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Mit anderen Worten wird in der Einkristallherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Kühlzylinder derart angeordnet, dass er einen zu ziehenden Einkristall umgibt, der Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator mit einem Spalt, der zwischen dem Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator und dem Umfang des Kühlzylinders vorgesehen ist, derart angeordnet ist, dass er den Kühlzylinder umgibt, und das wärmeabschirmende Element in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der Rohstoffschmelze und dem zu ziehenden Einkristall am unteren Ende des Kühlzylinder-Umfangswärmeisolators derart angeordnet ist, dass es den zu ziehenden Einkristall umgibt.
In other words, in the single crystal production apparatus of the present invention, the cooling cylinder is disposed in such a way as to surround a single crystal being pulled, the cooling-cylinder-peripheral heat insulator is disposed with a gap provided between the cooling-cylinder-peripheral heat insulator and the periphery of the cooling cylinder in such a way as to surround the cooling cylinder, and the heat-shielding member is disposed, near an interface between the raw material melt and the single crystal being pulled, at a lower end of the cooling-cylinder-peripheral heat insulator, in such a way as to surround the single crystal being pulled.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speziell beschrieben, indem die Herstellung eines Silizium-Einkristalls als Beispiel mit Bezug auf die Zeichnungen aufgegriffen wird, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described specifically by taking up production of a silicon single crystal as an example with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
Zuerst wird in Fig. 1eine schematische Darstellung eines Querschnittskonfigurationsbeispiels für einen Aufbau um einen Kühlzylinder der Einkristallherstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung herum gezeigt.
First, in FIG. 1, a schematic diagram of a cross-section configuration example of a structure around a cooling cylinder of the single crystal production apparatus of the present invention is depicted.
Eine Einkristallherstellungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung hat einen Aufbau, bei dem eine hohlzylindrische Kammer ausgebildet ist, und die Kammer besteht aus einer Kühlkammer 12a, die einen unteren Zylinder bildet, und einer Ziehkammer 12b, die einen oberen Zylinder bildet, der mit der Kühlkammer 12a gekoppelt und fixiert ist.
A single crystal production apparatus 1of the present invention has an appearance formed as a hollow cylindrical chamber, and the chamber is formed of a cooling chamber 12a forming a lower cylinder and a pull chamber 12b forming an upper cylinder coupled and fixed to the cooling chamber 12a.
In der Mitte ist ein Tiegel 2 angeordnet, und der Tiegel hat einen doppelten Aufbau und besteht aus einem Quarz-Innenhalter (nachfolgend einfach als „Quarztiegel 2a ” bezeichnet) mit der Form eines geschlossenen Zylinders und einem Graphitaußenhalter (nachfolgend einfach als „Graphittiegel 2b ” bezeichnet) gebildet, der auch die Form eines geschlossenen Zylinders hat, wobei der Graphitaußenhalter so angepasst ist, dass er das Äußere des Quarztiegels 2a hält.
At the center thereof, a crucible 2is disposed, and the crucible has a double structure and is formed of a quartz inner holder (hereinafter simply referred to as a “quartz crucible 2a”) having the shape of a closed-end cylinder and a graphite outer holder (hereinafter simply referred to as a “graphite crucible 2b”) also having the shape of a closed-end cylinder, the graphite outer holder adjusted to hold the outside of the quartz crucible 2a.
Auf der Außenseite des Tiegels 2 mit dem doppelten Aufbau ist eine Heizeinrichtung 3 angeordnet, um das Äußere der Heizeinrichtung 3 ist ein wärmeisolierender Zylinder 9 konzentrisch angeordnet, unter dem wärmeisolierenden Zylinder 9 und am Boden der Vorrichtung ist eine wärmeisolierende Platte 10 angeordnet und über dem wärmeisolierenden Zylinder 9 ist ein wärmeisolierendes Element 11 angeordnet.
On the outside of the crucible 2having the double structure, a heater 3is disposed, around the outside of the heater 3, a thermal insulating cylinder 9is disposed concentrically, below the thermal insulating cylinder 9and at the bottom of the apparatus, a thermal insulating plate 10is disposed, and, above the thermal insulating cylinder 9, a thermal insulating member 11is disposed.
Ein Silizium-Rohstoff von vorbestimmtem Gewicht, der in den Tiegel 2 gegeben wird, wird geschmolzen und die Rohstoffschmelze 4 wird gebildet.
A silicon raw material of a predetermined weight that is charged into the crucible 2is melted, and raw material melt 4is formed.
Ein Impfkristall 8 wird in die Oberfläche der so gebildeten Rohstoffschmelze 4 getaucht, der Tiegel 2 wird mittels einer Stützwelle 7 gedreht und ein Silizium-Einkristall 5 wird auf einer unteren Endfläche des Impfkristalls 8 durch Ziehen einer Ziehwelle 6 nach oben wachsen gelassen, während sich die Ziehwelle 6 in der Richtung dreht, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in die der Tiegel 2 gedreht wird.
A seed crystal 8is immersed in the surface of the raw material melt 4thus formed, the crucible 2is rotated by a support shaft 7, and a silicon single crystal 5is grown on a lower end surface of the seed crystal 8by pulling a pulling shaft 6upward while rotating the pulling shaft 6in a direction opposite to the direction in which the crucible 2is rotated.
Hier in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der Rohstoffschmelze 4 und dem Einkristall 5 wird ein wärmeabschirmendes Element 15 mit einem wärmeisolierenden Material derart angeordnet, dass es den Einkristall 5 umgibt.
Here, near an interface between the raw material melt 4and the single crystal 5, a heat-shielding member 15having a heat insulating material is disposed in such a way as to surround the single crystal 5.
Dieses wärmeabschirmende Element 15 macht es möglich, Strahlungswärme zu unterdrücken, die auf den Einkristall 5 übertragen wird, der aus der Rohstoffschmelze 4 wachsen gelassen wird.
This heat-shielding member 15makes it possible to suppress radiant heat applied to the single crystal 5which is being grown from the raw material melt 4.
Als Material des wärmeabschirmenden Elements 15 kann zum Beispiel Graphit, Molybdän, Wolfram, Siliziumcarbid, Graphit, dessen Oberfläche mit Siliziumcarbid beschichtet ist, oder dergleichen verwendet werden.
As the material of the heat-shielding member 15, for example, graphite, molybdenum, tungsten, silicon carbide, graphite whose surface is coated with silicon carbide, or the like can be used.
Allerdings ist das Material nicht darauf beschränkt.
However, the material is not limited thereto.
Wenn weiterhin das wärmeabschirmende Element zu einer zylindrischen Form ausgebildet wird und als wärmeabschirmendes Element 15' geformt wird, das aus einem wärmeisolierenden Material besteht, wobei der Innendurchmesser des wärmeabschirmenden Elements 15' nach oben hin zunimmt, wie in Fig. 4gezeigt, ist es weiterhin möglich, die Kristallkühlung durch den Spalt, dessen Temperatur reduziert wird, weiter zu verstärken, während die Strahlungswärme unterdrückt wird.
Furthermore, when the heat-shielding member is formed into a cylindrical shape and is formed as a heat-shielding member 15′ formed of a heat insulating material, the heat-shielding member 15′ whose inside diameter increases toward the upper part thereof as depicted in FIG. 4, it is possible to further enhance crystal cooling by the gap whose temperature has been reduced while suppressing the radiant heat.
Darüber hinaus wird der Kühlzylinder 16, der am Umfang des Einkristalls 5 oberhalb des wärmeabschirmenden Elements 15 derart angeordnet ist, dass er den zu ziehenden Einkristall 5 umgibt, auf etwa 10 bis 50°C unter Verwendung von Wasser als Kühlmedium gekühlt, und führt eine Zwangskühlung des Einkristalls 5 hauptsächlich durch Strahlungswärmeübertragung durch.
Moreover, the cooling cylinder 16that is disposed on the periphery of the single crystal 5above the heat-shielding member 15in such a way as to surround the single crystal 5being pulled is cooled at about 10 to 50° C. by using water as a cooling medium, and performs forced cooling of the single crystal 5mainly by radiant heat transfer.
Als Material für den Kühlzylinder 16 kann beispielsweise Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Titan, Molybdän, Wolfram, eine Legierung, die diese Metalle enthält, oder diese Legierungen, die mit Titan, Molybdän, Wolfram oder Platinmetall überzogen sind, verwendet werden.
As the material of the cooling cylinder 16, for example, iron, nickel, chromium, copper, titanium, molybdenum, tungsten, an alloy containing these metals, or these alloys coated with titanium, molybdenum, tungsten, or platinum metal can be used.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Erfindung ein Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator 14 oberhalb einer wärmeisolierenden Platte 13 derart angeordnet, dass er den Kühlzylinder 16 mit einem Spalt 17 umgibt, wodurch die Strahlungswärme, die auf den Einkristall 5 von der Heizeinrichtung 3 übertragen wird, abgeschwächt und außerhalb gelassen wird.
In addition, in the present invention, a cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14is disposed above a heat insulating plate 13in such a way as to surround the cooling cylinder 16with a gap 17, whereby the radiant heat applied to the single crystal 5from the heater 3is alleviated and kept out.
Als Material für den Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator 14 kann zum Beispiel ein solcher Kohlenstofffaser-Formkörper verwendet werden.
As the material of the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14, for example, such a carbon fiber molded body can be used.
Hier wird der Spalt 17 so ausgebildet, dass er vorzugsweise eine Breite von 15 mm oder mehr und besonders bevorzugt eine Breite von 20 mm oder mehr aber 50 mm oder weniger hat.
Here, the gap 17is formed to have preferably a width of 15 mm or more and more preferably a width of 20 mm or more but 50 mm or less.
Da der durch diesen Spalt 17 gebildete Raum durch den Außenperimeter des Kühlzylinders 16 gekühlt wird und seine Temperatur reduziert wird, ist es möglich, zusätzlich zum Innenperimeter des Kühlzylinders 16 den Raum, der durch den Spalt 17, dessen Temperatur reduziert wurde, gebildet wird, so auszubilden, dass er zur Kristallkühlung beiträgt.
Since the space formed by this gap 17is cooled by the outer perimeter of the cooling cylinder 16and the temperature thereof is reduced, it is possible to make, in addition to the inner perimeter of the cooling cylinder 16, the space formed by the gap 17whose temperature has been reduced contributes to crystal cooling.
Da der Umfang vom Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator 14 umgeben ist, ist es weiterhin möglich, den Wärmestrom vom Umfang in den Spalt 17 zuverlässig zu unterbrechen.
Furthermore, since the periphery is surrounded with the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14, it is possible to intercept the flow of heat from the periphery into the gap 17reliably.
Dadurch wird es möglich, die Kristallkühlung weiter zu verstärken.
This makes it possible to further enhance crystal cooling.
Darüber hinaus wird der Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator 14 so ausgebildet, dass er vorzugsweise eine Dicke von 20 mm oder mehr und besonders bevorzugt eine Dicke von 25 mm oder mehr aber 100 mm oder weniger hat.
Moreover, the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14is formed to have preferably a thickness of 20 mm or more and more preferably a thickness of 25 mm or more but 100 mm or less.
Weiterhin ist ein unteres Ende in vertikaler Richtung in einer Position angeordnet, die gleich dem Niveau des Bodenendes des wärmeabschirmenden Elements 15 ist, und ein oberes Ende ist derart ausgebildet, dass es in einem Bereich von einer Position von vorzugsweise 50 mm und mehr, vorzugsweise 150 mm über dem unteren Ende des Kühlzylinders 16 zu einer oberen Innenwand der Kühlkammer 12a angeordnet ist.
Furthermore, a lower end in a vertical direction is located in a position equal to the level of the bottom end of the heat-shielding member 15, and an upper end is formed to be located in an area from a position preferably 50 mm and more preferably 150 mm above the lower end of the cooling cylinder 16to an upper inner wall of the cooling chamber 12a.
Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wie in Fig. 2gezeigt ist, dass der Kühlzylinder-Umfangswärmeisolator 14 derart ausgebildet ist, dass der kleinstmögliche Spalt zwischen dem oberen Ende und der oberen Innenwand der Kühlkammer 12a gebildet wird.
In addition, as depicted in FIG. 2, it is more preferable that the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14is formed in such a way that the smallest possible gap is formed between the upper end thereof and the upper inner wall of the cooling chamber 12a.
Dadurch wird es möglich, die wärmeisolierende Wirkung des Kühlzylinder-Umfangswärmeisolators 14 zu verbessern und dessen Kristallkühlleistung wirksamer zu machen, wenn die Temperatur des Spalts 17 reduziert wird.
This makes it possible to improve the heat insulating effect of the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14and make the crystal cooling performance thereof more effective when the temperature of the gap 17is reduced.
Weiterhin ist es durch ein Bedecken der oberen Innenwand der Kühlkammer 12a mit einem Oberwandwärmeisolationsmaterial 18, wie in Fig. 2gezeigt ist, möglich, die Strahlungswärme, die von einem Hochtemperaturabschnitt, wie beispielsweise der Heizeinrichtung 3, auf die obere Innenwand der Kühlkammer 12a übertragen wird, und die Strahlungswärme, die den Spalt 17 durch die Seitenwand des Kühlzylinder-Umfangswärmeisolators 14 vom Hochtemperaturabschnitt, wie beispielsweise der Heizeinrichtung 3, erreicht, zu unterbrechen, und es wird dadurch möglich, die Strahlungswärme zu unterdrücken, die auf den Einkristall 5 wirksamer übertragen wird, und gleichzeitig durch eine Reduzierung der Heizeinrichtungsleistung Energie einzusparen.
Furthermore, by covering the upper inner wall of the cooling chamber 12a with an upper-wall-heat-insulating material 18as depicted in FIG. 2, it is possible to intercept more efficiently the radiant heat applied to the upper inner wall of the cooling chamber 12a from a high-temperature portion such as the heater 3and the radiant heat that reaches the gap 17through the side wall of the cooling-cylinder-peripheral heat insulator 14from the high-temperature portion such as the heater 3and thereby it is possible to suppress the radiant heat applied to the single crystal 5more efficiently, and at the same time to achieve power saving by a reduction of heater power.
Darüber hinaus ist es, wie in Fig. 3gezeigt, möglich, ein Graphitmaterial 19 derart anzuordnen, dass es mit dem Außenumfang des Kühlzylinders 16, der einer Zwangskühlung unterworfen wird, in engen Kontakt gebracht wird.
In addition, as depicted in FIG. 3, it is possible to place a graphite material 19in such a way as to be brought into intimate contact with the outer periphery of the cooling cylinder 16which is subjected to forced cooling.
Durch Anordnen des Graphitmaterials 19, bei dem es sich um einen hochthermischen Leiter handelt, derart, dass es auf diese Weise mit dem Außenumfang des Kühlzylinders 16 in engen Kontakt gebracht wird, wird das Kühlen des Spalts 17 weiter gefördert, wodurch es möglich wird, die Kristallkühlung zu verstärken.
By placing the graphite material 19which is a high thermal conductor in such a way as to be brought into intimate contact with the outer periphery of the cooling cylinder 16in this manner, cooling of the gap 17is further promoted, making it possible to enhance crystal cooling.
Dabei kann das Graphitmaterial so angeordnet sein, dass es nicht nur mit dem Außenumfang des Kühlzylinders sondern auch mit dem Innenumfang des Kühlzylinders oder sowohl dem Außen- als auch Innenumfang des Kühlzylinders in engen Kontakt gebracht wird.
At this time, the graphite material may be disposed in such a way as to be brought into intimate contact with not only the outer periphery of the cooling cylinder but also the inner periphery of the cooling cylinder or both of the outer and inner peripheries of the cooling cylinder.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung wird ein Einkristall auf die folgende Weise unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung hergestellt.
In a method for producing a single crystal of the present invention, a single crystal is produced in the following manner by using the above-described apparatus.
Zuerst wird der Impfkristall 8 in die Rohstoffschmelze 4 getaucht, die vom Tiegel 2 gehalten wird.
First, the seed crystal 8is immersed in the raw material melt 4held by the crucible 2.
Dann wird der Impfkristall 8 gezogen, während er durch die Ziehwelle 6 gedreht wird.
Then, the seed crystal 8is pulled while being rotated by the pulling shaft 6.
Dabei wird eine Erwärmung durch die Heizeinrichtung 3 durchgeführt, und der Tiegel 2 wird durch die Stützwelle 7 in einer Richtung gedreht, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der der Impfkristall 8 gedreht wird.
At this time, heating is performed by the heater 3, and the crucible 2is rotated by the support shaft 7in a direction opposite to the direction in which the seed crystal 8is rotated.
Dann wird der gezogene Einkristall 5 schnell durch den Kühlzylinder 16 gekühlt, wodurch der Einkristall 5 erzeugt wird.
Then, the pulled single crystal 5is cooled rapidly by the cooling cylinder 16, whereby the single crystal 5is produced.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Herstellung von Holzfasern zur Verwendung in einer Kultursubstratmischung, wobei die Anlage aus einer Zerfaserungsumhüllung mit einem Einlass für Holzschnitzel und einem Auslass für die Fasern, die aus diesen Holzschnitzeln gewonnen werden, besteht.
The present invention relates to an installation for preparing wood fibers for use in the composition of a cultivation substrate, which installation comprises a defibration sheath having an inlet for wood chips and an outlet for the fibers obtained from said chips, the sheath containing two parallel screws suitable for being driven in rotation in such a manner as to mesh with each other via their respective threads, said threads having, in succession, in the direction going from upstream to downstream, at least an upstream series of segments and a downstream series of segments, each of which comprises a drive upstream zone having forward threads, and a braking downstream zone having reverse threads, the threads in the braking zones having notches, the notches in the threads of the braking downstream zone of the downstream series being smaller than the notches in the threads of the braking zone of the upstream series.
Es ist bekannt, dass es vorteilhaft ist in einer Kultursubstratmischung Holzfasern zu verwenden.
It is known to be advantageous to use wood fibers in the composition of a cultivation substrate.
Eine Anlage der vorstehend genannten Art ist daher aus dem europäischen Patent EP 0 324 689 bekannt.
Thus an installation of the above-mentioned type is known from European Patent EP 0 324 689.
Dieses Dokument empfiehlt den Einsatz einer Anlage mit zwei parallelen Förderschnecken, die sich in die gleiche Richtung drehen und dabei ineinander greifen.
That document recommends using an installation having two parallel screws turning in the same direction and meshing with each other.
Diese beiden Förderschnecken sind mit Gewinden versehen, bei denen es sich um sukzessive Vorwärts- und Umkehrgewinde handelt, so dass sich eine Folge von Treibzonen und Kompressionszonen festlegen lassen.
Those two screws are provided with threads that are successively forward and reverse threads so as to determine a succession of drive zones and of compression zones, the reverse threads being provided with windows through which the material passes, it being possible for those windows to be smaller for the braking zone of the downstream series than for the braking zone of the upstream series.
Während der Zerfaserung wird ein Klebstoff zum Verklumpen der Fasern zugeführt.
An adhesive binder for clumping the fibers is fed in during the defibration.
Die Zeit, die es dauert bis das Material die Anlage durchlaufen hat, ist sehr kurz und dauert nur ein paar Sekunden.
The time taken for the material to pass through that installation is very short, and of the order of a few seconds.
Damit gewährleistet ist, dass die Temperatur, die zur Sterilisation der Fasern erforderlich ist, erreicht wird, verfügt die Maschine über Außenmantelheizungen, die der Zone, in der der Klebstoff zugeführt wird, vorgeschaltet sind.
In order to guarantee that the temperature necessary for sterilizing the fibers is obtained, the machine is provided with heater jackets upstream from the zone at which the adhesive binder is fed in.
Sofern es sich bei dem Klebstoff um ein wärmehärtbares Bindemittel handelt, verfügt die Maschine außerdem über Kühlmäntel in dem Bereich, in dem das Bindemittel zugeführt wird, so dass es nicht Aushärten kann.
In addition, insofar as the adhesive binder is a thermosetting binder, the machine is also provided with cooling jackets in the region in which said binder is fed in, so as to prevent it from setting.
Die Maschine ist daher relativ komplex und verbraucht relativ viel Strom.
Thus, that machine is relatively complex and has relatively high energy consumption.
Weiterhin offenbart das französische Patent FR 2 248 780, das 1974 angemeldet wurde, Kultivierungsmedien, die aus Holzfasern hergestellt werden, ohne aber im Detail auf die Methode der Herstellung solcher Fasern einzugehen.
In addition, French Patent FR 2 248 780 filed in 1974, discloses cultivation media made from wood fibers, without addressing in any detail the method of obtaining such fibers.
Das europäische Patent EP 0 472 684 offenbart eine Methode und Anlage zur Herstellung eines Kultursubstrats als Torfersatz und empfiehlt die Zerkleinerung faseriger organischer Materialien, wie Holzschnitzel, unter Beimischung zusätzlicher Substanzen und die Reduzierung der Mischung auf Fasern und deren Zermahlung in einer Mahlanlage mit zwei gegenläufigen, parallelen Förderschnecken, wobei die Temperaturkontrolle ein Heizen oder Abkühlen erforderlich macht.
European Patent EP 0 472 684 discloses a method and an installation for manufacturing a peat-substitute cultivation substrate, and recommends breaking up a fibrous organic material such as wood chips, mixing additional substances with it, and reducing the mixture to fibers and grinding it in a grinder having two contra-rotating parallel screws, with temperature control requiring heating or cooling.
Das daraus resultierende Material ist nicht homogen und muss gesiebt werden, damit Verklumpungen, die für den Einlass der Mahlanlage zu groß sind, zurückgeführt werden können.
The resulting material is not homogeneous and must be sieved so as to recirculate any lumps that are too large into the inlet of the grinder.
Dieses Dokument empfiehlt zur Sterilisation und Trocknung der Fasern deren Erwärmung auf Temperaturen zwischen 60°C und 120°C. Eine Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung des vorstehend erläuterten Stands der Technik durch Präsentation einer Anlage, die Behandlungsbedingungen (Behandlungszeit und Behandlungstemperaturen) möglich macht, die die Sterilisation der Fasern bzw. deren Dekontaminierung von Mikroorganismen, wodurch die Fasern die Eignung zur Nutzung als Kultursubstrat erhalten, möglich machen und gleichzeitig deren innere Eigenschaften, insbesondere ihre Fähigkeit Feuchtigkeit zu binden, erhalten.
An object of the invention is to improve the above-mentioned state of the art by proposing an installation that makes treatment conditions (treatment time and treatment temperature) possible that facilitate sterilizing the fibers or decontaminating them of micro-organisms, thereby making them fit for use as a cultivation substrate, while also preserving their intrinsic qualities, in particular as regards their capacity to retain moisture.