[发明专利]一种改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头及其使用方法

说明书

技术领域

一种用于改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头及其使用方法。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏电池板和可控硅元件的生产所需的必要原材料，最普遍且最让人们熟知的生产多晶硅的方法就是改良西门子法，其原理就是用高纯氢还原高纯三氯氢硅，但此反应需要在1100℃左右的高纯硅芯上进行。硅芯是在西门子法和硅烷法多晶硅生产中作为还原炉中进行还原反应沉积(CVD)多晶硅的热载体，在还原反应结束后，硅沉积在硅芯周围，硅芯连同硅通过破碎一起作为多晶硅原料使用。西门子法多晶硅生产工艺优点在于具有显著的节能降耗效果、运行成本低廉，且该方法生产出的多晶硅具有更高的质量，该生产工艺通过采用综合利用技术，整个生产过程对环境不产生污染。改良西门子法生产工艺的核心设备为多晶硅还原炉，该设备的运行稳定性是影响多晶硅生产质量的关键因素。

改良西门子多晶硅还原炉专用硅芯有两种，一种是圆硅芯，另一种是方硅芯；圆硅芯直径控制是靠拉速和温度调节来达到的，自动控制较困难，操作工劳动强度大，技术要求高，硅芯尺寸公差也较大，导致使用中电流密度不均匀，容易产生亮点，会熔蚀硅芯而产生倒炉，装硅芯时因粗细不匀在卡瓣中为点接触不容易装垂直，多晶硅长粗后承重偏心产生倒炉，圆硅芯搭桥横梁是搁放在开槽中的，接触面小，高压击穿和大气流时容易跌落产生倒炉，多晶硅生产中发生倒炉是十分麻烦的事，要重启拆炉、开炉启动程序，损失较大；方硅芯截面积大强度高，承载能力大，同时方硅芯尺寸标准，卡瓣装夹垂直度容易保证，搭桥用圆锥榫连接十分可靠，使还原炉倒炉率大大下降。

石墨夹头是多晶硅还原炉用于夹持硅芯与连接电极的组件工具，由于其结构简单便于生产，因此在改良西门子法多晶硅生产中是很实用的。但是大多数石墨夹头都存在一些设计缺陷，从而发生靠壁或倒棒。硅芯靠壁将直接导致生产终止，给多晶硅生产带来损失。多晶硅生产中的倒棒现象对多晶硅质量乃至炉体的危害是最大的，一旦还原炉运行时发生倒棒，可能会使一炉硅芯全部损失，更严重的话可能会导致还原炉炉壁和还原炉底盘乃至仪表设备的损伤，这不仅给后续处理工作带来很多不便，而且会使生产成本大幅增加。因此，石墨夹头的性能直接影响改良西门子法的多晶硅生产成本。

目前现有的石墨夹头比较常用的是圆柱形石墨夹头，存在与夹持的硅芯接触不均匀的设计缺陷，在生产过程中容易导致硅芯接触点局部温度过高，使硅芯局部软化或者融化，进而造成靠壁或倒棒发生。

发明内容

本发明为了解决现有改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头与硅芯接触不均匀，从而导致接触点局部温度过高，发生靠壁或倒棒现象。

本发明的技术方案是：

一种改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头，包括圆台部分、环形凹槽、圆柱部分和凸缘，圆台部分在环形凹槽上方，圆柱部分在环形凹槽下方，凸缘在圆柱部分下部的外圆周上；圆台部分和圆柱部分中心为连通孔，由上至下依次为倒圆台孔、第一圆柱孔、和第二圆柱孔；倒圆台孔，第一圆柱孔、和第二圆柱孔的中心在同一轴线上；所述的倒圆台孔上底面直径小于圆台部分上底面直径；第一圆柱孔直径与倒圆台孔下底面直径相同，第二圆柱孔直径大于第一圆柱孔直径；

所述的改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头中的第二圆柱孔的侧面为光滑或带有内螺纹；所述的凸缘和第二圆柱孔的作用是更好的固定石墨夹头；所述环形凹槽在高温下起到缓冲作用，避免夹头由于高温裂开；

本发明所述的一种改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头的使用方法按照如下步骤进行：

一、处理硅芯

将硅芯下端加工成与倒圆台孔相同锥度的倒圆台；所述的加工后的硅芯的倒圆台的上底面直径大于倒圆台孔的上底面直径；

二、组装

将步骤一中加工后的硅芯的倒圆台一端插入到石墨夹头的倒圆台孔中，并将组装后的石墨夹头固定在多晶硅还原炉底盘上并插入电极。

本发明改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头及其使用方法具备以下有益效果：

1、本发明所述改良西门子法多晶硅还原炉用石墨夹头及其使用方法能够提高改良西门子法多晶硅还原炉的运行稳定性，石墨夹头的倒圆台孔与硅芯锥形面均匀接触，从而避免电流供给过程中接触点局部温度过高引发的靠壁或倒棒现象；

2、本发明的石墨夹头设计结构简单、易于加工，同时使用过程中无需外加结构对硅芯进行固定，而是依靠硅芯自身重力即可与石墨夹头均匀接触，且操作简单，使用方便；

3、本发明的石墨夹头所需石墨材料少，成本低。

附图说明

图1是本发明石墨夹头剖面图；

图2是本发明石墨夹头俯视图；