[發(fā)明專利]單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體及其碳纖維燒結筒以及它們的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN109097823B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 袁佳斌
• 申請（專利權）人: 常州博科浩納知識產(chǎn)權服務有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 32214
• 代理人: 翁堅剛

1.一種制備單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體的方法，所述坩堝內(nèi)筒體（2）是上下貫通的筒體，坩堝內(nèi)筒體（2）由碳纖維燒結筒（21）和圍繞碳纖維燒結筒（21）設置的石英燒結材料構成；所述的石英燒結材料為覆蓋在碳纖維燒結筒（21）上的由石英粉經(jīng)燒結而成的一體件，也即坩堝內(nèi)筒體（2）的內(nèi)外側(cè)表面均為石英燒結材料；所述碳纖維燒結筒（21）是由碳纖維編織成的織物繞成的圓筒狀物體在充滿氮氣的狀態(tài)或真空狀態(tài)下燒結而成的上下貫通的筒狀燒結物，并且碳纖維燒結筒（21）的側(cè)壁上設有至少2個液流孔（21-1）和多個呈分散狀分布的石英孔（21-2）；所述坩堝內(nèi)筒體（2）的側(cè)壁上設置數(shù)量與液流孔（21-1）數(shù)量相同的物料通過孔（26）；所述物料通過孔（26）貫穿坩堝內(nèi)筒體（2）的側(cè)壁，且其位置與碳纖維燒結筒（21）的相應的液流孔（21-1）相對應；

包括以下步驟：

① 使預制的制備坩堝內(nèi)筒體（2）的鋼模以60至80轉(zhuǎn)/分鐘的速度進行轉(zhuǎn)動，然后倒入石英粉，鋼模轉(zhuǎn)動過程中用刮板把石英粉均勻地刮到模具內(nèi)側(cè)壁上，使得石英粉通過離心作用附著在模具的內(nèi)壁上并形成5mm至30mm厚的石英粉外層；

② 將碳纖維燒結筒（21）以倒置方式放入預制的用于制備坩堝內(nèi)筒體的鋼模中，也即使碳纖維燒結筒（21）的底部朝向上方，并使碳纖維燒結筒（21）的外表面與石英粉內(nèi)層內(nèi)表面相貼；

③ 放置好碳纖維燒結筒（21）后，繼續(xù)向模具內(nèi)添加石英粉，再用刮板把石英粉均勻地刮到碳纖維燒結筒（21）的內(nèi)表面和底部表面上，以及刮到碳纖維燒結筒（21）的石英孔（21-2）和液流孔（21-1）中；鋼模轉(zhuǎn)動使得石英粉通過離心作用附著在碳纖維燒結筒（21）的內(nèi)壁上，同時部分石英粉在離心力的作用下穿過碳纖維燒結筒（21）的液流孔（21-1）和石英孔（21-2）并填充于碳纖維燒結筒（21）的外表面與石英粉外層的內(nèi)表面之間的間隙；

④ 當碳纖維燒結筒（21）的內(nèi)、外及底部表面均附著5mm至30mm厚的石英粉層，且石英粉充滿碳纖維燒結筒（21）的外表面與石英粉外層的內(nèi)表面之間的間隙及碳纖維燒結筒（21）的各石英孔（21-2）及液流孔（21-1）后，則在鋼模內(nèi)形成了內(nèi)筒體坯體；然后將該轉(zhuǎn)動的鋼模推入高溫爐；

⑤ 用電弧加溫方式進行加熱燒結，燒結溫度不低于1750℃；

⑥ 燒結好后拉出鋼模并停止轉(zhuǎn)動，待冷卻到室溫后即得到復合坯體；

⑦ 取出制備好的復合坯體并在高度上對底部進行切割，切割的尺寸和位置與碳纖維燒結筒（21）的尺寸相對應，且切割后留下2至5mm厚的石英底部（24），并且復合坯體底部表面和頂部表面均為圓環(huán)形平面；

⑧ 在復合坯體的距離碳纖維燒結筒（21）底部的設置液流孔（21-1）的各個部位打出與液流孔（21-1）具有同軸線且孔徑為液流孔（21-1）孔徑的80%至90%的物料通過孔（26），至此制成坩堝內(nèi)筒體（2）。

2.一種制備單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體的方法，所述坩堝內(nèi)筒體（2）是上下貫通的筒體，坩堝內(nèi)筒體（2）由碳纖維燒結筒（21）和圍繞碳纖維燒結筒（21）設置的石英燒結材料構成；所述的石英燒結材料為覆蓋在碳纖維燒結筒（21）上的由石英粉經(jīng)燒結而成的一體件，也即坩堝內(nèi)筒體（2）的內(nèi)外側(cè)表面均為石英燒結材料；所述碳纖維燒結筒（21）是由碳纖維編織成的織物繞成的圓筒狀物體在充滿氮氣的狀態(tài)或真空狀態(tài)下燒結而成的上下貫通的筒狀燒結物，并且碳纖維燒結筒（21）的側(cè)壁上設有至少2個液流孔（21-1）和多個呈分散狀分布的石英孔（21-2）；所述坩堝內(nèi)筒體（2）的側(cè)壁上設置數(shù)量與液流孔（21-1）數(shù)量相同的物料通過孔（26）；所述物料通過孔（26）貫穿坩堝內(nèi)筒體（2）的側(cè)壁，且其位置與碳纖維燒結筒（21）的相應的液流孔（21-1）相對應；

包括以下步驟：

① 將制備好的碳纖維燒結筒（21）以倒置方式放置于預制的用于制備坩堝內(nèi)筒體的鋼模的球面狀底部的內(nèi)側(cè)壁上，也即使碳纖維燒結筒（21）的底部朝向上方，并使碳纖維燒結筒（21）的外側(cè)表面與預制鋼模的內(nèi)表面間隔5mm至30mm距離；

② 然后使預制鋼模以60至80轉(zhuǎn)/分鐘的速度進行轉(zhuǎn)動；再倒入石英粉，鋼模轉(zhuǎn)動過程中用刮板把石英粉均勻地刮到模具內(nèi)側(cè)壁上，鋼模轉(zhuǎn)動使得碳纖維燒結筒的內(nèi)側(cè)壁上的石英粉通過離心作用穿過石英孔（21-2）和液流孔（21-1）并填充于碳纖維燒結筒（21）的外側(cè)表面與預制鋼模內(nèi)側(cè)表面之間的區(qū)域；

③ 待石英粉填充滿碳纖維燒結筒（21）的外側(cè)表面與預制鋼模內(nèi)側(cè)表面之間的區(qū)域，并充滿碳纖維燒結筒（21）的石英孔（21-2）和液流孔（21-1）后，再次倒入石英粉，并用刮板將石英粉刮至碳纖維燒結筒的內(nèi)側(cè)壁和底部表面上；

④ 待碳纖維燒結筒（21）的內(nèi)側(cè)壁和底部表面附著5mm至30mm厚的石英粉層后，則在預制鋼模內(nèi)形成了內(nèi)筒體坯體；然后將附有該內(nèi)筒體坯體的轉(zhuǎn)動的鋼模推入高溫爐；

⑤ 用電弧加溫方式進行加熱燒結，燒結溫度不低于1750℃；

⑥ 燒結好后拉出鋼模并停止轉(zhuǎn)動，待冷卻到室溫后即得到復合坯體，

⑦ 取出制備好的復合坯體并在高度上對底部進行切割，切割的尺寸和位置與碳纖維燒結筒（21）的尺寸相對應，且切割后留下5mm厚的石英底部，并且復合坯體底部表面和頂部表面均為圓環(huán)形平面；

⑧ 在復合坯體的距離碳纖維燒結筒（21）底部的設置液流孔（21-1）的各個部位打出與液流孔（21-1）具有同軸線且孔徑為液流孔（21-1）孔徑的80%至90%的物料通過孔（26），至此制成坩堝內(nèi)筒體（2）。