本發(fā)明涉及一種石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，即利用在石英坩堝熔制后模具內(nèi)剩余浮料，直接再次進(jìn)行坩堝外壁成型的方法。

技術(shù)背景

石英玻璃坩堝在采用切克勞斯基(Czochralski)法拉制單晶硅時(shí)，是作為盛放硅熔體的容器。其生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)利用石墨電極放電產(chǎn)生的電弧，熔融在特定形狀模具內(nèi)的石英砂而得到的。而在熔制后，在熔制成的石英坩堝和模具之間會(huì)有一層沒(méi)有熔化的石英砂，叫浮料層。浮料層方便了坩堝的取出，也避免了坩堝和模具的接觸，減少了坩堝外壁的污染，因此浮料層的存在是很必要的。

但當(dāng)熔制成型的坩堝從模具內(nèi)取出后，組成浮料層的石英砂的一部分會(huì)留在模具內(nèi)。目前對(duì)這部分石英砂的處理方法通常有兩種：一種是直接丟棄，再次熔制的時(shí)候，利用好料—也就是高純石英砂來(lái)填充浮料層，這無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本；另一種做法是將這部分料倒出來(lái)，經(jīng)過(guò)清洗變成“二次料”—也就是純度較差的石英砂，再次熔制的時(shí)候，用這種“二次料”來(lái)填充浮料層，這種方法雖然對(duì)浮料層石英砂進(jìn)行了重復(fù)利用，成本也比用好料低，但是需要額外的清洗設(shè)備，較為復(fù)雜的清洗工序，也需要一定的周轉(zhuǎn)周期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，既達(dá)到了浮料層浮料重復(fù)利用的目的，也不需要額外的處理設(shè)備和處理工序，在確保坩堝產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，節(jié)約了成本，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，縮短了生產(chǎn)周期。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)、在先石英坩堝熔制成型結(jié)束后，將在先石英坩堝從模具中取出，而使浮料層石英砂保留在模具內(nèi)，所述模具為金屬模具且可在垂直方向上作俯仰運(yùn)動(dòng)，以模具中心線(xiàn)垂直于水平面時(shí)俯仰角α為90°為參照，所述模具的俯仰角α范圍為90°～-10°；

2)、將模具調(diào)整到俯仰角α為90°的狀態(tài)，即模具中心線(xiàn)垂直于水平面，然后使模具繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)達(dá)到成型轉(zhuǎn)速ω1，

其中，D為坩堝外徑的英寸數(shù)，K1為成型系數(shù)，取值范圍為12～15，成型轉(zhuǎn)速ω1單位 為RPM，取整數(shù)；

3)、當(dāng)浮料層石英砂在離心力作用下均勻聚集到模具底部與側(cè)壁的圓弧過(guò)渡位置后，模具在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下向下發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)，俯仰角α調(diào)整至0＞α≥-10°后停止，α取整數(shù)，然后逐漸降低模具轉(zhuǎn)速至ω2，

其中，K2為系數(shù)，取值范圍為7～10，模具轉(zhuǎn)速ω2取整數(shù)；

4)、位于模具的圓弧過(guò)渡位置的浮料層石英砂沿著傾斜的模具側(cè)壁逐漸向模具上口移動(dòng)，最終在重力和離心力的雙重作用下，模具的圓弧過(guò)渡位置不再有石英砂，模具的圓周內(nèi)壁上形成厚度均勻的浮料層；

5)、提高模具轉(zhuǎn)速至成型轉(zhuǎn)速ω1，然后使模具向上發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)達(dá)到模具熔制在后石英坩堝作業(yè)時(shí)的俯仰角α位置停止，以繼續(xù)進(jìn)行在后石英坩堝熔制作業(yè)的上料操作。

上述的石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，步驟3)中，模具轉(zhuǎn)速降至ω2歷時(shí)9～11s。

上述的石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，所述金屬模具的材質(zhì)為不銹鋼。

本發(fā)明的有益效果是：1、通過(guò)對(duì)模具轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制石英砂的離心力和模具角度，利用石英砂在斜面上，在重力作用下自由下落，使石英砂均勻鋪滿(mǎn)模具側(cè)壁，完成了熔制后浮料直接被利用成型在后石英坩堝外壁的過(guò)程；2、采用金屬模具，減少了石英砂與石墨模具摩擦，產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒的可能性，因而也不需要再進(jìn)行清洗，石英砂可直接被利用，本方法大幅度的降低了生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述的直接再利用方法的工藝流程的示意圖一；

圖2是本發(fā)明所述的直接再利用方法的工藝流程的示意圖二；

圖3是本發(fā)明所述的直接再利用方法的工藝流程的示意圖三；

圖4是本發(fā)明所述的直接再利用方法的工藝流程的示意圖四；

圖5是本發(fā)明所述的直接再利用方法的工藝流程的示意圖五。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

該石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，包括如下步驟：

1)、如圖1所示，在先石英坩堝3熔制成型結(jié)束后，將在先石英坩堝3從模具1中取出， 而使浮料層石英砂2保留在模具1內(nèi)，所述模具1為金屬模具且可在垂直方向上作俯仰運(yùn)動(dòng)，以模具中心線(xiàn)垂直于水平面時(shí)俯仰角α為90°為參照，所述模具1的俯仰角α范圍為90°～-10°。

2)、如圖2所示，將模具1調(diào)整到俯仰角α為90°的狀態(tài)，即模具中心線(xiàn)垂直于水平面，然后使模具1繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)達(dá)到成型轉(zhuǎn)速ω1，

其中，D為坩堝外徑的英寸數(shù)，K1為成型系數(shù)，取值范圍為12～15，K1的數(shù)值要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，比如原料、模具進(jìn)行調(diào)整，成型轉(zhuǎn)速ω1單位為RPM，取整數(shù)。本實(shí)施例中，以熔制18英寸石英坩堝為例，取成型系數(shù)K1為13.5，計(jì)算得出成型轉(zhuǎn)速ω1為87RPM。

3)、如圖3所示，當(dāng)浮料層石英砂2在離心力作用下均勻聚集到模具底部與側(cè)壁的圓弧過(guò)渡位置后，模具在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下向下發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)，俯仰角α調(diào)整至0＞α≥-10°后停止，α取整數(shù)，然后歷時(shí)10s緩慢降低模具轉(zhuǎn)速至ω2，

其中，K2為系數(shù)，取值范圍為7～10，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，比如原料、模具進(jìn)行調(diào)整，模具轉(zhuǎn)速ω2取整數(shù)。本實(shí)施例中，系數(shù)K2取8，計(jì)算得到模具轉(zhuǎn)速ω2為11RPM，俯仰角α為-4°。

4)、如圖4所示，位于模具1的圓弧過(guò)渡位置的浮料層石英砂2沿著傾斜的模具側(cè)壁逐漸向模具上口移動(dòng)，最終在重力和離心力的雙重作用下，模具的圓弧過(guò)渡位置不再有石英砂，模具的圓周內(nèi)壁上形成厚度均勻的浮料層4。

5)、如圖5所示，提高模具轉(zhuǎn)速至成型轉(zhuǎn)速ω1，即87RPM，然后使模具1向上發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)達(dá)到模具熔制在后石英坩堝作業(yè)時(shí)的俯仰角α位置(45°左右，由后續(xù)工藝確定)停止，以繼續(xù)進(jìn)行在后石英坩堝熔制作業(yè)的上料操作。

實(shí)施例2

該石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制22英寸石英坩堝為例，取成型系數(shù)K1為15，計(jì)算得出成型轉(zhuǎn)速ω1為83RPM。系數(shù)K2取9，計(jì)算得到模具轉(zhuǎn)速ω2為9RPM。即在先石英坩堝熔制結(jié)束后，將坩堝取出，取出過(guò)程中，使浮料層石英砂保留在模具內(nèi)，將模具直立使俯仰角為90度，使轉(zhuǎn)速達(dá)到83RPM；當(dāng)浮料層石英砂在離心力作用下均勻聚集到模具底部與側(cè)壁的圓弧過(guò)渡位置后，模具在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下向下發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)，俯仰角α調(diào)整至-5°；然后歷時(shí)9s緩慢降低模具轉(zhuǎn)速至9RPM，當(dāng)形成均勻的浮料層，圓弧過(guò)渡位置不 再有石英砂時(shí)，提高模具轉(zhuǎn)速至83RPM；然后使模具向上發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)達(dá)到模具熔制在后石英坩堝作業(yè)時(shí)的俯仰角α位置停止，以繼續(xù)進(jìn)行在后石英坩堝熔制作業(yè)的上料操作。其他同實(shí)施例1。

實(shí)施例3

該石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制24英寸石英坩堝為例，取成型系數(shù)K1為14，計(jì)算得出成型轉(zhuǎn)速ω1為76RPM。系數(shù)K2取10，計(jì)算得到模具轉(zhuǎn)速ω2為8RPM。即在先石英坩堝熔制結(jié)束后，將坩堝取出，取出過(guò)程中，使浮料層石英砂保留在模具內(nèi)，將模具直立使俯仰角為90度，使轉(zhuǎn)速達(dá)到76RPM；當(dāng)浮料層石英砂在離心力作用下均勻聚集到模具底部與側(cè)壁的圓弧過(guò)渡位置后，模具在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下向下發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)，俯仰角α調(diào)整至-6°；然后歷時(shí)11s緩慢降低模具轉(zhuǎn)速至8RPM，當(dāng)形成均勻的浮料層，圓弧過(guò)渡位置不再有石英砂時(shí)，提高模具轉(zhuǎn)速至76RPM；然后使模具向上發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)達(dá)到模具熔制在后石英坩堝作業(yè)時(shí)的俯仰角α位置停止，以繼續(xù)進(jìn)行在后石英坩堝熔制作業(yè)的上料操作。其他同實(shí)施例1。

實(shí)施例4

該石英坩堝熔制后浮料的直接再利用方法，以熔制20英寸石英坩堝為例，取成型系數(shù)K1為12，計(jì)算得出成型轉(zhuǎn)速ω1為77RPM。系數(shù)K2取7，計(jì)算得到模具轉(zhuǎn)速ω2為11RPM。即在先石英坩堝熔制結(jié)束后，將坩堝取出，取出過(guò)程中，使浮料層石英砂保留在模具內(nèi)，將模具直立使俯仰角為90度，使轉(zhuǎn)速達(dá)到77RPM；當(dāng)浮料層石英砂在離心力作用下均勻聚集到模具底部與側(cè)壁的圓弧過(guò)渡位置后，模具在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下向下發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)，俯仰角α調(diào)整至-10°；然后歷時(shí)10s緩慢降低模具轉(zhuǎn)速至11RPM，當(dāng)形成均勻的浮料層，圓弧過(guò)渡位置不再有石英砂時(shí)，提高模具轉(zhuǎn)速至77RPM；然后使模具向上發(fā)生俯仰運(yùn)動(dòng)達(dá)到模具熔制在后石英坩堝作業(yè)時(shí)的俯仰角α位置停止，以繼續(xù)進(jìn)行在后石英坩堝熔制作業(yè)的上料操作。其他同實(shí)施例1。