CN214612163U - 新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，属于多晶硅铸锭用坩埚技术领域，包括坩埚体，所述坩埚体为上端开口的腔型结构，所述坩埚体的内腔底部铺设有石墨烯‑二氧化硅复合材料层，所述石墨烯‑二氧化硅复合材料层的上方铺设有石英陶瓷结构层。本实用新型的一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，通过在坩埚中添加石墨烯‑二氧化硅复合材料层，能有效地增强材料的力学性能和热学性能，使新型复合坩埚具有较高强度的同时还具有很好的韧性，可以有效地减少坩埚的溢流率，同时使用该复合坩埚可降低铸锭过程的能耗，提高多晶硅晶体的质量，满足市场需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型多晶硅铸锭复合坩埚，尤其涉及一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，其属于多晶硅铸锭用坩埚技术领域。
背景技术
多晶硅铸锭制备过程中，石英陶瓷坩埚是多晶硅铸锭阶段必须采用的重要用品，硅料在坩埚内熔化、晶体生长、退火冷却，铸成多晶硅锭，将硅锭按照技术要求切割成硅片，便成为生产制造太阳能电池的基体材料。
目前石英陶瓷坩埚主要采用注浆成型的方式制备成坯体，然后在1200℃左右烧结得到密度约为1.92g/cm3的陶瓷坩埚。这种陶瓷坩埚的热导率较低，一般仅为0.86-0.88W/mK。在铸锭的定向凝固阶段，热导率较低，热量散失较慢，就会造成侧壁与底部散热量差异较大，而为了获得高质量的铸锭多晶，需要较为平整的长晶界面，热量从侧面散失就会导致凹形的长晶界面，严重影响晶体的质量。陶瓷坩埚的材料基体为陶瓷，其晶相为晶体和玻璃体，制备铸造多晶硅时，在原料熔化，晶体生长过程中，硅熔体和坩埚长时间接触，会产生黏滞作用。由于两种材料的热膨胀系数不同，如果硅材料和坩埚壁结合紧密，在晶体冷却时很可能造成晶体硅或坩埚破裂造成溢流。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，包括坩埚体，所述坩埚体为上端开口的腔型结构，所述坩埚体的内腔底部铺设有石墨烯-二氧化硅复合材料层，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层的上方铺设有石英陶瓷结构层。
更进一步地，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层的厚度为8-10mm，所述石英陶瓷结构层的厚度为5-8mm，所述坩埚体底部、石墨烯-二氧化硅复合材料层和石英陶瓷结构层的总厚度为22-25mm。
更进一步地，所述坩埚体为石英陶瓷结构。
更进一步地，所述坩埚体采用注凝成型方式制成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在坩埚内部添加石墨烯-二氧化硅复合材料层，该复合材料具有重量轻、强度高、导热性能好和耐高温的特性，其结合了石墨烯材料以及二氧化硅各自的优点，能有效地增强材料的力学性能和热学性能，使新型复合坩埚具有较高强度的同时还具有很好的韧性，可以有效地减少坩埚的溢流率；石墨烯具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK，但是石墨烯当暴露在高温环境下，石墨烯通常会降解，但是陶瓷材料则具有耐高温和耐火性的特征，该特征对石墨烯的耐高温性能很有帮助，使用二者结合后的坩埚进行多晶硅铸锭可降低铸锭过程的能耗，并且提高铸锭过程中多晶硅晶体的质量，适用于大规模工业生产。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
在图中，1、坩埚体；2、石英陶瓷结构层；3、石墨烯-二氧化硅复合材料层。
具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，包括坩埚体1，所述坩埚体1为上端开口的腔型结构，所述坩埚体1的内腔底部铺设有石墨烯-二氧化硅复合材料层3，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层3的上方铺设有石英陶瓷结构层2；所述坩埚基层1为石英陶瓷结构。
所述石墨烯-二氧化硅复合材料层3的厚度为8-10mm，所述石英陶瓷结构层2的厚度为5-8mm，所述坩埚体1底部、石墨烯-二氧化硅复合材料层3和石英陶瓷结构层2的总厚度为22-25mm。
实施例
一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚的制备方法，包括以下步骤：
(1)石墨烯-二氧化硅复合材料的制备：将氧化石墨烯溶于水中超声分散得到氧化石墨烯水溶液，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1mg/ml，然后按照甲苯和氧化石墨烯水溶液的质量比为1：2的比例加入甲苯乳化得到氧化石墨烯乳液；再根据单体硅氧烷与氧化石墨烯的用量比为50:1的比例将单体硅氧烷加入到氧化石墨烯乳液中，然后用氨水调节pH＝9值后搅拌，进行乳液聚合反应6小时，反应结束后洗涤过滤得到石墨烯-二氧化硅复合材料；
(2)石英陶瓷坩埚的制备：通过新型的注凝成型技术制备坩埚体1，坩埚体1干燥后，在坩埚体1底部刷一层石墨烯-二氧化硅复合材料的溶液，然后盖上专用的盖子压实，形成石墨烯-二氧化硅复合材料层3，然后在其上方浇筑一层二氧化硅浆料，盖上盖子压实，形成石英陶瓷结构层2，干燥后脱模，养护和高温烧结。
实验数据分析
对实施例中生产的新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚进行抗折强度、弹性模量、导热系数、密度和显气孔率进行检测，并且与普通坩埚进行对比，对比结果如下：
表1
| 普通坩埚 | 高导热复合坩埚 | |
| 抗折强度MPa | 23 | 25 |
| 弹性模量GPa | 20 | 30 |
| 导热系数W/mK | 1.0 | 1.2 |
| 密度g/cm<sup>3</sup> | 1.92 | 1.90 |
| 显气孔率％ | 12 | 11 |
由附表1可知，经过高导热复合坩埚与普通坩埚的对比分析得出结论：按照上述方法生产的高导热复合坩埚的抗折强度更强，弹性模量和导热系数更大，其显气孔率和密度更低，使用寿命更长。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，包括坩埚体(1)，所述坩埚体(1)为上端开口的腔型结构，其特征在于：所述坩埚体(1)的内腔底部铺设有石墨烯-二氧化硅复合材料层(3)，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层(3)的上方铺设有石英陶瓷结构层(2)。
2.根据权利要求1所述的新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，其特征在于：所述石墨烯-二氧化硅复合材料层(3)的厚度为8-10mm，所述石英陶瓷结构层(2)的厚度为5-8mm，所述坩埚体(1)底部、石墨烯-二氧化硅复合材料层(3)和石英陶瓷结构层(2)的总厚度为22-25mm。
3.根据权利要求1所述的新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，其特征在于：所述坩埚体(1)为石英陶瓷结构。
4.根据权利要求1所述的新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，其特征在于：所述坩埚体(1)采用注凝成型方式制成。
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| CN202120811971.XU CN214612163U (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚 |
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Publications (1)
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| CN214612163U true CN214612163U (zh) | 2021-11-05 |
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Country Status (1)
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|---|---|
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2021
- 2021-04-20 CN CN202120811971.XU patent/CN214612163U/zh active Active
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