爐體結(jié)構(gòu)

一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)專利目的

《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理、具有更高的強(qiáng)度、爐內(nèi)熱量輻射損失更小、可提高硅棒的沉積生長效率以及保證硅棒的均勻生長的48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)，主要針對具有48對電極的爐體結(jié)構(gòu)。

一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》采用如下技術(shù)方案：一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)，爐體部分包括有外壁、夾層和內(nèi)壁，內(nèi)壁與夾層連接，夾層與外壁連接，夾層內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)件，其特征在于：內(nèi)件包括X型加強(qiáng)筋及頂部物料進(jìn)氣管；所述內(nèi)壁為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，外層為殼體，中間層為納米微孔隔熱層，內(nèi)層為納米銀涂層，納米微孔隔熱層附著于外層的內(nèi)表面，納米銀涂層則附著于納米微孔隔熱層的內(nèi)表面，納米微孔隔熱層采用納米微孔隔熱材料制成；在夾層內(nèi)設(shè)有由底向上圍繞內(nèi)壁外部呈螺旋上升的若干組X型加強(qiáng)筋，X型加強(qiáng)筋的兩端分別與外壁及內(nèi)壁連接固定；在爐體的夾層內(nèi)設(shè)有由底向上圍繞內(nèi)壁外部呈螺旋上升的爐體頂部物料進(jìn)氣管，進(jìn)氣管自爐體的頂部伸入內(nèi)壁中。

納米微孔隔熱材料具有巨大的比表面積，納米顆粒之間的接觸為極小的點(diǎn)接觸，點(diǎn)接觸的熱阻非常大，使得材料的傳導(dǎo)傳熱效應(yīng)變得非常小，導(dǎo)致納米級微孔隔熱材料的傳導(dǎo)傳熱系數(shù)非常??；納米顆粒之間形成大量的納米級氣孔，其尺寸平均在20納米，而靜止空氣的分子常溫下的平均熱運(yùn)動(dòng)自由程為60納米，這樣就把空氣分子鎖閉在粉料納米氣孔之內(nèi)，使得靜止空氣分子之間的微小對流傳熱作用消失，因而納米微孔隔熱材料的常溫導(dǎo)熱系數(shù)比靜止的空氣還要低；在高溫下，傳熱的主要作用是熱輻射，納米微孔隔熱材料添加特殊的紅外添加劑，在高溫下阻止和反射紅外射線，把輻射傳熱作用降低到最低點(diǎn)，使得材料高溫下的輻射傳熱系數(shù)降低到最低值，從而有效降低爐內(nèi)熱量的流失。

進(jìn)一步地，進(jìn)氣管的進(jìn)氣口設(shè)于外壁的底部，而進(jìn)氣管位于內(nèi)壁中的末端連接有一半球型進(jìn)氣噴頭，進(jìn)氣噴頭的半球面上均勻分布有若干出氣孔。該進(jìn)氣管可以將物料氣通向爐體頂部，作為輔助進(jìn)氣通道與還原爐的底盤主進(jìn)氣噴嘴配合，為還原爐提供更為均勻的物料氣分布，使得多晶硅能夠更均勻的生長。

進(jìn)一步地，所述夾層內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)件，其內(nèi)部形成夾層冷卻水通道，在外壁的底部設(shè)有夾層冷卻水通道的進(jìn)水口，在外壁的頂部設(shè)有夾層冷卻水通道的出水口。進(jìn)一步地，所述納米銀涂層為反射率95％以上的高反射率納米銀涂層，該納米銀涂層的厚度為0.5～2毫米，納米銀涂層能夠?qū)t內(nèi)紅外輻射有效的反射回爐內(nèi)，從而減少爐內(nèi)熱量的輻射散失。并且納米銀涂層的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高達(dá)961℃，能夠很好地適應(yīng)爐內(nèi)的高溫和腐蝕性工作環(huán)境。涂層具有良好的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱率（420瓦/米·度）接近鐵導(dǎo)熱率的七倍，良好的導(dǎo)熱性使得爐內(nèi)具有趨熱性的氯化氫氣體在涂層表面形成一層氣體層，氣體層能夠有效防止?fàn)t內(nèi)硅粉塵在內(nèi)壁上的沉積。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)壁的殼體采用碳鋼等合金材料制成，而X型加強(qiáng)筋通過焊接或鑄造加工方式連接于內(nèi)壁的外部殼體上。

進(jìn)一步地，所述X型加強(qiáng)筋的截面呈X形狀，X型加強(qiáng)筋形成兩個(gè)三角形對頂結(jié)構(gòu)，兩個(gè)三角形底部分別連接于內(nèi)壁外側(cè)與外壁內(nèi)側(cè)。三角形穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)能夠?yàn)闋t體內(nèi)外壁提供有效的結(jié)構(gòu)支撐，從而加強(qiáng)爐體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述X型加強(qiáng)筋的交叉位置設(shè)置為圓角結(jié)構(gòu)，通過圓角處理，可避免X型加強(qiáng)筋截面的幾何形狀突變，從而減緩X型加強(qiáng)筋內(nèi)部的應(yīng)力集中情況，提高其耐疲勞強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述X型加強(qiáng)筋為中空結(jié)構(gòu)，其下部及上部與夾層形成的冷卻水通道連通。夾層中的冷卻水可以通過X型加強(qiáng)筋的中空部分沿其分布路徑螺旋上升，直接到達(dá)夾層頂部，不用將冷卻水充滿整個(gè)夾層也能達(dá)到冷卻作用，并且，加強(qiáng)筋的X型截面中空部通水后可起到“散熱板”的作用，增大冷卻水與金屬壁的接觸面積，從而提高冷卻水的散熱效率。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣管附著于所述X型加強(qiáng)筋上并沿X型加強(qiáng)筋延伸至外壁的頂部，如此可無需為該進(jìn)氣管重新設(shè)計(jì)進(jìn)氣通道，從而提高爐體的使用功能，降低爐體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。同時(shí)，螺旋形通道也可起到均勻吸收夾層冷卻水熱量的作用。

進(jìn)一步地，所述半球型進(jìn)氣噴頭的噴頭半球面部分豎直朝下設(shè)置，噴頭半球面上的出氣孔沿噴頭半球面的半徑方向設(shè)置。半球型腔可以對進(jìn)氣管中的物料氣起到緩沖降壓的作用，降低了物料氣對爐內(nèi)硅棒的氣流沖擊，為還原爐頂部提供了流動(dòng)較為溫和的進(jìn)氣。

同時(shí)，氣體物料從半球型進(jìn)氣噴頭半球面的出氣孔中噴出。從噴頭中部出氣孔中噴出的氣體可以為爐內(nèi)多晶硅棒頂部連接橋提供均勻的物料氣，避免了多晶硅棒頂部連接橋爆米花狀沉積的產(chǎn)生，更有力與提高對晶硅的成長質(zhì)量，并且，從噴頭中部出氣孔中噴出的氣體可以為爐內(nèi)多晶硅棒頂部連接橋進(jìn)行一定的降溫。從噴頭外徑出氣孔中噴出的氣體可以為整個(gè)爐內(nèi)物料氣體的循環(huán)起到氣體導(dǎo)流的作用，進(jìn)一步的提升還原爐內(nèi)物料氣體的均勻分布，為多晶硅的均勻生長體用了更有利的生長環(huán)境。

《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》所需的爐體冷卻水通過爐體外壁底部的冷卻水進(jìn)水口進(jìn)入爐體夾層，當(dāng)冷卻水充滿夾層后，由爐體外壁頂部的夾層冷卻水出水口排除。其中，一部分冷卻水通過由夾層底向上圍繞內(nèi)壁外部呈螺旋上升的X型加強(qiáng)筋的中空處，沿著X型加強(qiáng)筋的螺旋上升軌跡直接到達(dá)夾層頂部空間，從而起到非常好的冷卻效果。而物料氣體從爐體外壁底部的進(jìn)氣口進(jìn)入，然后由底向上通過圍繞內(nèi)壁外部呈螺旋上升的物料進(jìn)氣管到達(dá)爐體頂部，最后通過進(jìn)氣管末端的半球型進(jìn)氣噴頭噴入還原爐內(nèi)供料，為還原爐提供更為均勻的物料氣分布，使得多晶硅能夠更均勻地生長。在夾層內(nèi)設(shè)置由底向上圍繞內(nèi)壁外部呈螺旋上升的X型爐體加強(qiáng)筋可提高整個(gè)爐體的強(qiáng)度。設(shè)置納米銀涂層使?fàn)t內(nèi)熱輻射經(jīng)爐體內(nèi)壁內(nèi)部高反射率納米銀涂層反射后，有效反射回爐體內(nèi)部，大幅降低熱量損失。在爐體內(nèi)壁中間設(shè)置納米微孔隔熱材料進(jìn)一步隔絕了爐內(nèi)熱量向外散失。從而使本爐體結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及承壓能力，能夠使?fàn)t內(nèi)物料氣體更流暢地循環(huán)，并有效地減少爐內(nèi)熱量的輻射損失，更有利于多晶硅的快速、均勻成長。

《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》涉及多晶硅制備裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多晶硅還原爐的爐體結(jié)構(gòu)。

圖1為《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》X型加強(qiáng)筋分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為《一種48對棒還原爐爐體結(jié)構(gòu)》物料進(jìn)氣管分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為爐體壁結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為半球型進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。

1為外壁，2為夾層，21為X型加強(qiáng)筋，22為出水口，23為進(jìn)水口，24為進(jìn)氣口，3為內(nèi)壁，31為納米銀涂層，32為納米微孔隔熱層，33為殼體，4為進(jìn)氣噴頭，41為噴頭半球面，42為出氣孔，5為進(jìn)氣管。