多晶硅铸锭炉升降机构设计new

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1、万方数据太原科技2008年第9期儆嘟凹画

2、∞粼耻饱@∞⋯、：。．’、、，．．。i，卅J—i毒．．砧旃：舢氨确×峨蝈圈■■——■————————■——●■●—●——————_文章编号：1006-4877(2008)09-0073-03多晶硅籍锭炉算降机均设计术张金凤，赵雪峰，程建平(中国电子科技集团公司第二研究所。山西太原030024)摘要：简要认识了太阳能电池用多晶硅铸锭炉的工作原理及结构组成。重点介绍了多晶硅铸锭炉中的炉门升降装置和隔热框升降装置的结构设计。关键词：多晶硅铸锭妒；炉门升降；隔热框升降；波纹管中圈分类号：TF063文献标志码：A多晶硅铸锭炉主要用来生

3、产太阳能电池用的多晶硅锭。是整个光伏产业链中的关键设备，它技术难度高。使用量大。目前，国内生产商使用的多晶硅铸锭炉大多为国外进口设备(美国和德国)，价格昂贵。随着太阳能产业快速发展，国内数家机构开始对多晶设备进行研制开发。中国电子科技集团公司第二研究所作为其中的一家研发机构。已对该设备的关键技术研制成功。并生产小批量产品投入市场应用。1多晶硅铸锭炉介绍1．1多晶硅铸锭炉的工作原理多晶硅铸锭炉采用的晶体生长方法主要为定向凝固法。其工作原理由升温预热、硅料熔化、晶体生长、退火去内应力4个过程完成。多晶硅铸锭炉在预热之前，炉体内预抽真空．可升降保温层与固定的底部隔热层留有

4、搭接间隙。保证了加热时内部热量损失小，加热区温场均匀性好。当硅料完全熔化开始结晶时，充人氩气，隔热框架升降装置将保温层缓慢向上提升，坩埚底部通过保温层与隔热层之间的距离散热，吸热氩气与水冷炉壁进行热量置换后产生降温，形成温度梯度，晶体从坩埚底部逐渐向上定向生长，液相温度梯度接近常数。真空机组和充气质量流量控制器相互匹配。使炉体内压力保持恒定设定值。1．2多晶硅铸锭炉结构组成多晶硅铸锭炉真空炉体采用不锈钢材料双层水冷结构和立式安装。由上下两部分组成，开下炉门装料。真空系统由两级真空泵、机械泵和罗茨泵组幸国家高技术研究发展计划项目(2006AA052407)收稿日期：2

5、008-07—17；修回日期：2008-08—17作者简介：张金凤(1962一)，女，山西运城人。1984年7月毕业于长安大学，高级工程师。·符·成，并配有旁路比例阀抽气系统。一加热采用石墨加热体，隔热层为优质石墨毡，晶闸管变压器供电。氩气气体控制采用质量流量控制阀通过自动控制实现炉内压力平衡。测温控制通过分别置于炉内不同位置的热电偶来实现；红外测温仪对炉内硅料进行监测，判断硅料状态。控制系统由工作站、主控制器、加热控制单元等组成。主要完成真空度控制、炉内温度控制、炉内压力平衡控制、炉门升降控制、保温层升降位移量控制、坩埚破裂检测控制等。2多晶硅铸锭炉的升降机构多晶

6、硅铸锭炉中升降机构包括两部分：炉门升降机构和隔热框架升降机构．尤其是后者．各个零件的设计及选用对设备性能指标有很大的影响。2．1炉门升降机构炉门升降机构安装在整个设备中部和炉体外围，主要作用是平稳升降铸锭炉下炉门，使之打开、关闭，完成进出料工序，并通过炉门升降机构来实现真空炉体上下密封．硅料坩埚进入加热区的功能。2．2炉门升降机构的组成炉门升降机构主要由直流电机、同步带轮组、滚珠丝杠、挠性软轴、抱闸机构及连轴器等部件组成l”(见第74页图1)。炉门升降运动主要由3套滚珠丝杠来实现，分别安装在炉体的3个支撑柱和下炉门之间(1200内均匀布置)，3个滚珠丝杠间通过两根软

7、轴连接，并改变转动方向，实现提升。直流电机安装在中间支撑柱顶部。通过一对同步带轮减速后由双向传动轴、联轴器输出扭矩。2．3炉门升降机构的设计滚珠丝杆选型设计主要考虑最大提升重量、提万方数据太原科技2008年第9期礅。暂凹盛触岛@o．可匿@∞—●■—————■—■■●■嘲哪礴露溉也l?：“h·’987654321l一下炉门；2一上炉体；3一直流电机；仁同步带轮组；孓_滚珠丝杠；扣抱闸机构；7一连轴器；8一软轴；9一支撑柱1-a炉门升降机构1一b炉门升降机构俯视图图1炉门升降机构图升速度、提升平稳性(即运动精度)这3个参数。最大提升重量计算应该等于炉门重量、夹层水重量、

8、装料最大重量、坩埚重量之和．选用3根滚珠丝杠副来对其进行提升。每根丝杆承受重量不小于平均值的1．2倍．提升速度选取范围参考国外相关设备选择0～2m／rain。炉门升降运动平稳性要求不算高，选择Ⅶ～Ⅷ级中等精度即可满足要求。选择滚珠丝杆的结构为蜗杆型，单根提升重量为5t，丝杆直径为38mmM。软轴选择设计：软轴(柔性轴)传动目前在国内机械运动部件中采用的还较少．关键是国内相关制造技术达不到。本设备选用的是进口零件．轴径选型满足最大设计扭矩，最小曲率半径为450mm，满足提升结构要求，使设备整体结构紧凑。升降电机选择：型号为直流电机。最大功率要满足提升负载要求，扭矩