一种单晶炉用石英加料器的制作方法

1.本实用新型涉及单晶硅生产技术领域，尤其涉及一种单晶炉用石英加料器。


背景技术：

2.目前，单晶硅生产晶棒利用rcz多次直拉技术，通过多次加料进行多根晶棒的拉制。加料时需要用石英加料器，通过单晶炉副室的钨丝绳将装有原料的石英加料器吊入单晶炉内加料。如图1所示，石英加料器包括石英筒、不锈钢法兰和四氟法兰等。现有石英筒中部和上端分别设有石英法兰，中部法兰在加料时，需要承载加料筒重量，并安装不锈钢法兰和环状四氟法兰使用，不锈钢法兰与副室等结构碰触后产生铁削，导致原材料金属污染；同时在石英加料筒吊入副室时，因石英加料筒自由晃动，石英法兰易磕到副室下沿，导致石英法兰碎裂。如果石英法兰螺栓过孔碎裂，导致石英加料筒因无法固定不锈钢法兰和环状四氟法兰而退出使用。
3.石英筒中部和上端法兰制作成本高，两个法兰制作成本约占石英加料器总成本20%。采用无法兰石英筒方案，可降低20%成本，但存在四氟法兰滑脱的风险，一旦四氟法兰失效，加料器失去支撑，操作人员未及时发现，加料器底部锥体会因离熔硅液面太近，温度过高而断裂吊入熔硅中；金属蘑菇头会因高温融化吊入熔硅中，导致原料污染报废。


技术实现要素：

4.本实用新型目的就是为了解决现有加料器法兰易磕碰、寿命短、成本高及安全系数低的问题，提供了一种单晶炉用石英加料器，不仅可以降低石英筒制作成本，同时可以降低石英法兰碎裂风险，有效控制四氟法兰滑脱的风险，提高工作效率，避免安全事故发生。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种单晶炉用石英加料器，包括石英筒，石英筒的上部和中部分别连有上石英法兰和中石英法兰，上石英法兰的下方设有上四氟法兰，中石英法兰的下方设有下四氟法兰，上四氟法兰和下四氟法兰均连接在石英筒外壁上；
7.上石英法兰的上表面与石英筒的上沿齐平，上四氟法兰的外径大于上石英法兰的外径，且其上连有四氟横梁，以用于固定提升杆；
8.下四氟法兰为锥形圆环结构，其横截面由上至下逐渐增大，且其上表面的外径不小于中石英法兰的外径；
9.石英筒的下部设有加厚筒壁，加厚筒壁与其上方的筒壁之间通过平滑斜面过渡连接。
10.进一步地，所述上石英法兰的外沿处设有两个对称的缺口，四氟横梁的两侧设有连接支腿，连接支腿穿过缺口与其下方的上四氟法兰相连。
11.进一步地，所述上四氟法兰和下四氟法兰均为哈弗结构。
12.进一步地，所述上四氟法兰包括两个半圆环，半圆环的内侧连有第一硅橡胶，半圆环的两侧设有第一连接孔，第一连接孔内穿过对应的第一螺栓，两个半圆环通过第一螺栓
相连并与石英筒紧固。
13.进一步地，所述下四氟法兰包括两个环状的半圆台，半圆台上设有导向斜面且其内侧连有第二硅橡胶，半圆台的两侧设有第二连接孔，第二连接孔内穿过对应的第二螺栓，两个半圆台通过第二螺栓相连并与石英筒紧固，且导向斜面与水平面的夹角为45
°
。
14.进一步地，所述上四氟法兰和下四氟法兰均为四氟乙烯材质的实体结构。
15.进一步地，所述第一硅橡胶和第二硅橡胶的邵氏硬度a60度。
16.进一步地，所述平滑斜面的过渡距离不小于10mm。
17.与现有技术相比，本实用新型的技术方案的优点具体在于：
18.（1）本实用新型通过优化石英筒法兰结构，降低了石英加料筒破损率，节约了石英加料筒的使用成本；
19.（2）本实用新型的石英筒采用小法兰结构，可将四氟法兰滑移风险控制在一定范围内，避免锥体、蘑菇头掉入坩埚内发生事故；
20.（3）本实用新型通过改变环状四氟法兰结构，避免了原材料金属杂质污染，防止了因石英法兰碎裂导致石英筒提前退出使用。
附图说明
21.图1为现有技术中石英加料器的结构示意图；
22.图2为本实用新型的一种单晶炉用石英加料器立体图；
23.图3为图2的a局部放大图；
24.图4为图2的b局部放大图；
25.图5为本实用新型的加厚筒壁内部结构图；
26.图6为本实用新型的上石英法兰结构图；
27.图7为本实用新型的上四氟法兰结构图；
28.图8为本实用新型的下四氟法兰结构图。
具体实施方式
29.实施例1
30.为使本实用新型更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型的一种单晶炉用石英加料器进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.参见图2，一种单晶炉用石英加料器，包括石英筒1，石英筒1的上部和中部分别连有上石英法兰2和中石英法兰3，其特征在于：
32.参见图2、图3和图4，上石英法兰2的下方设有上四氟法兰4，中石英法兰3的下方设有下四氟法兰5，上四氟法兰4和下四氟法兰5均连接在石英筒1外壁上；
33.参见图2、图3、图6和图7，上石英法兰2的上表面与石英筒1的上沿齐平，且其外沿处设有两个对称的缺口2a，石英筒1的上方设有四氟横梁6，四氟横梁6的两侧设有连接支腿6a，连接支腿6a穿过缺口2a与其下方的上四氟法兰4相连，以用于固定提升杆；
34.参见图3和图7，上四氟法兰4的外径大于上石英法兰2的外径，包括两个半圆环41，半圆环41的内侧连有第一硅橡胶42，半圆环41的两侧设有第一连接孔43，第一连接孔43内
穿过对应的第一螺栓44，两个半圆环41通过第一螺栓44相连并与石英筒1紧固；
35.参见图4和图8，下四氟法兰5为锥形圆环结构，其横截面由上至下逐渐增大，且其上表面的外径不小于中石英法兰3的外径，下四氟法兰5包括两个环状的半圆台51，半圆台51上设有导向斜面51a且其内侧连有第二硅橡胶52，半圆台51的两侧设有第二连接孔53，第二连接孔53内穿过对应的第二螺栓54，两个半圆台51通过第二螺栓54相连并与石英筒1紧固，且导向斜面51a与水平面的夹角为45
°
；
36.参见图5，石英筒1的下部设有加厚筒壁11，加厚筒壁11与其上方的筒壁之间通过平滑斜面12过渡连接，平滑斜面12的过渡距离不小于10mm。
37.本实施例中，上四氟法兰4和下四氟法兰5均为哈弗结构，采用四氟乙烯材质。
38.本实施例中，第一硅橡胶42和第二硅橡胶52的邵氏硬度a60度。
39.本实施例中，石英筒1的外径为φ280mm、高度为2200mm、壁厚10mm，上石英法兰2的外径φ310mm，中石英法兰3的下沿到石英筒1底边距离为1450mm、外径φ310mm，加厚筒壁11部分外径为φ280mm，壁厚13mm，上四氟法兰4的外径φ350mm，下四氟法兰5的外径φ370mm。
40.在加料时，将下四氟法兰4置于加料法兰上表面，需承载石英加料筒重量，石英加料器通过下四氟法兰4由加料法兰支撑，原料从石英加料筒下沿与锥体之间的缝隙落入坩埚内。
41.石英加料器加料时，由钨丝绳提升，上升过程中会自由摆动。石英加料器提升时，一般有操作人员监护，操作人员将石英加料器的吊钩安装好后，刚开始提升时，可以手扶石英加料筒，以防止石英加料器摆幅过大，当摆幅减小后此时摆动不至于石英加料筒碰到副室，操作人员会执行下一项工作任务，此时，石英加料器设置为自动提升。
42.石英加料器自动提升过程中，法兰经过副室筒下沿时，石英加料器晃动会磕到下四氟法兰5，此时下四氟法兰5的导向斜面51a通过缓冲、导向，使石英加料器法兰顺利进入副室筒，从而避免现有方案磕碰石英法兰的问题。
43.本实用新型的石英加料器经过结构改良后，区别在于：
44.第一，现有石英法兰设有四个螺栓孔，用于连接和固定不锈钢法兰和四氟法兰，需要承载加料筒重量，本实用新型的装置减小了石英法兰的直径，同时无需设计螺栓孔；
45.第二，现有石英筒下端加厚段是向外壁加厚，而本实用新型的石英筒下端加厚段是向内壁加厚；
46.第三，现有下法兰结构为法兰面加斜筋结构，本实用新型采用四氟法兰面斜面过渡的方式，且法兰环为实体结构。
47.第四，现有上四氟法兰与下四氟法兰结构相同，本实用新型的上四氟法兰为圆环结构，下四氟法兰为环状的圆台结构，二者均为哈弗结构，结构强度高，使用更安全。
48.本实用新型中，石英法兰的主要作用为限制四氟法兰失效后的滑移范围，将四氟法兰失效后的风险控制在一定范围内，避免因石英锥体断裂、蘑菇头融化导致的原料报废，在材料成本不变的前提下，增加了四氟法兰强度，降低了滑移风险。
49.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。