CN102605419B - 用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非金属晶体的制造设备，旨在提供一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置。该装置包括均具有圆盘状主体的直槽夹料盘、弯槽夹料盘和固定夹料盘；直槽夹料盘上设有径向的直槽，弯槽夹料盘设有曲线状的弯槽；下端设台阶状突起的坯料夹头贯穿直槽和弯槽，并通过与夹紧螺钉的配合实现直槽夹料盘和弯槽夹料盘的活动连接及平面贴合，坯料夹头、直槽、弯槽具有相对应的数量且一一对应。本发明中，坯料夹头和多晶料之间采用卡槽式结构联接，能够对多晶料实现稳定可靠的夹持，保证拉晶过程能够顺利进行；在直槽和弯槽的导向下，坯料夹头的移动可实现对不同尺寸大小的多晶料的夹持，可保证在拉晶过程中多晶料的稳定性。

Description

用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置

技术领域

本发明涉及非金属晶体的制造设备，尤其是一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置。

背景技术

硅材料是现代信息社会的基础，它不仅是光伏发电等产业的主要功能材料，也是半导体产业，特别是电力电子器件的基础材料。区熔法(FZ)生产单晶硅是区别于直拉炉(CZ)的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应加热线圈将高纯度的多晶料局部融化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后从熔区的下方利用籽晶将熔硅拉制成单晶。由于没有坩埚污染，区熔炉生长的单晶硅纯度高，均匀性好，低微缺陷，其优良的电学性能非常适合制作高反压、大电流、大功率的电力电子器件。

一般区熔单晶生产的过程是按照如下的顺序进行的：炉室清理——多晶料装炉——晶体生长——停炉冷却——取出单晶。其中炉室清理、装料等准备工作时间占整个生产周期比例较高，造成生产效率不高。同时由于区熔法生产单晶纯度、均匀性要求较高，且区熔生长法熔区呈悬浮状态，多晶硅料微小的震动都可能打破熔区的平衡状态。这对多晶料的装夹稳定、可靠性和装夹时间都提出了更高的要求，否则容易造成单晶生长失败，甚至是设备的损坏。

在一般的圆柱形坯料夹持机构中，最经典的是车床卡盘式夹持方式，采用的是靠卡盘等机构加压夹持被夹持多晶料，利用被夹持件的挤压变形来实现夹持的。针对区熔单晶炉多晶料的夹持机构尚未有见报道。中国专利CN 1413785A中公开了一种柱状物的夹持机构，是对车床卡盘式夹持方式的改进，能够适应端部形成突缘的柱状物的场合，夹持效果较为理想。但是，传统的这种靠挤压圆形料变形而实现夹持的夹持机构无法满足现在区熔炉多晶料夹持的要求：这种夹持机构一般都采用了连杆机构，较为复杂，尺寸较大，而区熔单晶炉炉室内空间较小，难以满足区熔炉的安装要求；采用挤压变形夹持，可靠性不高，因为在区熔单晶炉生产中，多晶料会被局部加热到1450℃以上，通过辐射热传导等方式，夹持部位也会温度上升，热变形和挤压变形相互影响可能会造成夹持不可靠，对设备造成损坏；夹持和调整较为麻烦，影响生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种稳定可靠的用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置。在区熔单晶生产中，可通过简单的操作实现多晶料的装夹、对心和水平调整，同时可以适应不同尺寸的多晶料要求，减少拉晶准备时间，提高生产效率。

为了解决技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置，包括坯料夹头，其下端设台阶状突起；该装置还包括均具有圆盘状主体的直槽夹料盘、弯槽夹料盘和固定夹料盘，其中：直槽夹料盘的中心设有圆柱段，圆柱段的上端为球头，且球头的直径大于圆柱段的横截面直径；在圆盘状主体上设有至少一条径向的直槽，该直槽为贯通的开孔；弯槽夹料盘具有与直槽夹料盘上直槽数量对应的曲线状的弯槽，该弯槽为贯通的开孔，具有从弯槽夹料盘的中心向边缘延伸的方向；位于直槽夹料盘上方的固定夹料盘，具有一条从中心至边缘的径向的贯通的槽；在圆盘状主体的中心处设有贯通开孔的球形凹槽，直槽夹料盘的圆柱段能够通过固定夹料盘的槽进入球形凹槽处；直槽夹料盘的球头的直径大于所述槽的宽度及球形凹槽的开孔尺寸，球头与球形凹槽为配合关系，并使球头嵌套于其中；弯槽夹料盘位于直槽夹料盘的下方，所述坯料夹头贯穿直槽和弯槽，并通过与夹紧螺钉的配合实现直槽夹料盘和弯槽夹料盘的活动连接和平面贴合；坯料夹头与直槽具有相对应的数量，且一一对应。

坯料夹头下端的台阶状突起能够嵌入多晶料头部预先切割好的沟槽中，实现夹紧和定位。

本发明中，所述直槽夹料盘和弯槽夹料盘通过质口定位，即：在两者相对一侧的中心各设置相互配合的突起部位和凹陷部位，当平面贴合时由该突起部位和凹陷部位实现定位。

本发明中，所述直槽夹料盘上的直槽数量为3～5条，各直槽完全一致，均布于直槽夹料盘上；与此相适应地，弯槽夹料盘具有相同数量的弯槽，各弯槽完全一致，均布于弯槽夹料盘上。

本发明中，所述弯槽夹料盘上的弯槽的长度为50～400mm，所述直槽夹料盘上直槽的长度为50～400mm，可以适应2～15英寸多晶料的夹持要求。

本发明中，所述弯槽夹料盘上弯槽的曲线形状具有如下特征：曲线的半径随着角度变化而增大。

作为优选的，弯槽曲线可以是阿基米德落线，曲线半径随着随着角度变化线性均匀增大，即满足如下极坐标方程：r(θ)＝a+b(θ)。

作为优选的，弯槽曲线可以是渐开线，即满足如下极坐标方程：

r(k)＝r(b)/cosα(k)，θ(k)＝tanα(k)-α(k)。

本发明中，所述的固定夹料盘的槽，在其位于外缘的端部设有导向口，该导向口具有V型或圆弧过渡的开口形状。

本发明中，所述固定夹料盘上设置至少一个贯穿的调水平螺钉，调水平螺钉的末端与直槽夹料盘的上表面相接。

本发明中，所述的固定夹料盘上均布3-5个螺纹座，螺纹座与调水平螺钉为配合关系。

本发明中，在直槽夹料盘或弯槽夹料盘的边缘设有用于协助改变直槽夹料盘和弯槽夹料盘相对旋转角度的调整构件。

本发明中，所述的调整构件是调整螺钉、销钉或手柄，其数量是1～5个。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种简单可靠的可调式多晶料夹持机构。坯料夹头和多晶料之间采用卡槽式结构联接，能够对多晶料实现稳定可靠的夹持，保证拉晶过程能够顺利进行。坯料夹头贯穿直槽夹料盘的直槽和弯槽夹料盘的弯槽，松开夹紧螺钉，通过调整螺钉调整直槽夹料盘和弯槽夹料盘的角度，在直槽和弯槽的导向下，坯料夹头会沿着直槽和弯槽平滑的移动，可实现对不同尺寸大小的多晶料的夹持。完成多晶料的装夹后，拧紧夹紧螺钉，直槽夹料盘和弯槽夹料盘相互之间不能旋转，可保证在拉晶过程中多晶料的稳定性。直槽夹料盘与固定夹料盘采用球面定位和连接，能够实现自动对心，减少拉晶准备工作，提高生产效率。同时，固定夹料盘上设有调水平螺钉，可通过调水平仪等简单工具配合实现多晶料的水平调整，简单方便。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明多晶料夹持装置俯视图；

图3为本发明直槽夹料盘示意图；

图4为本发明弯槽夹料盘示意图；

图5为本发明多晶料夹持装置案例一示意图；

图6为本发明多晶料夹持装置案例二示意图。

在图中：1固定夹料盘，2调水平螺钉，3夹紧螺钉，4直槽夹料盘，5弯槽夹料盘，6坯料夹头，7调整螺钉，8多晶料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。

如图1-4所示。本发明的可调式多晶料夹持装置，包括直槽夹料盘4和固定夹料盘1，直槽夹料盘4的主体为圆盘的构件，中间设小圆柱段，其上端为球头，球头的直径大于圆柱段的横截面直径。在直槽夹料盘4的下方设有弯槽夹料盘5，直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5为平面贴合，采用质口定位。直槽夹料盘4圆盘上均布设有一定数量一定宽度一定直径范围的直槽，弯槽夹料盘5上均布设有相应数量、宽度和直径范围的弯槽。弯槽曲线为阿基米德螺线或渐开线等，曲线的半径随着角度变化而增大；坯料夹头6贯穿直槽夹料盘4的直槽和弯槽夹料盘5的弯槽，并通过与夹紧螺钉3的配合实现直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5连接，坯料夹头6可沿着直槽和弯槽平滑的运动；多晶料8的头部预先开有一定宽度的沟槽，坯料夹头6的下端设有相应尺寸的台阶状突起，通过将均布的坯料夹头6下端台阶状突起嵌入多晶料8的沟槽的卡槽式结构实现对多晶料8的夹持和固定；在直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5圆盘圆周面上还均设有调整螺钉7，通过拧转调整螺钉7，可调整直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5的相对角度，从而带动坯料夹头6沿着直槽和弯槽运动。

固定夹料盘1固定在上轴的下端，在其圆盘上设有一道从中心到边缘的槽，圆盘中心处有球形凹槽，直槽夹料盘4球头和固定夹料盘1球形凹槽为配合关系，直槽夹料盘4的圆柱段可通过固定夹料盘1的槽进入凹槽处，并通过球头和凹槽的配合实现直槽夹料盘4的安装和定位，而且由于直槽夹料盘4球头直径大于固定夹料盘1的沟槽宽度(固定夹料盘沟槽和直槽夹料盘圆柱段为配合关系)，直槽夹料盘4的球头不会从沟槽中脱出，从而实现对多晶料8的可靠夹持；固定夹料盘1的槽边缘设有导向口，可以是V型开口或是圆弧过渡等，方便直槽夹料盘4的与固定夹料盘1的安装；固定夹料盘1圆盘上均布设有带螺纹的座，调水平螺钉2与螺纹座啮合关系，调水平螺钉2下端顶到直槽夹料盘4，可通过拧紧或松开各个调水平螺钉2来调整直槽夹料盘4上相应各点的高低，从而实现对直槽夹料盘4和多晶料8的水平调整。

在拉晶生产中，多晶料的夹持可通过如下方式进行：

将直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5通过质口平面贴合在一起，将坯料夹头6贯穿直槽夹料盘4的直槽和弯槽夹料盘5的弯槽，并通过调整螺钉7调整坯料夹头至合适的位置；将坯料夹头6下端的台阶状突起嵌入多晶料8预先切好的沟槽中，拧紧夹紧螺钉3，将多晶料8与直槽夹料盘4、弯槽夹料盘5固定在一起；将直槽夹料盘4穿过固定夹料盘1沟槽，通过球头和球形凹槽配合，实现直槽夹料盘4的固定，由于多晶料的重力，使得直槽夹料盘4球头自动嵌入固定夹料盘1的球形凹槽中，实现自动对心，而且由于球头直径大于沟槽宽度，直槽夹料盘4不会从沟槽中脱出，从而实现对多晶料8的可靠夹持。调水平螺钉2与固定夹料盘1螺纹座为配合关系，调水平螺钉2下端顶到直槽夹料盘4，可通过拧紧或松开各个调水平螺钉2来调整直槽夹料盘4上相应各点的高低，借助水平仪等简单仪器，从而可实现对多晶料8的水平调整。

如图5所示，为本发明夹持装置实施案例一示意图：夹持直径254mm(10英寸)多晶料时夹紧螺钉3、直槽夹料盘4、弯槽夹料盘5、调整螺钉7、多晶料8等构件位置示意图。

如图6所示，为本发明夹持装置实施案例二示意图：夹持直径356mm(14英寸)多晶料时夹紧螺钉3、直槽夹料盘4、弯槽夹料盘5、调整螺钉7、多晶料8等构件位置示意图。

本发明对不同直径的多晶料的夹持是通过如下方式实现的：当需要夹持更大直径多晶料时，拧松均布的夹紧螺钉3，使得直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5能够自由旋转，转动调整螺钉7使得弯槽夹料盘5相对直槽夹料盘4逆时针运动，同时坯料夹头6也会随着直槽、弯槽运动到合适的直径位置。将坯料夹头6下端台阶状突起嵌入多晶料8槽中，进行必要的调整后，拧紧夹紧螺钉3，固定直槽夹料盘4和弯槽夹料盘5。

需要指出的是，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置，包括坯料夹头，其下端设台阶状突起；其特征在于，该装置还包括均具有圆盘状主体的直槽夹料盘、弯槽夹料盘和固定夹料盘，其中：

直槽夹料盘的中心设有圆柱段，圆柱段的上端为球头，且球头的直径大于圆柱段的横截面直径；在圆盘状主体上设有至少一条径向的直槽，该直槽为贯通的开孔；

弯槽夹料盘具有与直槽夹料盘上直槽数量对应的曲线状的弯槽，该弯槽为贯通的开孔，具有从弯槽夹料盘的中心向边缘延伸的方向；

位于直槽夹料盘上方的固定夹料盘，具有一条从中心至边缘的径向的贯通的槽；在圆盘状主体的中心处设有贯通开孔的球形凹槽，直槽夹料盘的圆柱段能够通过固定夹料盘的槽进入球形凹槽处；直槽夹料盘的球头的直径大于所述槽的宽度及球形凹槽的开孔尺寸，球头与球形凹槽为配合关系，并使球头嵌套于其中；

弯槽夹料盘位于直槽夹料盘的下方，所述坯料夹头贯穿直槽和弯槽，并通过与夹紧螺钉的配合实现直槽夹料盘和弯槽夹料盘的活动连接和平面贴合；坯料夹头与直槽具有相对应的数量，且一一对应；

所述直槽夹料盘和弯槽夹料盘通过质口定位，即：在两者相对一侧的中心各设置相互配合的突起部位和凹陷部位，当平面贴合时由该突起部位和凹陷部位实现定位；

所述弯槽夹料盘上弯槽的曲线形状具有如下特征：曲线半径随着角度变化而增大，是阿基米德螺线或渐开线。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直槽夹料盘上的直槽数量为3～5条，各直槽完全一致，均布于直槽夹料盘上；与此相适应地，弯槽夹料盘具有相同数量的弯槽，各弯槽完全一致，均布于弯槽夹料盘上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弯槽夹料盘上的弯槽的长度为50～400mm，所述直槽夹料盘上直槽的长度为50～400mm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的固定夹料盘的槽，在其位于外缘的端部设有导向口，该导向口具有V型或圆弧过渡的开口形状。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定夹料盘上设置至少一个贯穿的调水平螺钉，调水平螺钉的末端与直槽夹料盘的上表面相接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的固定夹料盘上均布3-5个螺纹座，螺纹座与调水平螺钉为配合关系。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在直槽夹料盘或弯槽夹料盘的边缘设有用于协助改变直槽夹料盘和弯槽夹料盘相对旋转角度的调整构件。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的调整构件是调整螺钉、销钉或手柄，其数量是1～5个。