[发明专利]一种组合式坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏领域的一种多晶硅铸锭用装置，特别涉及一种组合式坩埚。

背景技术

在多晶硅铸锭的工艺中，石英坩埚被用来盛装硅料，硅料在石英坩埚中完成融化、凝固长晶的全过程。由于石英坩埚在温度超过1200℃左右后开始软化，通常需用其它材料来将石英坩埚固定。目前采用一块石墨底板托住石英坩埚底部，并用几块石墨护板来护住石英坩埚的四周，在硅原料熔化、晶体硅结晶过程中，由于各种原因，比如坩埚本身质量有暇，或装料太紧，都可能引起坩埚破裂，从而造成硅液漏出石英坩埚。由于传统石墨做的坩埚托由几块板材拼合而成，因此只能防止受热的石英坩埚过度变形，并不能防止硅液从间隙中泄露。

硅液一旦泄漏，不但硅料损耗，而且多晶铸锭炉中的热场损坏巨大，如隔热笼、加热器和炉体。严重的会导致炉体被熔穿，使得冷却炉壁的冷却水与高温硅液接触，产生大量的水蒸气和氢气，炉体压力瞬间增大，从而导致爆炸，甚至发生人身伤亡。

从防漏流的角度出发，在石英坩埚外面再加一整体式石墨坩埚是最理想的，但多晶硅生产领域涉及的多晶硅重量可达到数百公斤，因而其需要配套的石墨坩埚体积庞大。能够盛装硅液的石墨材质需高密度石墨，这种原料由于加工工艺的限制，其尺寸受到一定的限制。另外一体化的石墨需要用机械设备从一个巨型的石墨块中掏空而成，加工成本高昂。因而通常只能做成数块石墨板材再拼接成石墨组合件。由于石墨板之间的缝隙，当坩埚失效时，硅液会从石墨板之间的缝隙处流出，从而破坏热场，造成硅料耗损，设备损坏。因此由石墨板组成的石墨组合件不能阻止硅液溢流。

专利号为CN101169308，专利名称为一种坩埚托，公开了一种采用炭/炭复合材料加工制成的坩埚托，它包括底板，底板上安装有侧板，相邻两侧板之间固定连接，其特征是底板、侧板均由炭/炭复合材料加工制成，由于炭/炭复合材料内部具有准三维的结构，加工制成的坩埚托，具有良好的导热和耐高温的性能，不仅大幅度降低了坩埚托的重量(产品密度小于 1.8g/cm3)，而且增强了坩埚托的力学性能，使之不容易在外力的作用下破裂，且使用寿命由原来的90多天提高到300天以上，且由于相邻两侧板采用偶榫结构，产品安装方便，加工容易，正品率高。但是只是增强了坩埚托的使用寿命，还是没有解决硅液漏流现象的发生，仍然没有良好的防硅液漏流的作用。

目前对于在硅液漏流保护措施上，主要采用金属熔断丝保护技术。具体是指沿石英坩埚下面保温板四周围绕固定金属熔断丝，当硅液漏流时，硅液滴附在熔断丝上面，使金属丝熔断产生报警，从而提醒用户采取措施。然而实际应用中，此项保护技术存在众多不可靠因素：首先，铺设在炉体底部的金属熔断丝位置存在偏差或长期使用中被挪移原来位置不被纠正，当硅液漏流时，不能保证硅液准确及时滴在熔断丝上面；其次是当石英坩埚破裂发生大面积漏流时，硅液即使熔断了金属熔断丝，但上面的硅液会漏流到炉内底部的各种石墨及金属部件，严重时会将底部的水冷不锈钢炉壁熔穿，与炉壁夹层中的循环水发生剧烈反应，严重损坏铸锭炉，并有重大安全隐患。而且金属熔断丝保护技术只是发生硅液漏流后的报警，从而提醒用户采用措施补救，它并不能起到防止硅液从石墨材料制成的几块板组成的石墨坩埚托中泄露出来。

近年来，已有一些对于解决硅液漏流问题的技术文献报道，专利公开号为CN101423219，专利名称为一种多晶硅提纯或铸锭炉的硅液泄漏防护装置，提供了一种多晶硅提纯或铸锭炉的硅液泄漏防护装置，包括坩埚和平台，坩埚设于平台上面，其特征在于：还包括倒角和凝固槽，所述的平台上表面开有多个径向导流槽和多个纬向导流槽，所述的倒角设在平台底部的周边，所述的凝固槽设于平台的下面并环绕平台一周，所述的凝固槽的内周设于倒角的里面，外周延伸到平台的外面，当硅液发生泄漏时，硅液可以通过平台上的导流槽而流入凝固槽内，从而实现防止设备损坏和爆炸的发生，保护炉前操作工人的人身安全。

专利公开号为CN101158549，专利名称为多晶硅铸锭炉的硅液漏流保护系统，属多晶硅铸锭炉的设计与制造技术领域，主要由底部带岩棉的炉体，置于炉体内底部带保温底板的保温笼体，置于保温笼体内带石英坩埚和石墨坩埚的热交换台，置于岩棉中部的中心护套和凸台套管，开设于石墨坩埚底部两边的导流沟，开设于保温底板两边的导流孔，置于炉体底部的岩棉上与导流孔对应位置的硅液漏流承接容器，置于硅液漏流承接容器内带控制器的金属熔断丝等构成。通过由导流沟、导流孔、带金属熔断丝的硅液漏流承接容器构成的汇流导流系统的作用，来避免硅液对炉体的损伤。