大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐；其特征在于：包括爐體、爐蓋及爐底，在所述爐體內從外到里依次有爐殼、外層保溫屏、外層發熱體、沉積腔、內層發熱體及內層保溫屏。將需化學沉積的大尺寸石墨筒狀產品置于一個封閉的沉積腔體內，并通入反應氣體。而上述沉積腔體又置于由保溫材料構建的封閉的保溫腔體內，在沉積腔體及保溫腔體之間放置發熱體，發熱體應分別設置在沉積腔體的兩側，外層及內層的發熱體可獨立供電，獨立控制。本實用新型適用于大型筒狀炭/石墨制品表面涂層的氣相沉積爐，且具有爐膛升溫時間短，溫度分布均勻，空間使用合理的特點。
【專利說明】大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氣相沉積爐，具體來講是一種大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐。
【背景技術】
[0002]多晶硅是制備單晶硅和光伏發電最主要的原材料，特別是隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅的需求量迅速增長，但多晶硅的生產確是高能耗的產業。因此，世界各國都在競相開發能耗低，產能大的高純度多晶硅的制備方法。
[0003]目前，改良西門子法是制備高純多晶硅的主要方法，改良西門子法具有工藝成熟、經驗豐富、產品質量高等優點，但其具有工藝流程長、投資大、三氯氫硅還原率低、生產成本高、技術操作難度大等缺點。由于鐘罩式反應器只能采用間歇操作方式，在一定程度上限制了產能。而且多晶硅棒在拆裝和后續的破碎運輸階段容易引入雜質造成污染。
[0004]為了解決改良西門子法存在的問題，引入了流化床反應器生產多晶硅顆粒的方法。在流化床反應器中，含硅氣體通過氫還原反應生成單質硅并沉積到多晶硅顆粒表面。由于流化床反應器內參與反應的硅表面積大，使反應速率大大增加，所以該方法的生產效率高、電耗小、成本低，比較適用于大規模生產太陽能級多晶硅。但是，流化床反應器也存在一定的缺點，比如，化學氣相沉積高純度多晶硅的反應對溫度極為敏感，因此造成了反應生成的多晶娃會沉積到熱壁表面。
[0005] 石英和石墨是流化床反應器的重要結構材料，但石英構件表面沉積了一定量的多晶硅后，傳熱效率大大降低給傳熱造成了困難。而且由于石英的熱膨脹系數較多晶硅相差一個數量級，當多晶硅沉積在相應壁面后，會造成該構件的破損，給工業操作帶來安全隱患O
[0006]目前己有針對化學氣相沉積方法制備多晶硅的流化床反應器的專利。建議采用石墨作為反應器內襯材料或導流筒材料，但石墨雖熱膨脹系數與多晶硅相接近但強度低下經不起多晶硅顆粒的摩擦會出現掉渣等現象，同時污染了多晶硅。需要在石墨表面沉積一層高硬度、高耐磨的碳化硅涂層。
[0007]石墨表面沉積碳化硅的工藝方法目前已比較成熟，但由于多晶硅流化床尺寸巨大，需要大規格筒狀石墨材料做表面氣相沉積碳化硅處理。目前，工業上廣泛應用的氣相沉積爐其爐膛型式基本都是圓筒狀，即在爐體內設有一個圓筒形加熱區，直徑不大，一般在500mm以下。無法適應大型炭/石墨材料產品的生產需求，只能對小型炭/石墨制品作氣相沉積。
[0008]即使爐膛尺寸能滿足大型炭/石墨材料產品的生產需求，但由于其爐膛尺寸太大，爐子升溫時間長，爐膛各部溫差也大直接影響了沉積質量，從而造成爐膛空間浪費，從而增加了能耗。
實用新型內容[0009]本實用新型的目的在于在此提供一種適用于大型筒狀炭/石墨制品表面涂層的氣相沉積爐，且具有爐膛升溫時間短，溫度分布均勻，空間使用合理的特點。
[0010]本實用新型是這樣實現的，構造一種大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐；其特征在于:
[0011]包括爐體、爐蓋及爐底，在所述爐體內從外到里依次有爐殼、外層保溫屏、外層發熱體、沉積腔、內層發熱體及內層保溫屏；所述的沉積腔為環狀，由沉積腔外壁、沉積腔內壁、沉積腔頂蓋及沉積腔底板組成；沉積腔底板上有進氣孔；
[0012]所述沉積腔外壁的外側配置有外層發熱體，所述的沉積腔內壁的外側配置有內層發熱體；所述的內層發熱體的內側有內層保溫屏；所述的爐底配置有支承件徹體；所述內、外層保溫屏的頂部設有保溫蓋，下部設有保溫墊層；由外層保溫屏、內層保溫屏、保溫蓋及保溫墊層構成了一個封閉的環狀保溫腔；進氣管設于爐底，進氣管為金屬接管；分別從爐底進入，進氣管分布于支承件徹體兩個同心環之間；進氣管的內口處有氣體分布罩；氣體分布罩為空心圓柱狀，四周及頂面均勻布滿小孔。
[0013]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述的沉積腔底板的進氣孔是沿所述沉積腔的底部呈均勻分布的。
[0014]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述的沉積腔內設有熱電偶A，熱電偶A從上部插入，并固定在爐蓋上；保溫腔內設有熱電偶B和熱電偶C，熱電偶B從側面插入，并固定在爐殼上，熱電偶C從上部插入到沉積腔內壁與內層發熱體之間的空隙中，并固定在爐蓋上。
[0015]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述沉積腔是通過支承件砌體支承在保溫腔中間的，整個支承件砌體呈兩個同心環狀，支承件砌體的上部通過沉積腔底板支承了整個沉積腔，支承件砌體的下部支承在爐底內填的耐火材料層上。
[0016]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:外層發熱體及內層發熱體與各自的發熱體接出電極相連從爐底接出，內、外層發熱體分別與各自的加熱電源相連，各自通過熱電偶A及熱電偶C實現獨立控制。
[0017]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述爐體由鋼板制作，所述爐底由鋼板制作，爐底上環形分布了 6根進氣管，爐底上還有供電流進出的4根發熱體接出電極，爐底與發熱體接出電極接觸處有密封結構，所述爐體、爐蓋及爐底其外殼均包括殼體及冷卻水套，從而保證金屬殼體的有效冷卻。
[0018]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:氣體分布罩采用金屬制作；內、外層發熱體均采用石墨材料制作。
[0019]根據本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述爐蓋上還有排氣管，所述爐蓋可采用快開結構。
[0020]本實用新型所涉及的技術原理如下:將需化學沉積的大尺寸石墨筒狀產品置于一個封閉的沉積腔體內，并通入反應氣體。而上述沉積腔體又置于由保溫材料構建的封閉的保溫腔體內，在沉積腔體及保溫腔體之間放置發熱體，發熱體應分別設置在沉積腔體的兩側，外層及內層的發熱體可獨立供電，獨立控制。
[0021]大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，包括爐體、爐蓋及爐底，在所述爐體內從外到里依次有爐殼、外層保溫屏、外層發熱體、沉積腔、內層發熱體及內層保溫屏。所述的沉積腔為環狀，由沉積腔外壁、沉積腔內壁、沉積腔頂蓋及沉積腔底板組成，沉積腔底板上有進氣孔；所述沉積腔外壁的外側配置有外層發熱體，所述的沉積腔內壁的外側配置有內層發熱體；所述的內層發熱體的內側有內層保溫屏；所述的爐底配置有支承件徹體及保溫材料襯里并有環狀分布的多個進氣通道；所述內、外層保溫屏的頂部設有保溫蓋，下部設有保溫墊層。采用上述技術方案可以使沉積腔形成一個封閉空間并置于由內外保溫屏及上下保溫屏構成的封閉空間內，發熱體分別分布在沉積腔的兩側，這樣有利于快速升溫和內部溫度分布的均一。
[0022]所述的沉積腔底板的進氣孔應是沿所述沉積腔的底部呈均勻分布的，保障反應氣的均勻。所述的沉積腔內應有熱電偶用于測溫，熱電偶應首選從上部插入，并固定在爐蓋上。以便正確地測定沉積腔的溫度。所述的保溫腔內也應有熱電偶用于測溫，一支熱電偶可以從側面插入，并固定在爐殼上，目的用于監視外層發熱體的加熱及傳熱狀況；另一支熱電偶可以從上部插入到沉積腔內壁與內層發熱體之間的空隙中，并固定在爐蓋上，目的用于監視內層發熱體的加熱及傳熱狀況。
[0023]通過沉積腔熱電偶及保溫腔熱電偶可達到有效地控制爐內的溫度的目的。
[0024]所述的外層發熱體及內層發熱體分別通過各自的接口電極分別連接到獨立的供電電源上，并實現獨立控制。這樣可以根據熱電偶指示的溫度有效地實現溫度控制，也保證了爐內溫度的均一性。
[0025]本實用新型所涉及的爐體、爐蓋及爐底其外殼均包括殼體及冷卻水套，從而保證金屬殼體的有效冷卻。
[0026]所述沉積腔是通過支承件砌體支承在保溫腔中間的，整個支承件砌體呈兩個同心環狀，支承件砌體的上部通過沉積腔底板支承了整個沉積腔，支承件砌體的下部支承在爐底的耐火材料層上。支承件材料可優先選擇炭/炭復合材料或高強度人造石墨材料。
[0027]本實用新型中，進氣管設于爐底，可分別從爐底若干處的接管進入，接管應分布于支承件徹體兩個同心環之間。接管的內口處有氣體分布罩。氣體分布罩為空心圓柱狀，薄壁，四周及頂面均勻布滿小孔，接管口徑和數量視通氣量及通氣壓力確定。氣體分布罩可選用金屬制作，如不銹鋼等。
[0028]本實用新型中，發熱體可用石墨材料制作，保溫材料優先選擇炭氈或泡沫炭。
[0029]本實用新型的優點在于:本實用新型所述的大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐；采用本實用新型所述的氣相沉積爐的結構，對于大尺寸的環狀石墨件可以實現有效的氣相沉積，由于采用了外層發熱體及內層發熱體及封閉的沉積腔有助于提高沉積腔內溫度的均一性。另外，內、外層發熱體分別由熱電偶監視溫度，分別由獨立的電源供電及控制有效保證了內、外層發熱體的同步加熱，進一步有效保證了沉積腔溫度的一致性。采用本實用新型所述的氣相沉積爐的結構，由保溫材料構建成一個環狀的保溫腔，內中包括沉積腔及內、外層發熱體，在保證大尺寸的環狀石墨件氣相沉積的同時，縮小的加熱的空間及區域，能有效地縮短升溫時間并提高了空間的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐結構示意圖[0031]其中:1、爐蓋，2、沉積腔內壁，3、內層發熱體，4、爐體，5、內層保溫屏，6、爐底，7、發熱體接出電極，8、進氣管，9、支承件徹體，10、氣體分布罩，11、保溫墊層，12、沉積腔底板，13、沉積腔外壁，14、外層保溫屏，15、熱電偶A，16、外層發熱體，17、保溫蓋，18、熱電偶B，19、熱電偶C，20、排氣管，21、沉積腔頂蓋，22、爐殼。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合附圖1對本實用新型進行詳細說明，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0033]如圖1所示，本實用新型在此提供一種適用于大型筒狀炭/石墨制品表面涂層的氣相沉積爐，且具有爐膛升溫時間短，溫度分布均勻，空間使用合理的特點。本實用新型包括爐體4、爐蓋I及爐底6，在所述爐體4內從外到里有爐殼22、圓筒形外層保溫屏14、夕卜層發熱體16、沉積腔外壁13、沉積腔內壁2、內層發熱體3及內層保溫屏5。
[0034]由外層保溫屏14、內層保溫屏5、保溫蓋17及保溫墊層11構成了一個封閉的環狀保溫腔；由沉積腔外壁13、沉積腔內壁2、沉積腔頂蓋21及沉積腔底板12構成了一封閉的環狀沉積腔。在沉積腔及保溫腔之間設置有外層發熱體16及內層發熱體3。熱電偶B18插入沉積腔內，熱電偶A 15及熱電偶C19分別插在沉積腔外側靠外層發熱體14及內層發熱體3的附近，分別用于監視及控制內、外層發熱體3、16的發熱狀況。
[0035]內、外層發熱體3、16均采用石墨材料制作。以上所述的沉積腔是通過環狀的支承件徹體9支承在保溫腔之中，支承件徹體9支承在爐底6的耐火材料填充物上。
[0036]支承件徹體9用炭/炭復合材料構筑。在以上所述的沉積腔內可裝入大型石墨套工件，作氣相沉積時沉積用氣體從爐底6上的進氣管8進入，通過氣體分布罩10及沉積腔底板12進入沉積腔內。氣體分布罩10的側壁及頂部均勻分布了無數個小孔；沉積腔底板12上也均勻分布了若干個孔，保證沉積氣體能均勻地進入沉積腔內。爐底6上的進氣管8有多個，呈環形分布，在本實例中安裝了 6個進氣管，確保進氣均勻。
[0037]本實用新型中，氣體分布罩10用不銹鋼制作；所述的進氣管8為金屬接管。
[0038]本實用新型中，外層發熱體16及內層發熱體3與各自的發熱體接出電極7相連從爐底6接出，內、外層發熱體3、16分別與各自的加熱電源相連，各自通過熱電偶A15及熱電偶C19實現獨立控制。熱電偶A15及熱電偶C19分別從爐的側面及上部插入爐內。
[0039]本實用新型中，爐蓋I由鋼板制作，上有熱電偶B18及熱電偶C19固定接管及法蘭，還有排氣管20的接管及法蘭，為確保爐蓋I的金屬件不會過熱，爐蓋I上帶有冷卻水套；其中爐蓋I可以采用快開結構，便于快速開啟。
[0040]本實用新型中，爐體4由鋼板制作，上有固定熱電偶A15的接管和法蘭，為確保爐體4的金屬件不會過熱，爐體4上帶有冷卻水套。
[0041]本實用新型中，爐底6由鋼板制作，內填耐火材料，是整個爐的承重部件，電流及氣流都從爐底6處引入。在本實例中，爐底6上環形分布了6根進氣管8，包括它的接管和法蘭；爐底6上還有供電流進出的4根發熱體接出電極7，爐底6與發熱體接出電極7接觸處應有密封結構，并設有冷卻水套。[0042]如圖所示I的沉積腔內可以堆碼圓筒狀石墨套制品，可裝入外徑大于I米，內徑不小于0.6米的制品，完成碳化硅的氣相沉積。
[0043]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐；其特征在于: 包括爐體(4)、爐蓋(I)及爐底(6)，在所述爐體(4)從外到內里依次有爐殼(22)、外層保溫屏(14)、外層發熱體(16)、沉積腔、內層發熱體(3)及內層保溫屏(5)； 所述的沉積腔為環狀，由沉積腔外壁(13)、沉積腔內壁(2)、沉積腔頂蓋(21)及沉積腔底板(12)組成；沉積腔底板(12)上有進氣孔； 所述沉積腔外壁(13)的外側配置有外層發熱體(16)，所述的沉積腔內壁(2)的外側配置有內層發熱體(3);所述的內層發熱體(3)的內側有內層保溫屏(5);所述的爐底(6)配置有支承件砌體(9);所述內、外層保溫屏(5、14)的頂部設有保溫蓋(17)，下部設有保溫墊層(11)； 由外層保溫屏(14)、內層保溫屏(5)、保溫蓋(17)及保溫墊層(11)構成了一個封閉的環狀保溫腔； 進氣管(8)設于爐底(6)，進氣管(8)為金屬接管；分別從爐底(6)進入，進氣管(8)分布于支承件砌體(9)兩個同心環之間；進氣管(8)的內口處有氣體分布罩(10);氣體分布罩(10)為空心圓柱狀，四周及頂面均勻布滿小孔。
2.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述的沉積腔底板(12)的進氣孔是沿所述沉積腔的底部呈均勻分布的。
3.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述的沉積腔內設有熱電偶A (18)，熱電偶A (18)從上部插入，并固定在爐蓋(I)上； 保溫腔內設有熱電偶B (15)和熱電偶C (19)，熱電偶B (15)從側面插入，并固定在爐殼上，熱電偶C (19)從上部插入到沉積腔內壁與內層發熱體(3)之間的空隙中，并固定在爐蓋(I)上。
4.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述沉積腔是通過支承件砌體(9)支承在保溫腔中間的，整個支承件砌體(9)呈兩個同心環狀，支承件砌體(9)的上部通過沉積腔底板(12)支承了整個沉積腔，支承件砌體(9)的下部支承在爐底(6)內填的耐火材料層上。
5.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:外層發熱體(16)及內層發熱體(3)與各自的發熱體接出電極(7)相連從爐底(6)接出，內、外層發熱體(3、16)分別與各自的加熱電源相連，各自通過熱電偶A (15)及熱電偶C (19)實現獨立控制。
6.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述爐體(4)由鋼板制作，所述爐底(6)由鋼板制作，爐底(6)上環形分布了 6根進氣管(8)，爐底(6)上還有供電流進出的4根發熱體接出電極(7)，爐底(6)與發熱體接出電極(7)接觸處有密封結構， 所述爐體(4)、爐蓋(I)及爐底(6)其外殼均包括殼體及冷卻水套，從而保證金屬殼體的有效冷卻。
7.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:氣體分布罩(10)采用金屬制作；內、外層發熱體(3、16)均采用石墨材料制作。
8.根據權利要求1所述大型石墨套碳化硅涂層用氣相沉積爐，其特征在于:所述爐蓋(I)上還有排氣管(20 )，所述爐蓋(I)采用快開結構。
【文檔編號】C23C16/44GK203530428SQ201320671039
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】鄭淵 申請人:成都潤封電碳有限公司