[發明專利]一種導流筒及其制備方法

有效

• 申請號: 201210403733.0
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102912425A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 廖寄喬;邰衛平;譚周建;李軍;王躍軍;龔玉良
• 申請（專利權）人: 湖南金博復合材料科技有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06;C04B35/83;C04B35/52
• 代理公司: 益陽市銀城專利事務所 43107
• 代理人: 舒斌;夏宗福

技術領域

本發明涉及一種單晶爐熱場零件，具體地說是涉及一種導流筒及制備方法，特別是涉及一種由碳/碳復合材料與金屬材料結合的導流筒及其制備方法。

背景技術

單晶硅拉制爐的熱場系統對單晶硅的整棒率及成品率、拉速、單晶硅棒質量都有很大的影響，因此，熱場系統設計和熱場內關鍵元件的選材和使用備受關注。導流筒是單晶硅拉制爐熱場系統的關鍵元件之一，主要用于控制熱場的軸向溫度梯度和引導氬氣流。導流筒阻隔單晶爐體以及熔硅對晶體的熱輻射，利于晶體散熱，形成晶體生長所需的溫度梯度，以提高晶體生長速度；引導由單晶爐頂從上向下吹的氬氣集中地噴吹到固液界面附近，維持其清潔度，同時更加有利于晶體散熱，加大晶體生長所需的溫度梯度，以提高晶體生長速度；對高溫硅熔體起保溫作用，節約能源。

為了縮短拉晶時間，進而提高生產效率，目前最有效的方法是提高拉晶速度。而若要提高拉晶速度，則最需要解決的問題就是單晶棒的冷卻速率。就是要加大晶體與熔硅之間固液界面的溫度梯度，加快結晶潛熱的釋放。

長期以來，單晶硅拉制爐導流筒普遍由石墨件和碳氈組合制成，即用石墨加工出內屏和外屏，將碳氈填充在內屏和外屏中間，再通過緊固件將三者組合在一起。從使用的效果來看，這種導流筒存在以下不足：一是石墨是熱的良導體，保溫效果較差；二是石墨強度低，使用過程中易損壞，使用壽命短；三是大尺寸石墨內、外屏成形困難，耗材較多。某些廠家為加大晶體生長所需的溫度梯度，通常在上述導流筒普遍采用在其內表面上涂覆反射涂層以提高冷卻效果，將晶棒的表面的熱輻射熱向上反射，進而提高拉晶速度。但是，涂覆反射涂層需要有較高的工藝條件，若其反射涂層涂敷不均勻或出現脫落，則反射熱量的效果明顯削弱，達不到提高拉晶速度的效果。

隨著單晶硅及其相關產業的日益發展，直拉單晶硅晶體的直徑要求不斷增大。晶體直徑越大，晶體生長時所需釋放的結晶潛熱越多；晶體散熱越困難，越難提高晶體生長速度。以上所述的導流筒已不能滿足當前的生產要求。研制開發結構更加科學、合理、原理更加先進、更合適于大直徑直拉單晶硅生長的導流筒成為業內亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能縮短拉晶時間、提高拉晶速度的導流筒及其制備方法。

本發明是采用如下技術方案實現其發明目的的，一種導流筒，它包括倒錐形筒體，所述的筒體包括外屏、內屏，外屏與內屏之間設有保溫層，所述的外屏由碳/碳復合材料制備而成，所述的內屏由金屬鉬或金屬鎢制備而成，所述的外屏上連接有將外屏、內屏、保溫層蓋住的定位盤，使外屏、內屏、保溫層與定位盤構成整體結構。

本發明所述內屏的厚度為0.5㎜～1.5㎜；所述定位盤為整體或多瓣結構，采用石墨或碳/碳復合材料制成，厚度為5㎜～15㎜，由石墨制成的定位盤的密度為1.7g/㎝³～2.0g/㎝³，由碳/碳復合材料制成的定位盤的密度為0.6g/㎝³～1.5g/㎝³；所述外屏的外側表面設有密度為1.6g/㎝³～2.0g/㎝³，厚度為0.5㎜～1.5㎜的熱解碳涂層。

一種如上所述導流筒的制備方法，它包括下列步驟：

⑴制坯：按產品裝配要求分別制備外屏、內屏、保溫層、定位盤，外屏為碳/碳復合材料，采用化學氣相沉積和/或浸漬制備，密度為0.8g/㎝³～1.5g/㎝³；定位盤為碳/碳復合材料，采用化學氣相沉積和/或浸漬制備，密度為0.6g/㎝³～1.5g/㎝³，厚度為5㎜～15㎜，或定位盤采用密度為1.7g/㎝³～2.0g/㎝³的石墨材料按所需尺寸機加工，厚度為5㎜～15㎜；保溫層采用密度為0.1g/㎝³～0.5g/㎝³的固化氈或聚丙烯腈基碳氈制備；內屏采用金屬鉬或金屬鎢制備成錐筒狀；

⑵純化：將步驟⑴中制備的外屏、保溫層、由碳/碳復合材料制成的定位盤放入真空爐中進行高溫處理，去除金屬雜質和揮發分，純化溫度為1800℃～2600℃，保溫時間為1h～10h；