩边等异常情况，且必须一次切完整面，这导致取样过程的切割速度降低、取样耗时增加，不利于单晶硅片产能的提升。
4.经检索，中国专利公开号：cn 106113296 a；公开日：2016年6月28日；公开了一种多晶硅样芯的制备方法，包括以下步骤：取多晶硅样棒，选择其表面无裂纹横穿或裂纹较少点作为套料下刀处，设定套料刀行程来套取样芯，其中，控制所述套料刀运行至接近所述硅样棒的底部时停止进刀，退刀，获得表面固定有样芯的硅样棒；横截与样芯接触的硅样棒的底部，得到多晶硅样芯。该申请案中取样就是在硅棒上进行，虽然取样的成功率高，但是对硅棒消耗大，影响硅片的产能。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题至少之一，根据本实用新型的一方面，提供了一种单晶氧样片的取样工装，包括：
6.底座；
7.卡座，其由竖杆和卡圈组成，竖杆竖置于底座端部顶面，卡圈固定于竖杆顶部；
8.滑块一，其活动置于底座顶面；
9.紧固件一，其与滑块一配合连接，限制滑块一的移动；
10.单晶头部的小直径端卡接于卡圈中；单晶头部的大直径端端面与滑块一抵接。
11.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，还包括：
12.滑块二，其活动置于底座顶面，位于卡座与滑块一之间；滑块二顶部中间向下凹陷形成弧形的让位槽；
13.紧固件二，其与滑块二配合连接，限制滑块二的移动。
14.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，滑块一顶面竖直向上
形成有固定杆，固定杆一侧面与滑块一靠近卡座的面共面。
15.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，底座顶面上沿其长度方向开设有t型槽；
16.紧固件一由t型螺栓和螺母构成，其t型螺栓置于t型槽中，配合螺母固定滑块一的位置。
17.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，t型槽有若干个，相互之间平行布置；
18.滑块二底部连接有t型螺栓，通过t型螺栓与t型槽配合连接；
19.紧固件二由横杆、t型螺栓和螺母构成，横杆置于底座顶面并与滑块二抵接，t型螺栓置于t型槽中，配合螺母紧固横杆进而固定滑块二的位置。
20.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，滑块二顶面与单晶头部接触处形成有倒圆角。
21.根据本实用新型实施例的单晶氧样片的取样工装，可选地，卡座与底座可拆卸连接。
22.根据本实用新型的另一方面，提供了一种单晶氧样片的取样方法，步骤如下：
23.一、放置，取直拉单晶硅成型结构上切下的单晶头部，将其放置在取样工装上；
24.二、固定，将单晶头部的小直径端卡接在取样工装的卡圈内，调整滑块一位置，使其与单晶头部大直径端面抵接，紧固滑块一，调整滑块二位置，使其让位槽位于单晶头部侧面正下方，且单晶头部侧面与让位槽顶部两边接触，紧固滑块二；
25.三、切片，启动截断机，对单晶头部进行切割，制取氧样片；
26.四、取样，按照氧样片取样标准，取下氧样片上的测试样品，完成取样工作。
27.根据本实用新型实施例的一种单晶氧样片的取样方法，可选地，步骤三中，截断机进行切割时，切割至整个切面的2/3时，停止截断并退刀，然后使用工具敲击大直径端面对应切割位置处，分离出氧样片。
28.有益效果
29.相比于现有技术，本实用新型至少具有如下有益效果：
30.（1）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，通过简单的构件配合，对单晶头部进行稳定的固定支撑，方便设备通过单晶头部制取氧样片，能避免传统对可用硅棒进行取样带来的诸多弊端，大大提高了单晶硅片的产能；
31.（2）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，还设有滑块二及固定滑块二的紧固件二，能对单晶头部提供沿底座宽度方向的限位，进一步保证切割制取氧样片时单晶头部的稳定；
32.（3）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，固定杆配合滑块一，能进一步提高对单晶头部固定的稳定性；
33.（4）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，底座上开设t型槽，配合t型螺栓、螺母构成的紧固件一，能够方便稳定的对滑块一进行紧固操作；
34.（5）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，滑块二配合t型槽的连接结构、由横杆、t型螺栓和螺母组成的紧固件二结构，使得滑块二进行限位操作时易调整到位，且对滑块二的定位紧固稳定可靠；
35.（6）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，滑块二顶面与单晶头部接触处形成有倒圆角，在该处与单晶头部接触时避免刚性接触带来形变，以延长滑块二的有效使用寿命；
36.（7）本实用新型的单晶氧样片的取样工装，卡座与底座可拆卸连接，可设置不同长度的竖杆与卡圈配合，进而针对不同规格的单晶头部进行取样工装的装配，提高了取样工装的适用范围；
37.（8）本实用新型的单晶氧样片的取样方法，无需对可用硅棒部分进行取样，不会影响到硅片的产量与生产效率，对常规生产中用于回炉重造的单晶头部部分进行固定取样，操作简单方便，且避免了对硅片产能的影响；
38.（9）本实用新型的单晶氧样片的取样方法，切割耗时由原来的整张样片优化成2/3张样片，取样耗时节省了1/3，加快了取样检测效率，进而相当于进一步提高了硅片产能。
附图说明
39.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。
40.图1示出了单晶氧样片示意图；
41.图2示出了直拉单晶硅成型结构示意图；
42.图3示出了单晶头部结构示意图；
43.图4示出了本实用新型的取样工装结构示意图；
44.图5示出了本实用新型的取样工装使用状态结构示意图；
45.图6示出了实施例9的取样方法制得的氧样片示意图；
46.附图标记：
47.1、底座；10、t型槽；
48.2、卡座；20、竖杆；21、卡圈；
49.3、滑块一；30、固定杆；
50.4、滑块二；40、让位槽；41、倒圆角；
51.5、紧固件一；
52.6、紧固件二；
53.1000、可用硅棒；1001、常规取样切割位置；2000、单晶头部；2001、本实用新型取样切割位置；3000、氧样片；3001、测试取样区域。
具体实施方式
54.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
55.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“长度方向”、“宽度方向”以及类似的词语并不表示任何绝对方位、或者重要性，而只是基于本技术描述的同一参照系下用来区分不同的组成部分或
表示相对的位置。
56.实施例1
57.本实施例的单晶氧样片的取样工装，包括：
58.底座1；
59.卡座2，其由竖杆20和卡圈21组成，竖杆20竖置于底座1端部顶面，卡圈21固定于竖杆20顶部；
60.滑块一3，其活动置于底座1顶面；
61.紧固件一5，其与滑块一3配合连接，限制滑块一3的移动；
62.单晶头部2000的小直径端卡接于卡圈21中；单晶头部2000的大直径端端面与滑块一3抵接。
63.氧在硅中的分凝系数大于一，所以单晶硅棒中，一般情况下，单晶轴向氧含量分布上，端部的氧含量最高，径向氧含量分布上，单晶样片中心的氧含量最高；因此，现有的单晶氧样片取样方法均是在可用硅棒1000的端部进行切割取样，常规取样切割位置1001如图2所示，制得的氧样片3000如图1所示，最终从氧样片3000的中心位置取样约20mm
×
20mm的测试取样区域3001，进行氧含量的检测，这种取样方法会对每根可用硅棒1000产生至少2mm的消耗，导致最终的单根硅片产出至少少了七片，对单晶硅片的产量有较大的影响，且由于取样完的可用硅棒1000还要进行硅片生产，因此在取样时必须对切割面的平整度严格要求，这就导致取样速度取料效率很低，最终对单晶硅片的产能产生很大影响。
64.鉴于现有的单晶氧样片取样时的诸多弊端，申请人经过研究，直拉单晶硅成型后除中部的等径硅棒即可用硅棒1000用于生产硅片，两端部会形成呈锥形的单晶头部2000，在现有技术中，单晶头部2000是被直接切除后回炉重新用于生产，结合单晶硅棒中氧含量的分布规律，在单晶头部2000取样也完全满足氧含量的取样标准，而单晶头部2000形状特殊，呈锥形，现有的氧样片取样设备无法有效固定单晶头部2000进行氧样片制取，因此，本实施例设计了针对单晶头部2000的取样工装，用于稳定固定单晶头部2000方便截断机进行切割制取氧样片。
65.单晶头部2000的结构如图3所示，其一端为小直径端，一端为大直径端。
66.本实施例中底座1前端顶部连接有卡座2，通过竖杆20将卡圈21支撑在底座1顶面上方，卡圈21的作用是在固定单晶头部2000时，对单晶头部2000的小直径端进行限位，因此，卡圈21内径与单晶头部2000的小直径端某处的截面直径相匹配。
67.如图4所示，本实施例中滑块一3为块状长方体结构，可为钢块、木块等结构，滑块一3可以在底座1顶面上自由移动，当单晶头部2000小直径端卡接于卡圈21中后，将滑块一3置于底座1顶面，然后移动滑块一3使其一侧面与单晶头部2000大直径端端面相抵接，此时通过紧固件一5将滑块一3的位置固定，即可将单晶头部2000进行固定，以便于后续氧样片制取时的切割。
68.进一步地，本实施例中，卡圈21轴线距离底座1顶面的距离与单晶头部2000放置固定后单晶头部2000轴线距离底座1顶面的距离相等，即卡圈21与单晶头部2000的轴线共线，由此，单晶头部2000放置固定后进行切割时，能保证切割样片厚度的均匀一致。
69.本实施例的紧固件一5结构形式很多，包括但不仅限于将滑块一3压紧固定在底座1顶面上的压紧件；通过在滑块一3上开通孔，在底座1上开t型槽10，配合t型螺栓穿过滑块
一3上的通孔将滑块一3固定的结构；等。
70.通过本实施例的取样工装，利用现有制取氧样片所用的裁断机即可在单晶头部2000制得氧样片，无需对再可用硅棒1000取样检测，使单个硅棒的硅片产量不受影响，且采用本装置进行取样切割时可适当加快切割速度，因为切割后的单晶头部2000会直接回炉，无需担心对平整度的影响，因此取样效率能大大增加，进而使得硅片的产能增加。
71.实施例2
72.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例1的基础上做进一步改进，还包括：
73.滑块二4，其活动置于底座1顶面，位于卡座2与滑块一3之间；滑块二4顶部中间向下凹陷形成弧形的让位槽40；
74.紧固件二6，其与滑块二4配合连接，限制滑块二4的移动。
75.滑块一3和卡圈21的配合随能对单晶头部2000起到一定的限位固定作用，但是对于沿底座1宽度方向的力，仍无有效的支撑件进行限位，因此本实施例设置滑块二4，如图4所示，对单晶头部2000提供沿底座1宽度方向进行限位的力。
76.本实施例的滑块二4，形状结构基本同滑块一3，不同之处在于滑块二4在顶部中间形成有让位槽40，由于滑块二4置于卡座2与滑块一3之间，单晶头部2000的小直径端被卡圈21固定，大直径端底部置于底座1顶面上，滑块二4位于单晶头部2000的侧面下方，为了方便对单晶头部2000提供沿底座1宽度方向限位的力，开设让位槽40，单晶头部2000的侧面穿过让位槽40，进而通过调整滑块二4位置，可以使单晶头部2000侧面与滑块二4呈弧形让位槽40的两边顶部接触，此时固定滑块二4的位置，由此保证对单晶头部2000提供沿底座1宽度方向的限位。
77.本实施例的紧固件二6结构形式很多，包括但不仅限于将滑块二4压紧固定在底座1顶面上的压紧件；或是采用t型槽10配合t型螺栓进行紧固的结构；等。
78.进一步地，滑块二4与滑块一3可以铸为一体，一体化的滑块上具有与单晶头部2000大直径端端面抵接的平面，也具有对单晶头部2000侧面让位的让位槽40及对单晶头部2000沿底座1宽度方向进行限位的部分，可以进一步简化本取样工装的结构及操作步骤。
79.实施例3
80.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例2的基础上做进一步改进，滑块一3顶面竖直向上形成有固定杆30，固定杆30一侧面与滑块一3靠近卡座2的面共面。
81.如图4所示，固定杆30配合滑块一3，在对单晶头部2000的大直径端端面进行抵接固定时，能增加与大直径端端面的接触面积，由此进一步提高对单晶头部2000固定的稳定性。
82.实施例4
83.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例3的基础上做进一步改进，底座1顶面上沿其长度方向开设有t型槽10；
84.紧固件一5由t型螺栓和螺母构成，其t型螺栓置于t型槽10中，配合螺母固定滑块一3的位置。
85.本实施例示出了紧固件一5的一种结构形式，当滑块一3一侧面与单晶头部2000抵接，滑块一3的位置确定后，紧固件一5的t型螺栓的螺栓头置于t型槽10中，螺杆部分从t型槽10中伸出，且螺杆部分与滑块一3远离单晶头部2000的另一侧面抵接，此时旋紧螺母，在t
型螺栓、t型槽10的结构限制下，螺母对滑块一3提供压紧力，使滑块一3被紧固在底座1顶面上。
86.本实施例的结构形式，操作简单，且对滑块一3的紧固稳定有效。
87.实施例5
88.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例4的基础上做进一步改进，t型槽10有若干个，相互之间平行布置；
89.滑块二4底部连接有t型螺栓，通过t型螺栓与t型槽10配合连接；
90.紧固件二6由横杆、t型螺栓和螺母构成，横杆置于底座1顶面并与滑块二4抵接，t型螺栓置于t型槽10中，配合螺母紧固横杆进而固定滑块二4的位置。
91.如图4所示，本实施例示出了滑块二4的一种紧固形式，滑块二4底部连接有t型螺栓，t型螺栓螺栓头置于t型槽10中，滑块二4通过t型螺栓配合连接于底座1顶面上，且通过此配合结构限位滑块二4仅能沿底座1长度方向滑动，及滑块二4仅能调整位置靠近或远离滑块一3，本实施例中，滑块二4长度方向平行于底座1宽度方向，且卡圈21布置在底座1宽度方向的中垂线上，滑块二4也布置在底座1宽度方向的中垂线上。
92.由于直拉单晶硅成型结构形状基本规则，同一种规格下，切割得出的单晶头部2000大直径端面的直径均相同，仅锥度有所不同，因此在对统一规格的单晶硅棒的检测，进行氧样片制取时，单晶头部2000被卡圈21和滑块一3固定后，滑块二4仅需沿底座1长度方向进行位置调整，即可找到合适的位置对单晶头部2000的侧面进行沿底座1宽度方向上的限位。
93.进一步地，当滑块二4的位置确定后，调整横杆的位置，使其与滑块二4沿其长度方向的一侧面抵接，通过t型螺栓和螺母的配合结构将横杆紧固，进而对滑块二4沿底座1长度方向的运动趋势进行限位，由于滑块二4底部通过t型螺栓与t型槽10配合连接， 滑块二4沿底座1宽度方向的运动趋势也被限位，由此能对单晶头部2000提供沿底座1宽度方向的稳定限位。
94.实施例6
95.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例5的基础上做进一步改进，滑块二4顶面与单晶头部2000接触处形成有倒圆角41。
96.滑块二4的让位槽40顶部两边在对单晶头部2000进行限位时与单晶头部2000侧面接触，本实施例将其设置为倒圆角41形式，由此，在该处与单晶头部2000接触时避免刚性接触带来形变，以延长滑块二4的有效使用寿命。滑块二4上的接触处若发生形变，将导致在辅助固定单晶头部2000时无法很好的提供沿底座1宽度方向上的限位，在裁断机进行切割时，单晶头部2000固定不稳可能导致刀片损坏，造成生产事故。
97.实施例7
98.本实施例的单晶氧样片的取样工装，在实施例5的基础上做进一步改进，卡座2与底座1可拆卸连接。
99.直拉单晶硅成型根据不同的生产需求，会成型为直径不同的单晶硅棒，这就时不同规格的单晶头部2000在底座1上固定时，其轴线高度位置不同，本实施例中卡座2与底座1可拆卸连接，可设置不同长度的竖杆20与卡圈21配合，进而针对不同规格的单晶头部2000进行取样工装的装配，提高了取样工装的适用范围。
100.实施例8
101.本实施例的单晶氧样片的取样方法，步骤如下：
102.一、放置，取直拉单晶硅成型结构上切下的单晶头部2000，将其放置在取样工装上；
103.二、固定，将单晶头部2000的小直径端卡接在取样工装的卡圈21内，调整滑块一3位置，使其与单晶头部2000大直径端面抵接，紧固滑块一3，调整滑块二4位置，使其让位槽40位于单晶头部2000侧面正下方，且单晶头部2000侧面与让位槽40顶部两边接触，紧固滑块二4；
104.三、切片，启动截断机，对单晶头部2000进行切割，制取氧样片；
105.四、取样，按照氧样片取样标准，取下氧样片上的测试样品，完成取样工作。
106.现有的单晶氧样片取样方法均是在可用硅棒1000的端部进行切割取样，由于直拉单晶硅对单晶的氧含量监控较为严格，行业中对每根单晶的氧含量基本都要进行取样检测，在现有的取样方法下，将导致每根可用硅棒1000的硅片产量减少，使硅片成本增加，且取样完的可用硅棒1000还要进行硅片生产，因此在取样时还要控制取料速度以确保切面平整度，使硅片生产效率降低，现有的厂家对取样方法进行改进的方向均是研究如何提高在可用硅棒1000上取样的成功率及样片有效性，以减少对可用硅棒1000的材料消耗，这些方法改进带来的效果有限，无法在根本上解决问题。
107.本实施例经过对单晶硅棒中氧含量分布的研究，发现直拉单晶硅成型后的单晶硅棒，除硅片生产时要用到的等径硅棒部分即可用硅棒1000，平时硅片生产前要切除回炉的单晶头部2000部分的氧含量也能作为氧含量检测时制取氧样片使用，因此，本实施例设计了一种单晶氧样片的取样方法。
108.本方法中，将硅片生产前从硅棒上切下的单晶头部2000部分放在取样工装上，将其固定，固定好的单晶头部2000的大直径端面与底座1顶面垂直，调整好合适的裁断机切割角度，如图5所示，从靠近单晶头部2000大直径端面的本实用新型取样切割位置2001处进行切割，由此制得氧样片3000，按照氧样片的取样标准，在氧样片3000中心位置处取约20mm
×
20mm的样品进行测试。
109.由于取样是在单晶头部2000进行，无需考虑切面平整度，因此可以适当提高切割效率，以提高氧样片3000制取效率，切坏的样片也可以回炉重造。
110.本实施例的单晶氧样片的取样方法，无需对可用硅棒1000部分进行取样，不会影响到硅片的产量与生产效率，本实施例对常规生产中用于回炉重造的单晶头部2000部分进行固定取样，操作简单方便，且避免了对硅片产能的影响。
111.实施例9
112.本实施例的单晶氧样片的取样方法，在实施例8的基础上做进一步改进，步骤三中，截断机进行切割时，切割至整个切面的2/3时，停止截断并退刀，然后使用工具敲击大直径端面对应切割位置处，分离出氧样片。
113.由于氧含量检测最终只是在氧样片3000中心位置取约20mm
×
20mm左右的样品进行测试，因此切割整张完整的样片意义不大，现有技术中时因为在可用硅棒1000上切割，切割后的可用硅棒1000还要用于硅片生产因此要进行完整切割，基于此，本实施例在进行切割时，切割至整个切面的2/3时，停止截断并退刀，然后使用工具敲击大直径端面对应切割
位置处，分离出氧样片，最终制得的氧样片如图6所示，为非完整圆形的样片，在其中心位置完全能采集到的符合要求的氧含量测试样品。
114.通过本实施例的方法，与现有的取样方法相比，在相同的截断机产能条件下，节省了1/3的取样耗时，加快了取样检测效率，进而相当于进一步提高了硅片产能。
115.单晶硅棒直径按照228mm计算，单张单晶头部2000完整氧样片取样平均时长约6min，按照本实施例的方法，取单张氧样片耗时为4min，每张氧样片可节省2min的切割时长，等同于，每切割三张氧样片则多出一刀正常等径硅棒的切割产能；每张氧样片的厚度为2mm，按照本实施例的方法，由于氧样片在单晶头部取，而非在可用硅棒1000上取，因此每取一张氧样片可减少2mm的可用硅棒1000的损耗，折合增加约7张硅片，在单晶拉制长度一致的情况下，采用本方法后，每根可用硅棒1000可多产出7张可用硅片。
116.本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。