一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构的制作方法

1.本实用新型属于单晶炉热场辅助工装技术领域，尤其是涉及一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构。


背景技术：

2.碳碳坩埚是直拉单晶炉最重要的热场件之一，主要作用是保护石英坩埚在高温下不发生较大形变，使软化的石英坩埚在拉晶过程中维持稳定状态，保证单晶正常生长，来确保单晶成晶率。
3.当前单晶炉所用的坩埚材质主要为碳碳复合材料，其结构为一体式结构，在碳碳坩埚内部设有用于盛放硅料的石英坩埚。当石英坩埚冷却后，由于热胀冷缩的缘故，石英坩埚与碳碳坩埚的埚体紧密贴合，经过长时间高温运行，碳碳坩埚的上段部的壁面上极易损坏出现裂纹，大部分碳碳坩埚腐蚀变薄部位是从其内壁开始向外变薄，且在拆清工序时取出石英坩埚非常困难，需使用特制工具对石英坩埚进行破碎处理，而在破碎过程中易损坏紧密贴合的碳碳坩埚的埚体，对碳碳坩埚埚壁冲击力大，持续锤击会对紧密贴合的碳碳坩埚造成机械损伤，降低紧密贴合碳碳坩埚的使用寿命，进而会增加热场的使用成本。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构，尤解决了现有技术中高温运行的碳碳坩埚的上段部的壁面上容易出现裂纹，且不易拆清的技术问题。
5.为解决至少一个上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构，包括具有弧形底部的埚体，还包括设置在所述埚体上端面上的若干叠放设置的环壁体；所有所述环壁体与所述埚体形成用于放置石英坩埚的内腔，且所述环壁体的拼接面能够在高温热场中缓解石英坩埚向外膨胀的外力以减少裂纹出现。
7.进一步的，所有所述环壁体均为直臂型结构，且其整体高度是所述埚体高度的1/3-1/2。
8.进一步的，所述环壁体的数量至少为两个。
9.进一步的，所有所述环壁体的最大厚度都相同，且与所述锅体直壁段的厚度一致。
10.进一步的，位于最上端的所述环壁体的上端面为平整面。
11.进一步的，相邻所述环壁体的连接面为平面对接结构。
12.进一步的，相邻所述环壁体的连接面为阶梯面对扣结构。
13.进一步的，靠近所述埚体的所述环壁体与所述埚体接触的连接面为平整面对接结构或对位设置的凸台面结构。
14.进一步的，所有所述环壁体的高度都相同。
15.进一步的，还包括用于固定所述环壁体并绕设于所述环壁体外部设置的固定层，所述固定层为柔性结构。
16.进一步的，所述固定层的厚度为2-10mm。
17.进一步的，所述固定层的厚度为5mm。
18.进一步的，所述固定层的高度横跨所有所述环壁体及所述埚体设置；
19.所述固定层与最上端的所述环壁体的外壁面及所述埚体的外壁面均是部分接触；
20.且所述固定层的最低面靠近所述埚体的弧面段设置。
21.采用本实用新型设计的一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构，采用上段部为多组叠放设置的环壁体，可分化高温运行时碳碳坩埚上段部的应力，避免因应力集中而造成的破壁，防止裂纹出现；同时，还易拆卸清理，使拆卸石英坩埚的时间提高了近80％，提高拆卸效率；在拆卸时，仅需更换叠放设置的环状壁面即可，无需更换整个碳碳坩埚，延长碳碳坩埚的使用寿命，降低生产成本。
附图说明
22.图1是本实用新型中一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构的结构示意图；
23.图2是本实用新型中环壁体连接面为平整面的结构示意图；
24.图3是本实用新型中一种环壁体连接面为阶梯面的结构示意图；
25.图4是本实用新型中另一种环壁体连接面为阶梯面的结构示意图；
26.图5是本实用新型中另一种环壁体连接面为阶梯面的结构示意图；
27.图6是本实用新型中环壁体与锅体连接面为平整面的结构示意图；
28.图7是本实用新型中环壁体与锅体连接面为凸台面的结构示意图；
29.图8是本实用新型中另一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构的结构示意图。
30.图中：
31.100、碳碳坩埚
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10、锅体
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20、环壁体
32.21、平整面
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22、阶梯面
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23、凸台面
33.30、固定层
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
35.本实施例提出一种新型单晶炉用碳碳坩埚100的结构，如图1所示，包括具有弧形底部的埚体10，还包括设置在埚体10上端面上的若干叠放设置的环壁体20，环壁体20与锅体10为可拆卸链接，且所有环壁体20与埚体10配设有用于放置石英坩埚的内腔，所有环壁体20可拆卸地上下叠放设置，且环壁体20的拼接面能够在高温热场中缓解石英坩埚向外膨胀的外力，以释放因石英坩埚膨胀使其自身出现的应力，以降低应力集中，从而可减少裂纹出现。
36.在本实施例中，所有环壁体20均为直臂型结构，所有环壁体20叠放在碳碳坩埚100的上端部，由于石英坩埚的上端部始终处于热场的高温区，使得其自身受热容易膨胀，且其上端部极易变形并紧贴碳碳坩埚100的上端部，活动设置的若干环壁体20可在其连接面处随石英坩埚的膨胀而扩大，进而可减小碳碳坩埚100本身的裂纹变形。优选地，所有环壁体20的整体高度是埚体10整体高度的1/3-1/2。这是由于，若所有环壁体20的整体高度大于埚体10整体高度的1/2，则起对石英坩埚的固定强度减弱，且生产成本较大；若所有环壁体20
的整体高度小于埚体10整体高度的1/3，则无法起到降低其自身应力集中，更不易获得减少裂纹的效果。
37.进一步的，环壁体30的数量至少为两个，以提高环壁体30之间的可配合的拼接面，以提高在高温热场中缓解石英坩埚向外膨胀的外力的效果。优选地，环壁体30的数量为三个，一个环壁体20直接与锅体10的上端面连接，一个环壁体20直接放置在最上端，另外一个环壁体20作为调节分别连接上下两个环壁体20，以获得更多段的拼接面，以释放因石英坩埚膨胀使其自身出现的应力，以降低应力集中。
38.进一步的，所有环壁体20的最大厚度都相同，且与锅体10直壁段的厚度一致，同时要求位于最上端的环壁体20的上端面为平整面，目的是保证碳碳坩埚100整体厚度的一致性，以提高其对石英坩埚支撑的稳定性。
39.在其中一个实施例中，如图2所示，相邻环壁体20的连接面为平面对接结构，该结构不仅便于生产，而且易于安装配合。
40.在其中一个实施例中，如图3所示，相邻环壁体20的连接面为阶梯面对扣结构，在本实施例中，上部的环壁体20的下端面为内长外短的阶梯式结构，相应地，下部的环壁体20的上端面为外长内短的阶梯式结构。当然，还可以如图4所示，上部的环壁体20的下端面为外长内短的阶梯式结构，相应地，下部的环壁体20的上端面为内长外短的阶梯式结构。或者，如图5所示，相邻环壁体20的拼接面为多层的阶梯式结构。这种阶梯面结构的配合方式，可进一步提高所有环壁体20连接的强度，以提高其配合的稳定性，有利于提高对石英坩埚的支撑固定。
41.在其中一个实施例中，如图6所示，靠近埚体10的环壁体20与埚体10接触的连接面为平整面对接结构；或者，如图7所示，靠近埚体10的环壁体20与埚体10接触的连接面为对位设置的凸台面结构，凸台面结构可以为倒v型结构、或倒u型结构、或倒w型结构。
42.为了提高碳碳坩埚100的安装或拆卸效率，所有环壁体20的高度都相同；且所有环壁体20均为碳碳复合材料制成的结构或石墨制成。
43.在其中一个实施例中，如图8所示，还包括用于固定环壁体20并绕设于环壁体20外部设置的固定层30，其中，固定层30为柔性结构，由碳布包裹，涂层粘接固化在碳碳坩埚100的外壁面，目的是提高环壁体20放置的稳定性，以延长坩埚的使用寿命。
44.其中，固定层30的厚度为2-10mm；优选地，固定层30的厚度为5mm，目的是在保证碳碳坩埚100整体稳固的条件下，不影响拆清的难度系数，同时还可降低碳碳坩埚100的固定成本。
45.进一步的，固定层30的高度横跨所有环壁体20及埚体10设置，也就是，固定层30与最上端的环壁体20的外壁面及埚体10的外壁面均是部分接触；且固定层30的最低面是靠近埚体10的弧面段设置。
46.采用本实用新型设计的一种新型单晶炉用碳碳坩埚结构，采用上段部为多组叠放设置的环壁体，可分化高温运行时碳碳坩埚上段部的应力，避免因应力集中而造成的破壁，防止裂纹出现；同时，还易拆卸清理，使拆卸石英坩埚的时间提高了近80％，提高拆卸效率；在拆卸时，仅需更换叠放设置的环状壁面即可，无需更换整个碳碳坩埚，延长碳碳坩埚的使用寿命，降低生产成本。
47.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实
施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。