专利名称：石英坩埚气泡膨胀评价装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石英产品制造领域，尤其适用于一种石英坩埚气泡膨胀评价装置。
技术背景 石英玻璃坩埚是硅单晶拉制必不可少的辅件，在单晶生长过程中，高温熔融硅液与石英坩埚内表面接触并发生化学反应，产生的SiO气体会进入到硅液中。若反应过于剧烈，会影响石英坩埚的使用寿命。反应产生的大量气体，可能会在炉内冷凝后再次掉入硅液内，作为杂质导致单晶位错不良，影响成晶率；而且SiO气体大量溶入硅液后会导致单晶硅棒中氧的含量偏高，影响硅片成品率。为抵御这些不良影响，一般会在石英坩埚内表面施加I 3_厚的透明层，以减缓熔融硅液对石英坩埚的侵蚀。但透明层中也含有微气泡，在单晶炉低压高温环境下会膨胀变大，若与熔融硅液接触并破裂，会导致气泡中气体进入到熔融硅液中，而且会加快熔融硅液对石英坩埚的侵蚀速率。因此透明层的气泡膨胀性能对石英坩埚性能有非常重要的影响。但是，石英坩埚的气泡膨胀性能一般要在其使用过之后通过残片观察才能发现，不利于及时发现和控制。
发明内容为了克服现有技术中存在的不能及时发现和控制石英坩埚的气泡膨胀状况的问题，本实用新型提供一种石英坩埚气泡膨胀评价装置。本实用新型采用的技术方案是石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于包括具有双层结构的真空钢包、设在所述真空钢包内的加热炉、维持所述真空钢包内所需压力的配气装置和电气控制系统，所述真空钢包中间的夹层内设有水冷腔，所述夹层底端和前端上侧均设有进水孔，顶端和前端下侧均设有出水孔；所述真空钢包底部设有进气孔，顶部设有出气孔，前端设有将所述真空钢包门与真空钢包腔体密封的法兰，后端与所述配气装置连接；所述加热炉炉体内设有加热元件，炉体上端设有温度计；所述电气控制系统分别与所述温度计和配气装置连接。进一步，所述真空钢包顶端还设有用于测试所述真空钢包内压力的压力计。进一步，所述真空钢包底端设有万向轮。进一步，所述加热元件设在所述加热炉炉体内的四个侧壁上。进一步，所述装置还包括检修车，所述检修车设在所述真空钢包内，所述加热炉安装在所述检修车上。本实用新型所述装置可提供最闻O. 098Mpa的负压和最闻150CTC的闻温环境，并能根据需要设定时间。采用本装置可模拟单晶炉环境，对石英坩埚样片进行真空高温处理，然后切取断面观测透明层中气泡膨胀状况。本实用新型所述真空钢包为圆筒形双层结构，耐压术O. IMpa，冷却水由下部通入，上部流出，出水温度< 60°C。法兰与腔体间用硅橡胶垫片密封,法兰外沿分布六个螺栓,使其与真空钢包紧密连接。本实用新型所述加热炉包括炉壳、炉膛和炉衬等，炉壳为长方体，用不锈钢板焊接而成。炉膛和炉门采用陶瓷纤维板铺叠而成，炉膛顶部采用吊杆加强。炉衬的底部选用陶瓷纤维板，其它地方选用陶瓷纤维毯密封。炉膛底部铺耐火材料。本实用新型所述加热元件分布于加热炉2的内部四侧。通过电气系统4提供电源使加热元件发热。在设定加热程序并启动后，电气控制系统4将控制加热炉2自动完成一次加热过程。本实用新型所述配气系统的抽气装置选用真空泵，用真空计测量炉内压力，并采用断位开关控制炉膛内压力。进气、排气管选用不锈钢管，加装不锈钢阀门，进气量可由转子流量计和球阀等控制。该配气系统维持真空钢包内需要的压力，低于设定下限值时真空泵将启动抽气，待压力达到设定上限值时停止抽气。·本实用新型所述电气控制系统为独立的操作单元，具有连续PID调节、输出限幅、超温报警、断偶指示等功能。本实用新型使用时,取所需评价石英玻璃相■祸样片，面积约50mm*50mm,经纯水洗净，HF酸洗净，超声波洗净处理后放置于无尘室干燥，然后将样片放进上述评价装置的加热炉中。配气装置采用最大负压O. 098Mpa的真空泵，设定-O. 085Mpa -O. 090Mpa的压力范围，以电气控制系统辅助控制，对真空钢包内的压力进行调节。加热炉内放置好石英坩埚样片后，关闭炉门及真空钢包门，打开冷却水阀门并检查循环系统是否正常，关闭进气孔，打开出气孔。然后打开电气控制系统，启动配气装置，按设定程序完成抽气后真空泵自动关闭。然后启动加热程序开始加热，进行低压高温环境下的灼烧，加热程序运行完毕后关闭该装置。待样片冷却后使用切割机切取样片横截面薄片，在低倍率显微镜下观测微气泡膨胀状况。同时制作20mm*15mm*9_的表面光滑的样片，用红外分光光度计测量其透过率，得到样片内气泡膨胀的参考数据。将观测得到结果与标准样片结果进行比较，即可判断测试坩埚气泡膨胀性能。本实用新型的有益效果体现在方便快捷，能模拟单晶拉制环境，观察石英坩埚透明层气泡膨胀状态；为石英坩埚的质量控制及技术改良提供有效的参考依据。
图I是本实用新型整体结构示意图。
具体实施方式
参照图1，石英坩埚气泡膨胀评价装置，包括具有双层结构的真空钢包I、设在所述真空钢包I内的加热炉2、维持所述真空钢包I内所需压力的配气装置3和电气控制系统4，所述真空钢包I中间的夹层内设有水冷腔，所述夹层底端和前端上侧均设有进水孔5，顶端和前端下侧均设有出水孔6 ;所述真空钢包I底部设有进气孔7，顶部设有出气孔8，前端设有将所述真空钢包门11与真空钢包I腔体密封的法兰，后端与所述配气装置3连接；所述加热炉2炉体内设有加热元件，炉体上端设有温度计9 ;所述电气控制系统4分别与所述温度计9和配气装置3连接。[0021]进一步，所述真空钢包I顶端还设有用于测试所述真空钢包I内压力的压力计10。进一步，所述真空钢包I底端设有万向轮。进一步，所述加热元件设在所述加热炉2炉体内的四个侧壁上。进一步，所述装置还包括检修车12，所述检修12设在所述真空钢包I内，所述加热炉2安装在所述检修车12上。本实用新型所述装置可提供最闻O. 098Mpa的负压和最闻150CTC的闻温环境，并能根据需要设定加热时间。采用本装置可模拟单晶炉环境，对石英坩埚样片进行真空高温处理，然后切取断面观测透明层中气泡膨胀状况。本实用新型所述真空钢包I为圆筒形双层结构，耐压术O. IMpa，冷却水由下部通入，上部流出，出水温度< 60°C。法兰与真空钢包I腔体间用硅橡胶密封，法兰外沿分布六个螺栓，使其与真空钢包紧密连接。本实用新型所述加热炉2包括炉壳、炉膛和炉衬等，炉壳为长方体，用不锈钢板焊接而成。炉膛和炉门采用陶瓷纤维板铺叠而成，炉膛顶部采用吊杆加强。炉衬的底部选用陶瓷纤维板，其它地方选用陶瓷纤维毯密封。炉膛底部铺耐火材料。本实用新型所述加热元件分布于加热炉2的内部四侧。通过电气系统4提供电源使加热元件发热。在设定加热程序并启动后，电气控制系统4将控制加热炉2自动完成一次加热过程。本实用新型所述配气装置3的抽气装置选用真空泵，用真空计测量炉内压力，并采用断位开关控制炉膛内压力。进气、排气管选用不锈钢管，加装不锈钢阀门，进气量可由转子流量计和球阀等控制。该配气系统3维持真空钢包I内需要的压力，低于设定下限值时真空泵将启动抽气，待压力达到设定上限值时停止抽气。本实用新型所述电气控制系统4为独立的操作单元，具有连续PID调节、输出限幅、超温报警、断偶指示等功能。本实用新型使用时，取所需评价石英玻璃坩埚样片，面积约50mm*50mm，经纯水洗净，HF酸洗净，超声波洗净处理后放置于无尘室干燥，然后将样片放进上述评价装置的加热炉2中。配气装置3采用最大负压O. 098Mpa的真空泵，设定-O. 085Mpa -O. 090Mpa的压力范围，以电气控制系统4辅助控制，对真空钢包I内的压力进行调节。加热炉2内放置好石英坩埚样片后，关闭炉门及真空钢包门11，打开冷却水阀门并检查循环系统是否正常，关闭进气孔7，打开出气孔8。然后打开电气控制系统4，启动配气装置3，按设定程序完成抽气后真空泵自动关闭。然后启动加热程序开始加热，进行低压高温环境下的灼烧，加热程序运行完毕后关闭该装置。待样片冷却后使用切割机切取样片横截面薄片，在低倍率显微镜下观测微气泡膨胀状况。同时制作20mm*15mm*9_的表面光滑的样片，用红外分光光度计测量其透过率，得到样片内气泡膨胀的参考数据。将观测得到结果与标准样片结果进行比较，即可判断测试坩埚气泡膨胀性能。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1.石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于包括具有双层结构的真空钢包、设在所述真空钢包内的加热炉、维持所述真空钢包内所需压力的配气装置和电气控制系统，所述真空钢包中间的夹层内设有水冷腔，所述夹层底端和前端上侧均设有进水孔，顶端和前端下侧均设有出水孔；所述真空钢包底部设有进气孔，顶部设有出气孔，前端设有将所述真空钢包门与真空钢包腔体密封的法兰，后端与所述配气装置连接；所述加热炉炉体内设有加热元件，炉体上端设有温度计；所述电气控制系统分别与所述温度计和配气装置连接。
2.如权利要求I所述的石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于所述真空钢包顶端还设有用于测试所述真空钢包内压力的压力计。
3.如权利要求I所述的石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于所述真空钢包底端设有万向轮。
4.如权利要求I所述的石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于所述加热元件设在所述加热炉炉体内的四个侧壁上。
5.如权利要求I所述的石英坩埚气泡膨胀评价装置，其特征在于所述装置还包括检修车，所述检修车设在所述真空钢包内，所述加热炉安装在所述检修车上。
专利摘要本实用新型公开了一种石英坩埚气泡膨胀评价装置，包括具有双层结构的真空钢包、设在所述真空钢包内的加热炉、维持所述真空钢包内所需压力的配气装置和电气控制系统，所述真空钢包中间的夹层内设有水冷腔，所述夹层底端和前端上侧均设有进水孔，顶端和前端下侧均设有出水孔；所述真空钢包底部设有进气孔，顶部设有出气孔，前端设有将所述真空钢包门与真空钢包腔体密封的法兰，后端与所述配气装置连接；所述加热炉炉体内设有加热元件，炉体上端设有温度计；所述电气控制系统分别与所述温度计和配气装置连接。本实用新型方便快捷，能模拟单晶拉制环境，观察石英坩埚透明层气泡膨胀状态；为石英坩埚的质量控制及技术改良提供有效的参考依据。
文档编号G01N25/16GK202735277SQ20122032228
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者刘百明, 吴伟华, 袁江, 李常国, 周勇 申请人:杭州先进石英材料有限公司
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