一種石英坩堝成型模具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種石英坩堝成型模具，包括金屬合金鋼模具、外模具、多孔合金底座、旋轉臺、旋轉軸、電機，所述的金屬合金鋼模具的外層套有外模具，所述的金屬合金鋼模具的底部裝有多孔合金底座，所述的多孔合金底座置于旋轉臺上，所述的旋轉臺下面設置有旋轉軸，本實用新型具有強度高、使用壽命長、高效利用熱能、降低電能消耗的優點，本實用新型提高了熔制溫度，能夠快速去除原料中的金屬雜質，解決了原材料只能依靠進口石英砂的弊端，而且通過高溫熔制提高了顆粒間的緊密結合度，減少了氣泡數量，提高了產品質量，縮短了生產周期，提高了生產效率，充分節約了能源，降低了生產成本。
【專利說明】一種石英坩堝成型模具
【技術領域】
[0001]本實用新型主要涉及用于拉制單晶硅的石英坩禍生產設備，具體涉及一種石英坩禍成型模具。
【背景技術】
[0002]單晶硅是轉化太陽能、電能的主要材料。晶體硅材料(包括多晶硅和單晶硅)是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上，而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。高純的單晶硅棒是單晶硅太陽電池的原料，硅純度要求99.999%。
[0003]石英坩禍是拉制單晶硅的消耗性器皿，每生產一爐單晶硅就用掉一只石英坩禍。石英坩禍是單晶硅生產關鍵必需品。因此單晶硅的需求量和石英坩禍的需求量是成正比的。全國單晶娃彳丁業年需樹禍數量在280-360萬只左右。目前國內年生廣能力僅為200萬只，遠不能滿足國內單晶硅行業的需求。
[0004]目前，國內石英坩禍生產企業生產中使用的生產設備源于上世紀70年代初從日本引進的生產設備，該項技術設備自動化程度不高，整個生產過程中更多的依靠人工來實現。
[0005]生產石英坩禍的核心技術在于熔制模具。目前的熔制模具主要是采用石墨模具和鋼模模具，其普遍存在的問題主要有以下幾點:①熔制溫度較低，很難剔除原料中的金屬雜質；?需加裝水冷套，模具耐高溫性能差；③模具使用壽命較短，每個石墨模具能夠熔制200只坩禍左右，而用生鐵澆鑄的鋼模模具也只能達到600只左右；④原材料要求較高，不能使用品質較低的國產石英砂，只能依賴價格昂貴的進口石英砂；⑤熔制時間較長，生產效率低；⑥能耗太高，電費負擔較重。
[0006]隨著光伏行業的復蘇，作為基礎材料的制備容器，石英坩禍必定向著高品質，低能耗，大直徑，高拉晶成功率方向發展，光伏行業的快速發展對英坩禍在大直徑、高純度、氣泡少、雜質分布高均勻性、規格精度高，耐溫性能好等專業領域提出了更高的要求。又由于制備石英坩禍的核心技術在于熔制模具，因此，迫切需要一種新的石英坩禍熔制模具的出現來填補市場空白。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的在于解決現有技術存在的弊端，提供一種強度高、使用壽命長、電能消耗低、節約能源、氣泡數量少、生產周期短、成本又低的石英坩禍成型模具。
[0008]為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:一種石英坩禍成型模具，包括金屬合金模模具、外模具、多孔合金底座、旋轉臺、旋轉軸，所述的金屬合金模具的外層套有外模具，所述的金屬合金模具的底部裝有多孔合金底座，所述的多孔合金底座置于旋轉臺上，所述的旋轉臺下面設置有旋轉軸。其中，所述的金屬合金模具與所述的外模具之間形成一個空腔，所述的旋轉臺上裝有真空管道，所述的真空管道與所述的空腔相通并且穿過外模具和金屬合金模具的中心孔，所述的真空管道在旋轉軸內部匯集成一個真空管道與外部的抽氣泵相連接。
[0009]所述的金屬合金模具設有多個微氣孔。
[0010]所述的外模具去掉了原來水冷套的冷水循環器。
[0011 ] 所述的外模具內部填充的是石英棉。
[0012]本實用新型所產生的有益效果是:一方面，本實用新型通過對熔制模具材質的改進，采用鎢鉬鋅合金模具，提高了模具強度，使模具在高溫熔制過程中不會爆裂，降低了模具的消耗和熱處理能耗，減少了能源浪費，延長了模具使用壽命。另一方面，本實用新型通過模具夾層的改進，解決了傳統模具外部需提供為模具降溫的水冷套，水冷套內流通循環水，必須有循環水池及循環水泵，而且在產品熔制完成脫模時要進行降溫脫模，這種模具操作復雜、生產成本高，模具材料的消耗和熱處理能耗高的問題。本實用新型采用保溫石英棉，解決了模具外部需提供水冷套降溫，造成熱處理能耗的浪費，生產成本高的弊端，通過改進后有效解決了熱量損失，提高熱能利用率。本實用新型提高了模具系統的真空度，同時降低電極棒的起弧電壓。壓力的提升可以使石英砂顆粒間的結合更加緊密，這樣大大降低了降低顆粒與顆粒之間的空隙，因而在很大程度上降低了氣泡出現的概率，提高拉制單晶硅的拉制成晶率。另外，本實用新型還提高了熔制溫度，一方面能夠快速去除國產石英砂原料中鋰、鋁、鉀、鈉等金屬雜質，解決了原料只能依賴進口石英砂的弊端，大幅降低了生產成本。另一方面，模具內溫度提高后，產品石英坩禍內表面呈現的液態化更加徹底，降低液態石英的粘稠度，使坩禍內表層液態石英內部的氣泡快速釋放，達到快速移除氣泡，使石英坩禍的外層石英砂顆粒緊密結合，提高產品石英坩禍的強度，同時提高了產品質量，縮短了生產周期，節約了熔制時間，使單個成品熔制時間減至9分鐘，提高了生產效率，原材料利用率提高到85%以上，降低了生產成本，真正達到節能降耗的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的縱向剖面示意圖。
[0014]圖2為本實用新型的斜視示意圖。
[0015]圖3為本實用新型的俯視示意圖。
[0016]圖中:1為金屬合金模具，2為外模具，3為多孔合金底座，4為旋轉臺，5為旋轉軸。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0018]實施例1
[0019]如圖1、圖2和圖3所示，一種石英坩禍成型模具，包括金屬合金模具1、外模具2、多孔合金底座3、旋轉臺4、旋轉軸5，所述的金屬合金內模具I的外層套有外模具2，所述的金屬合金模具I的底部裝有多孔合金底座3，所述的多孔合金底座置3于旋轉臺4上，所述的旋轉臺4下面設置有旋轉軸5。其中，所述的金屬合金模具I與所述的外模具2之間形成一個空腔，所述的旋轉臺上裝有真空管道，所述的真空管道與所述的空腔相通并且穿過外模具2和金屬合金模具I的中心孔，所述的真空管道在旋轉軸5的內部匯集成一個真空管道與外部的抽氣泵相連接。
[0020]本實用新型的內模具采用的是鎢、鉬、鋅合金模具，提高了模具強度，使模具在高溫熔制過程中不會爆裂，降低了模具的消耗和熱處理能耗，減少了能源浪費，延長了模具使用壽命。本實用新型提高了模具系統的真空度，同時降低電極棒的起弧電壓。壓力的提升可以使石英砂顆粒間的結合更加緊密，這樣大大降低了降低顆粒與顆粒之間的空隙，因而在很大程度上降低了氣泡出現的概率，提高拉制單晶硅的拉制成晶率。另外，本實用新型還提高了熔制溫度，一方面快速去除國產石英砂原料中鋰、鋁、鉀、鈉等金屬雜質，解決了原料只能依賴進口石英砂的弊端，大幅降低了生產成本。另一方面，模具內溫度提高后，產品石英坩禍內表面呈現的液態化更加徹底，降低液態石英的粘稠度，使坩禍內表層液態石英內部的氣泡快速釋放，達到快速移除氣泡，使石英坩禍的外層石英砂顆粒緊密結合，提高產品石英坩禍的強度，同時提高了產品質量，縮短了生產周期，節約了熔制時間，使單個成品熔制時間減至9分鐘，提高了生產效率，原材料利用率提高到85%以上，降低了生產成本，真正達到節能降耗的目的。
[0021]綜上，本實用新型具有強度高、使用壽命長、電能消耗低、節約能源、氣泡數量少、生產周期短、生產成本低的優點。
[0022]實施例2
[0023]如圖1、圖2和圖3所示，一種石英坩禍成型模具，包括金屬合金模具1、外模具2、多孔合金底座3、旋轉臺4、旋轉軸5，所述的金屬合金內模具I的外層套有外模具2，所述的金屬合金模具I的底部裝有多孔合金底座3，所述的多孔合金底座置3于旋轉臺4上，所述的旋轉臺4下面設置有旋轉軸5。其中，所述的金屬合金模具I與所述的外模具2之間形成一個空腔，所述的旋轉臺上裝有真空管道，所述的真空管道與所述的空腔相通并且穿過外模具2和金屬合金模具I的中心孔，所述的真空管道在旋轉軸5的內部匯集成一個真空管道與外部的抽氣泵相連接。
[0024]所述的金屬合金模具設有多個微氣孔。
[0025]所述的外模具去掉了原來水冷套的冷水循環器。
[0026]所述的外模具內部填充的是石英棉。
[0027]本實用新型的內模具采用的是鎢、鉬、鋅合金模具，提高了模具強度，使模具在高溫熔制過程中不會爆裂，降低了模具的消耗和熱處理能耗，減少了能源浪費，延長了模具使用壽命。本實用新型的外模具去掉了原來水冷套的冷水循環器，內部填充保溫石英棉，解決了模具外部需提供水冷套降溫，造成熱處理能耗的浪費，生產成本高的弊端，通過改進后有效解決了熱量損失，提高熱能利用率。本實用新型提高了模具系統的真空度，同時降低電極棒的起弧電壓。壓力的提升可以使石英砂顆粒間的結合更加緊密，這樣大大降低了降低顆粒與顆粒之間的空隙，因而在很大程度上降低了氣泡出現的概率，提高拉制單晶硅的拉制成晶率。另外，本實用新型還提高了熔制溫度，一方面快速去除國產石英砂原料中鋰、鋁、鉀、鈉等金屬雜質，解決了原料只能依賴進口石英砂的弊端，大幅降低了生產成本。另一方面，模具內溫度提高后，產品石英坩禍內表面呈現的液態化更加徹底，降低液態石英的粘稠度，使坩禍內表層液態石英內部的氣泡快速釋放，達到快速移除氣泡，使石英坩禍的外層石英砂顆粒緊密結合，提高產品石英坩禍的強度，同時提高了產品質量，縮短了生產周期，節約了熔制時間，使單個成品熔制時間減至9分鐘，提高了生產效率，原材料利用率提高到85%以上，降低了生產成本，真正達到節能降耗的目的。
[0028]綜上，本實用新型具有強度高、使用壽命長、電能消耗低、節約能源、氣泡數量少、生產周期短、生產成本低的優點。
【權利要求】
1.一種石英坩禍成型模具，其特征在于:包括金屬合金模模具、外模具、多孔合金底座、旋轉臺、旋轉軸，所述的金屬合金模具的外層套有外模具，所述的金屬合金模具的底部裝有多孔合金底座，所述的多孔合金底座置于旋轉臺上，所述的旋轉臺下面設置有旋轉軸，其中，所述的金屬合金模具與所述的外模具之間形成一個空腔，所述的旋轉臺上裝有真空管道，所述的真空管道與所述的空腔相通并且穿過外模具和金屬合金模具的中心孔，所述的真空管道在旋轉軸內部匯集成一個真空管道與外部的抽氣泵相連接。
2.根據權利要求1所述的一種石英坩禍成型模具，其特征在于:所述的金屬合金模具設有多個微氣孔。
3.根據權利要求1所述的一種石英坩禍成型模具，其特征在于:所述的外模具去掉了原來水冷套的冷水循環器。
4.根據權利要求3所述的一種石英坩禍成型模具，其特征在于:所述的外模具內部填充的是石英棉。
【文檔編號】C03B20/00GK204251495SQ201420705792
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】孫占喜, 李濤, 陳官元, 姚剛, 藺崇召 申請人:許昌天戈硅業科技有限公司