УСТАНОВКА НАПЛАВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ ТИГЛЕЙ

Полезная модель относится к оборудованию для получения кварцевых тиглей, применяемых при производстве монокристаллического кремния для солнечных элементов.
Известны устройства для производства тиглей (патент США №4713104, МПК СО 03 В 19/04, 1987 г. и патент США №4416680, МПК С 03 В 19/04, 1983 г.) содержащие графитовый тигель, устройство засыпки (формования) и наплавки.
Недостатками этих устройств является трудоемкая конструкция графитового тигля, имеющего множество отверстий с приклеенными в их выточках графитовых вставок из графитового войлока, отклеивание которого в процессе эксплуатации ведет к браку тиглей.
Задача полезной модели - увеличение срока службы графитовой формы, повышение качества тигля и безопасная, без механических повреждений выемка из формы готового тигля.
Технический результат достигается тем, что в установке наплавки для получения кварцевых тиглей, содержащей механизм загрузки, устройство засыпки кварцевой крупки, вращающуюся карусель, с установленными на ней плавильными емкостями, в которые вставлены графитовые формы до упора в нижнюю плиту, механизм наплавки, графитовая форма имеет, выполненные в дне сквозные отверстия, закрываемые фильтром в виде цельного графитового войлока, закрепленного между графитовой формой и нижней плитой.
Кроме того устройство засыпки кварцевой крупки имеет координатный привод, а механизм наплавки снабжен экраном выравнивания электродов, выполненным с возможностью перемещения.
На фиг.1 - изображена схема установки, общий вид;
на фиг.2 - плавильная емкость с графитовой формой;
на фиг.3 - механизм наплавки.
Предлагаемая полезная модель представляет собой установку наплавки для получения кварцевых тиглей состоящую из механизма 1 загрузки, устройства 2 засыпки кварцевой крупки, вращающейся карусели, 3 с установленными на ней плавильными емкостями 4, в которые вставлены графитовые формы 5, защитно-разделительной перегородки 6, механизма 7 наплавки с тремя электродами, дугового трансформатора 8 с согласующим устройством 9, системами 10, 11, 12 подвода воды, вакуума и сжатого воздуха, а также шкафа управления 13.
Механизм 1 загрузки транспортирует кварцевую крупку 14 из тары в бункер 15 загрузки с весовым устройством до массы необходимой для засыпки тигля. Устройство 2 засыпки содержит механизмы перемещения по программе, сопло 16, по которому из бункера 41 истекает кварцевая крупка 14. Поворачивающаяся на 180° вокруг вертикальной оси карусель 3 имеет две позиции:
позицию рассыпки крупки (формования) и позицию наплавки тигля. Позиции разделены между собой звукоизолирующей защитно-разделительной перегородкой 6 с открывающимися при повороте карусели 3 дверцами 17.
Графитовая форма 5 вставлена в охлаждающуюся водой плавильную емкость 4 до упора в нижнюю плиту 18. В дне графитовой формы 5 выполнены сквозные отверстия 19, через которые осуществляется подсос крупки 14 в нижней части графитовой формы 5, не дающей расползание кварцевой, крупки 14 к стенкам формы 5 при вращении плавильной емкости 4 во время работы. Нижняя плита 18 представляет собой металлический диск с кольцевыми пазами, соединенными трубопроводом 20 с вакуумной системой 11. Между графитовой формой 5 и нижней плитой 18 закреплен графитовый войлок 21, исполняющий роль фильтра, препятствующий попаданию кварцевой крупки 14 в вакуумную магистраль 11, но пропускающий воздух.
Нижняя плита 18 с плавильной емкостью 4 закреплена на приводе 22 вращения, при помощи которого плавильная емкость 4 имеет возможность
вращаться вокруг оси 23 и наклоняться для удобства рассыпки в механизме 24 наклона, который жестко закреплен на карусели 3.
Через привод 22 вращения плавильной емкости осуществляется вакуумный отсос дна графитовой формы 5, а также подача и слив воды необходимой для охлаждения плавильной емкости 4 с графитовой формой 5. Трубопровод 20 вакуумной магистрали подключен к вакуумной системе 11.
Два водяных трубопровода 25 водяной магистрали подключены к гидравлической системе 10. Через систему клапанов к вакуумной магистрали возможно подключение сжатого воздуха от пневматического устройства 12, который необходим для подачи в дно графитовой формы 5 при выдавливании готового тигля после наплавки. Выемка тигля воздухом исключает появления трещин при выемки механическим путем.
Карусель 3 имеет привод 26 вращения и фиксатор 27 для фиксации на соответствующей позиции.
Механизм 7 наплавки представляет собой устройство перемещающее в вертикальной и горизонтальной плоскости три графитовых электрода 28. Три графитовых электрода 28, расположенные в плане под углом 120° имеют возможность сближаться для поджига дуги. Держатели 29 удерживают электроды 28 и имеют возможность фиксации при процессе наплавки и расфиксации при выравнивании электродов 28.
Выравнивание электродов 28 происходит при помощи выдвижного экрана 30 выравнивания в горизонтальной плоскости. Тепловой экран 31 уменьшает потери энергии дуги и концентрирует ее в зоне наплавки. Электроды 28 соединяются с согласующим устройством 9 силового трансформатора 8 при помощи силового кабеля 32. Система 10 подачи воды (охлаждения) через трубопроводы охлаждает плавильную емкость, тепловой экран 31 и держатели 29 электродов 28 механизма 7 наплавки, а также элементы защитно-разделительной перегородки 6. Вакуумная система 11 предназначена для создания разряжения на дня графитовой формы 5 при вращении плавильной емкости 4 во время рассыпки крупки.
Система 12 сжатого воздуха (пневматический блок) служит для подачи воздуха на пневматические исполнительные устройства установки, а также подачи сжатого воздуха для выдавливания готового тигля из графитовой формы 5.
Шкаф 13 управления аппаратной частью поддерживает автоматически стабильное горение дуги, управляет по программе траекторией сопла 16 устройства 2 засыпки, а также поддерживает алгоритм работы всех технологических операций. Пульт 33 управления служит для задания режимов работы координатной системы устройства 2 засыпки и других параметров исполнительный устройств установки. Визуальный контроль горения дуги происходит через монитор 34 на пульте 33 управления при помощи видеокамеры 35, установленной в зоне наплавки.
Установка работает следующим образом.
Контейнер с кварцевой крупкой 14 устанавливается в механизм 1 загрузки и поднимается вверх. Из контейнера кварцевая крупка 14 через затвор пересыпается в бункер 15 загрузки до достижения необходимой для данного типа тигля весовой порции. Затем бункер 15 загрузки перемещается к устройству 2 засыпки и переносит всю порцию крупки в бункер 41 устройства 3 засыпки, после чего устройство 2 засыпки готово для координатной засыпки кварцевой крупки в графитовую форму 5.
Карусель 3 с плавильной емкостью 4 фиксируется фиксатором 27 в позиции рассыпки. После готовности порции кварцевой крупки 14 плавильная емкость 4 начинает вращаться и наклоняться в сторону устройства 2 засыпки, одновременно в нижней части графитовой формы 5 создается вакуумный отсос. По достижению необходимого угла поворота плавильной емкости 4, координатный привод устройства 2 засыпки перемещает сопло 16 внутрь графитовой формы 5 и после открывания заслонки 36 сопла 16 производит засыпку внутренней поверхности графитовой формы 5 ровным слоем кварцевой крупки 14. Система управления программно управляет геометрией траектории засыпки, скоростью движения сопла 16 и скоростью вращения
графитовой формы 5. Координатный привод устройства 2 засыпки корректирует траекторию рассыпки в зависимости от качества крупки и требуемой геометрии к тиглю, в процессе подрезания и выравнивания поверхности засыпанной крупки, бесконтактно, с помощью лазерного дальномера 37, осуществляется контроль ее соответствия заданным геометрическим размерам. Кварцевая крупка 14 в нижней части держится в графитовой форме 5 за счет вакуумного отсоса через отверстия 19 в дне формы, а на стенках графитовой формы 5 - за счет центробежной силы вращения формы. После окончания рассыпки необходимым слоем крупки, выравнивающей выступ сопла 16 окончательно формирует внутреннюю поверхность слоя крупки 14. Лишняя крупка 14 во время формирования отсасывается через трубопровод 38 находящийся рядом с соплом 16 в фильтр отстойник чистой крупки. Чистая крупка после формирования может использоваться повторно. Во время автоматического процесса координатной рассыпки, оператор готовит на позиции наплавки электроды 28 к процессу наплавки. Подготовка электродов 26 происходит следующим образом. Внизу под электроды подводится экран 30 выравнивания, каретка 39 вертикального перемещения опускает электроды из верхней точки вниз с небольшим зазором до поверхности экрана 30. Затем происходит расфиксация держателей 29 электродов 28 и они, скользя вниз, выпадают из держателя 29 до упора на экран 30, выравниваясь по его плоскости. Последовательно происходят фиксация держателей 29 электродов 28, их подъем вверх на позицию поджига дуги. После формирования слоя крупки 14 в графитовой форме 5, устройство 2 засыпки с соплом 16 перемещается в исходное положение, плавильная емкость 4 с графитовой формой 5 выпрямляется. Оператор расфиксирует карусель 3, дверцы 17 защитно-разделительной перегородки открываются и карусель 3 с заформованной графитовой формой 5 перемещается в позицию наплавки, а вторая плавильная емкость 4 с графитовой формой 5 из позиции наплавки перемещается в позицию рассыпки.
Процесс наплавки осуществляется следующим образом.
Подается напряжение с силового трансформатора 8 на электроды 28 механизма 7 наплавки. Электроды 28 сводятся до момента устойчивого горения дуги. Выравнивающий экран 30 во время поджига дуги располагается под электродами 28 для исключения попадания графитовых включений при поджиге, а во время устойчивого горения отведен в сторону. Каретка 39 вертикального перемещения опускает электроды 28 с горящей дугой во вращающую графитовую форму 5 с заформованной крупкой. Во время процесса наплавки кварцевая крупка 14 оплавляется в графитовой форме 5 до необходимой толщины и приобретает вид тигля 40. После завершения процесса наплавки, электроды 28 поднимаются вверх и разводятся для прерывания дуги. Горячий тигель 40 остывает до необходимой величины и карусель 3 после окончания процесса формовки другой графитовой формы на позиции рассыпки поворачивается обратно в исходное положение. Процесс циклично повторяется. Выемка тигля 40 осуществляется путем выдавливания тигля 40 воздухом через отверстия 19 в дне графитовой формы 5. Избыточное давление подается в трубопроводы вакуумной системы 11, путем переключения соответствующих клапанов пневматической и вакуумной систем 11, 12.