專利名稱：一種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加工太陽能硅電池的單晶生長爐領(lǐng)域的技術(shù)，具體是涉及對單晶生長 爐中熱系統(tǒng)的煅燒處理方法及其煅燒處理裝置。
背景技術(shù)：
硅單晶生長需要在潔凈的狀況下進(jìn)行，單晶爐熱系統(tǒng)中有許多器件是用石墨加工 而成，而石墨化爐是在石墨坯料上覆蓋了大量的石墨焦炭來保護(hù)，進(jìn)行高溫處理，不通保護(hù) 氣體，是在常壓下進(jìn)行，所以用這種石墨加工出來的器件含有大量的灰份，另外石墨材料由 于在加工及運(yùn)輸過程中的沾污及含有水份等，必須經(jīng)高溫徹底煅燒后才能適合晶體生長使用。通常煅燒處理都在單晶爐中進(jìn)行，但由于單晶爐熱系統(tǒng)中的加熱器置于熱系統(tǒng)中 間，加熱器的形狀是園桶形，一個(gè)22英寸加熱器有效煅燒直徑為600mm左右，有效熱區(qū)的高 度只有500mm左右，因此它主要能加熱的方向和范圍僅限于加熱器內(nèi)部有限區(qū)域及對應(yīng)的 外側(cè)，而熱系統(tǒng)的大部份區(qū)域不直接面對加熱器難以直接加熱，使得熱系統(tǒng)的上、下部位及 保溫罩外層區(qū)域都無法得到高溫的有效鍛燒，其結(jié)果只能是大大延長鍛燒時(shí)間，由加熱器 間接傳遞的熱量緩慢進(jìn)行加熱，這樣的方式不僅化費(fèi)大量時(shí)間，還因?yàn)殪褵Ч患咽归_ 始幾爐拉晶不順利。單晶爐是一個(gè)重要、耗能量大、造價(jià)昂貴的工作設(shè)備，化費(fèi)很長時(shí)間對 單晶爐熱系統(tǒng)中新的石墨器件、保溫材料用于煅燒加熱處理是一種巨大的設(shè)備和能源的耗 費(fèi)，大大耽誤單晶爐的正常工作時(shí)間和效率。至今為止由單晶爐對單晶爐熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱煅燒處理，既是一種本領(lǐng)域習(xí)慣為常 的思維方式、習(xí)慣的煅燒處理方法，也是一種無奈之舉。在日益追求高工作效率，降低能源消耗，尤其是世界范圍的金融、經(jīng)濟(jì)危機(jī)加重的 今天，迫切希望能有所改善的方法和舉措。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)用現(xiàn)有供生產(chǎn)加工單晶硅的單晶爐來鍛燒處理新 的石墨器件及保溫器件熱系統(tǒng)的方法，加熱煅燒效果差、效率低，成本高的缺點(diǎn)，提供一種 煅燒效率高、效果好、時(shí)間短、能源省、成本低的單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理方法及其裝置。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種單晶爐熱系統(tǒng)的煅燒處理方法，其特征在于
一種專用煅燒容器，具有可開啟和密閉的容器門，煅燒容器內(nèi)部空間尺寸大于包括一 套或多套石墨器件、保溫層的單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；專用煅燒容器內(nèi)部周壁為電加熱方 式加熱，加熱溫度為1600-2000°C，容器內(nèi)煅燒時(shí)為真空狀態(tài)，冷態(tài)真空度小于等于IPa; 單晶爐熱系統(tǒng)以整套或拆散方式放置在專用煅燒容器內(nèi)煅燒。一種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于
在矩形框架的機(jī)架上方固定設(shè)置一個(gè)圓筒形或矩形，包括爐身、爐蓋和爐底的爐體，爐體內(nèi)的體積大于等于包括石墨器件、保溫層的一套單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；爐底放置在 墊板上，墊板的下部安裝兩排滾輪，并放置在托板上，托板由升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動可上下移動，向 下可移動至機(jī)架的底部；與托板位于機(jī)架底部的位置相平齊，橫向平行設(shè)置兩根與兩排滾 輪相對應(yīng)的導(dǎo)軌；托板上的滾輪由橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動可在導(dǎo)軌上作水平移動；在爐體內(nèi)爐 身、爐蓋和爐底上分別設(shè)置棒狀電加熱器；爐體的爐身、爐蓋和爐底由金屬外殼和保溫層 組成；爐蓋上設(shè)有充氣孔、測溫孔及爐蓋壓緊鎖口 ；所述裝置采用真空泵及增壓泵、減速電 機(jī)、電加熱器，由控制器經(jīng)包括溫度傳感器、真空壓力傳感器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)對裝置 運(yùn)行進(jìn)行控制。進(jìn)一步，所述爐體內(nèi)為圓筒形，內(nèi)徑為1000— 1200mm，高度為1000— 1200mm。進(jìn)一步，所述升降機(jī)構(gòu)為，托板的四角嵌入螺母，與由升降減速電機(jī)同步驅(qū)動的四 根絲桿組成上下移動的移動裝置。進(jìn)一步，所述橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)為，在墊板上固定橫向減速電機(jī)，橫向減速電機(jī)的輸出 軸經(jīng)轉(zhuǎn)向傳遞，與一組滾輪固定連接。進(jìn)一步，所述爐底下部經(jīng)減震彈簧固定在墊板上。進(jìn)一步，所述爐體電加熱器為石墨碳棒連接成三相發(fā)熱體，電加熱器的溫度為 1600 - 2000°C。進(jìn)一步，所述爐體由隔層內(nèi)通冷卻水的不銹鋼雙層金屬外殼和石墨氈保溫層組 成。進(jìn)一步，在所述爐體內(nèi)設(shè)置可移動的擱置支架。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的專用煅燒爐，由爐體、機(jī)架、真空系統(tǒng)，控制系 統(tǒng)、加熱系統(tǒng)及升降機(jī)械組成?？蓪⒆畲?4英寸整套熱場全部置于高溫區(qū)鍛燒，縮短煅燒 周期，節(jié)省能耗上取得了很好的效果。單晶爐煅燒整套熱場需要120小時(shí)，期間還需清爐四 次，耗電約5000度左右；而煅燒爐只需50小時(shí)一個(gè)周期(煅燒24小時(shí)，佇爐26小時(shí))，只 需清爐1次，節(jié)省勞動強(qiáng)度，且充分高溫煅燒，耗電約3000度左右，節(jié)電達(dá)40%以上，而且煅 燒效果更好，用這種方法煅燒的熱系統(tǒng)第一爐拉晶就能使晶體無位錯(cuò)生長到底。單獨(dú)石墨 器件的煅燒效率和節(jié)能效果會更好，它彌補(bǔ)了當(dāng)前都用單晶爐來鍛燒新的石墨器件及保溫 器件組成的熱系統(tǒng)效果差、效率低、成本高、勞動強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。經(jīng)過測算和試驗(yàn)，采用本發(fā)明，在單晶爐煅燒基礎(chǔ)上節(jié)電達(dá)40%以上，中國有幾千 臺單晶爐，每臺單晶爐每月開十幾爐，一套熱系統(tǒng)有二十幾件石墨器件，每件石墨器件使用 壽命在30—150爐之間，不包括現(xiàn)在每年超過新增上千臺單晶爐外，每月更換使用壽命到 期的石墨器件就是一個(gè)巨大數(shù)量，充分發(fā)揮專用煅燒爐的功能，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益 和社會效益?？傊景l(fā)明①首創(chuàng)改變和擺脫了以往必須，只能在單晶爐中加熱煅燒單晶爐熱 系統(tǒng)的處理方法，提供了一種另外專門供煅燒處理單晶爐熱系統(tǒng)裝置的一種方法；②本裝 置煅燒既可煅燒整體，也可煅燒零部件，更加靈活機(jī)動，明顯提高煅燒處理效果和效率；③ 充分利用煅燒爐內(nèi)部空間，調(diào)劑控制煅燒時(shí)間，節(jié)省能源，提高原單晶爐的工作效率，不必 為煅燒處理，尤其是個(gè)別零部件而占用整個(gè)單晶爐；④操作方便，在同樣的時(shí)間中可以煅燒 處理更多工件，降低了操作人員的操作時(shí)間和勞動強(qiáng)度，因?yàn)樗幸瞥鲅b置。


圖1為本發(fā)明單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置的一種實(shí)施方式總體結(jié)構(gòu)配置 示意圖，其中托板部件位于機(jī)架的上部，爐底與爐身呈關(guān)閉狀態(tài)。圖2為圖1中托板部件向下移動，爐底與爐身呈脫開狀態(tài)，裝置的結(jié)構(gòu)配置示意 圖。圖3為圖1中托板部件向下移動至機(jī)架的底部位置，裝置的結(jié)構(gòu)配置示意圖。圖4為圖1中，爐底放置在墊板上，墊板的下部安裝兩排滾輪，由減速電機(jī)的輸出 軸經(jīng)轉(zhuǎn)向傳遞，與一組滾輪固定連接，驅(qū)動滾輪，爐底部件移出機(jī)架，位于導(dǎo)軌狀態(tài)的裝置 結(jié)構(gòu)配置示意圖。圖中，1是爐體、Ia是爐蓋、Ib是爐身、Ic是爐底、2是傳動桿、3是機(jī)架、4是升降減 速電機(jī)、5是絲桿、6是減震彈簧、7是墊板、8是滾輪、9是托板、10是真空泵、11是橫向減速 電機(jī)、12是導(dǎo)軌、13是控制器、14電加熱器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。一種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的專用煅燒爐，由爐體、機(jī)架3、真空泵10，控制 器13、電加熱器14及升降機(jī)械組成。煅燒容器內(nèi)部空間尺寸大于包括石墨器件、保溫層的單晶爐熱系統(tǒng)；
專用煅燒容器為電加熱方式，通過下爐蓋Ia的下降和移出，可以非常方便的將鍛燒 石墨器件裝進(jìn)和取出，加熱時(shí)溫度可達(dá)到200(TC，且為真空狀態(tài)，冷態(tài)真空度小于等于達(dá)1 P a ；
采用技術(shù)方案，先將爐底Ic由升降機(jī)構(gòu)向下移動至機(jī)架3的底部至圖3所示，爐底Ic 下部通過減震彈簧6固定在墊板7上進(jìn)行減震，防止操作時(shí)熱系統(tǒng)損壞，然后爐底Ic由橫 向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在導(dǎo)軌12向外移動至圖4所示。在爐體1內(nèi)爐身lb、爐蓋Ia和爐底Ic上分別設(shè)置板狀電加熱器14 ；爐體1的爐 身lb、爐蓋Ia和爐底Ic由由隔層內(nèi)通冷卻水的不銹鋼雙層金屬外殼和保溫層組成；爐蓋 Ia上設(shè)有充氣孔、測溫孔及爐蓋壓緊鎖口 ；將最大24英寸整套熱場放置于專用煅燒容器內(nèi) 或在裝置內(nèi)設(shè)置可變動距離的支架，實(shí)行多層放置煅燒物，然后爐底Ic由橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)移 動至圖3所示，爐底Ic由升降機(jī)構(gòu)向上移動至爐身Ib的底部至圖1所示，打開真空系統(tǒng) 10，分別打開手動截止閥、真空角閥抽空至冷態(tài)真空度小于等于1 P a，關(guān)閉手動截止閥、真 空角閥檢漏，小于0. lPa/min，打開手動截止閥、真空角閥抽空，進(jìn)行升溫煅燒。通過控制器13設(shè)定電加熱器14進(jìn)行加熱，加熱溫度為1600-2000°C，加熱24小時(shí) 后，停爐通過充氣進(jìn)行冷卻26小時(shí)。冷卻結(jié)束后，如上操作取出熱系統(tǒng)，冷卻后進(jìn)行清理。 所述爐蓋Ia上設(shè)有充氣孔、測溫孔及爐蓋壓緊鎖扣。以下對兩技術(shù)方案作概述
一種單晶爐熱系統(tǒng)的煅燒處理方法一種專用煅燒容器，具有可開啟和密閉的容器門， 煅燒容器內(nèi)部空間尺寸大于包括石墨器件、保溫層的單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；專用煅燒容 器內(nèi)部周壁為電加熱方式加熱，加熱溫度可達(dá)2000°C，容器內(nèi)煅燒時(shí)為真空狀態(tài)，冷態(tài)真空 度小于等于達(dá)1 P a;單晶爐熱系統(tǒng)以整套或拆散方式放置在專用煅燒容器內(nèi)煅燒。
一種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，在矩形框架的機(jī)架3上方固定設(shè)置一個(gè) 圓筒形或矩形，包括爐身lb、爐蓋Ia和爐底Ic的爐體1，爐體1內(nèi)的體積大于等于包括石 墨器件、保溫層的一套單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；根據(jù)加工和使用條件、要求，選擇圓筒形或 矩形體，其內(nèi)部的尺寸大小可按照使用要求，比如是煅燒整體單晶爐熱系統(tǒng)，則必須大于該 單晶爐熱系統(tǒng)的外部體積，如果是煅燒單晶爐熱系統(tǒng)的零部件的，而且經(jīng)常需要的是對零 部件的煅燒加工，因此，則須大于拆開后零部件放置的空間大小即可，在爐體中可以放置更 多的待煅燒件。爐底Ic放置在墊板7上，墊板7的下部安裝兩排滾輪8，兩排滾輪8 一般可由軸連 接，比如兩排六個(gè)滾輪8由三根軸對穿連接，既可可靠承載上方的爐底及放置的待煅燒工 件，又能平穩(wěn)地向外滾動移位，并且放置在托板9上，托板9由升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動可上下移動，向 下可移動至機(jī)架3的底部；與托板9位于機(jī)架3底部的位置相平齊，橫向平行設(shè)置兩根與兩 排滾輪8相對應(yīng)的導(dǎo)軌12 ；托板9上的滾輪8由橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動可在導(dǎo)軌12上作水平移 動；在爐體1內(nèi)爐身lb、爐蓋Ia和爐底Ic上分別設(shè)置棒狀電加熱器14 ；爐體1的爐身lb、 爐蓋Ia和爐底Ic由金屬外殼和保溫層組成；爐蓋Ia上設(shè)有充氣孔、測溫孔及爐蓋壓緊鎖所述裝置采用真空泵及增壓泵10、減速電機(jī)、電加熱器14，由控制器13經(jīng)包括溫 度傳感器、真空壓力傳感器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)對裝置運(yùn)行進(jìn)行控制。所述爐體1為圓筒形，內(nèi)徑為1000—1200_，高度為1000— 1200mm。此處的尺寸 為有效區(qū)域，即可供放置煅燒工件的空間尺寸，所述范圍為一般常用尺寸，既便于使用，又 適宜制作，也可根據(jù)實(shí)際需要增大和增高容積。所述升降機(jī)構(gòu)為，托板9的四角嵌入螺母，與由升降減速電機(jī)4同步驅(qū)動的四根絲 桿5組成上下移動的移動裝置。螺母、絲桿可以構(gòu)成簡單、可靠、準(zhǔn)確定位的上下移動升降 機(jī)構(gòu)。所述橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)為，在墊板7上固定橫向減速電機(jī)11，橫向減速電機(jī)11的輸出 軸經(jīng)轉(zhuǎn)向傳遞，與一組滾輪8固定連接。由橫向減速電機(jī)11的轉(zhuǎn)動，傳遞給一組穿在一根 軸上的滾輪8轉(zhuǎn)動，尤如一臺小車在導(dǎo)軌12來回移動。所述爐底Ic下部經(jīng)減震彈簧6固定在墊板7上。起減震作用，提高運(yùn)行的可靠 性、安全性，也有利設(shè)備的保護(hù)保養(yǎng)。所述爐體1電加熱器14為石墨碳棒連接成三相發(fā)熱體，電加熱器14的溫度可達(dá) 20000C ；借鑒成熟的單晶爐加熱方式，便捷地實(shí)現(xiàn)和達(dá)到煅燒效果。所述爐體1由隔層內(nèi)通冷卻水的不銹鋼雙層金屬外殼和石墨氈保溫層組成。冷卻 水是供煅燒后工件出爐時(shí)冷卻爐體溫度用，也可借鑒運(yùn)用單晶爐裝置的成熟經(jīng)驗(yàn)。在所述爐體1內(nèi)設(shè)置可移動的擱置支架。本發(fā)明的獨(dú)到之處，可以靈活、機(jī)動地放 置需煅燒處理的工件，可以堆放更加多，充分利用爐體1內(nèi)的空間，提高煅燒處理效率，如 前所述，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常需要的是對一些更換的新石墨器件進(jìn)行煅燒處理，只有本發(fā)明 實(shí)現(xiàn)了此目的，因此，配置擱置支架的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。
權(quán)利要求
一種單晶爐熱系統(tǒng)的煅燒處理方法，其特征在于一種專用煅燒容器，具有可開啟和密閉的容器門，煅燒容器內(nèi)部空間尺寸大于包括一套或多套石墨器件、保溫層的單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；專用煅燒容器內(nèi)部周壁為電加熱方式加熱，加熱溫度為1600—2000℃，容器內(nèi)煅燒時(shí)為真空狀態(tài)，冷態(tài)真空度小于等于1Ｐa；單晶爐熱系統(tǒng)以整套或拆散方式放置在專用煅燒容器內(nèi)煅燒。
2.—種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于在矩形框架的機(jī)架(3)上方固定設(shè)置一個(gè)圓筒形或矩形，包括爐身(lb)、爐蓋(Ia)和 爐底(Ic)的爐體(1)，爐體(1)內(nèi)的體積大于等于包括石墨器件、保溫層的一套單晶爐熱系 統(tǒng)外形尺寸；爐底(Ic)放置在墊板(7)上，墊板(7)的下部安裝兩排滾輪(8)，并放置在托 板(9)上，托板(9)由升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動可上下移動，向下可移動至機(jī)架(3)的底部；與托板(9) 位于機(jī)架(3)底部的位置相平齊，橫向平行設(shè)置兩根與兩排滾輪(8)相對應(yīng)的導(dǎo)軌(12)； 托板(9)上的滾輪⑶由橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動可在導(dǎo)軌(12)上作水平移動；在爐體⑴內(nèi)爐 身(lb)、爐蓋(Ia)和爐底(Ic)上分別設(shè)置棒狀電加熱器(14)；爐體⑴的爐身(lb)、爐 蓋(Ia)和爐底(Ic)由金屬外殼和保溫層組成；爐蓋(Ia)上設(shè)有充氣孔、測溫孔及爐蓋壓 緊鎖口 ；所述裝置采用真空泵及增壓泵(10)、減速電機(jī)、電加熱器(14)，由控制器(13)經(jīng)包 括溫度傳感器、真空壓力傳感器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)對裝置運(yùn)行進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述爐體(1) 內(nèi)為圓筒形，內(nèi)徑為1000— 1200mm，高度為1000— 1200mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述升降機(jī)構(gòu) 為，托板(9)的四角嵌入螺母，與由升降減速電機(jī)(4)同步驅(qū)動的四根絲桿(5)組成上下移 動的移動裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述橫向驅(qū)動 機(jī)構(gòu)為，在墊板⑵上固定橫向減速電機(jī)(11)，橫向減速電機(jī)(11)的輸出軸經(jīng)轉(zhuǎn)向傳遞，與 一組滾輪(8)固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述爐底(Ic) 下部經(jīng)減震彈簧(6)固定在墊板(7)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述爐體(1) 電加熱器(14)為石墨碳棒連接成三相發(fā)熱體，電加熱器(14)的溫度為1600 - 2000°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于所述爐體(1) 由隔層內(nèi)通冷卻水的不銹鋼雙層金屬外殼和石墨氈保溫層組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置，其特征在于在所述爐體 (1)內(nèi)設(shè)置可移動的擱置支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及加工太陽能硅電池的單晶生長爐領(lǐng)域的技術(shù)。一種單晶爐熱系統(tǒng)的煅燒處理方法，其特征在于一種專用煅燒容器，具有可開啟和密閉的容器門，煅燒容器內(nèi)部空間尺寸大于包括石墨器件、保溫層的單晶爐熱系統(tǒng)外形尺寸；專用煅燒容器內(nèi)部周壁為電加熱方式加熱，加熱溫度為1600-2000℃，容器內(nèi)煅燒時(shí)為真空狀態(tài)，冷態(tài)真空度小于等于達(dá)1Pa；單晶爐熱系統(tǒng)以整套或拆散方式放置在專用煅燒容器內(nèi)煅燒。本發(fā)明相應(yīng)提供了一種單晶生長熱系統(tǒng)的煅燒處理的裝置。由此，本發(fā)明首創(chuàng)改變只能在單晶爐中加熱煅燒單晶爐熱系統(tǒng)的處理方法，另外專制供煅燒處理單晶爐熱系統(tǒng)的裝置；煅燒零部件更加靈活機(jī)動，提高煅燒處理效果和效率，節(jié)省能源。
文檔編號C30B15/00GK101914807SQ201010259638
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者張永超, 施承啟, 李海波, 胡如權(quán) 申請人:上海卡姆丹克太陽能科技有限公司;卡姆丹克太陽能(江蘇)有限公司