數控多晶硅硅芯多線切割機床制造技術

一種采用金剛石線的數控多晶硅硅芯多線切割機床，切出的硅芯用于改良西門子法或硅烷法生產大直徑多晶硅用的還原爐。其切割方法是利用電鍍金剛石線在工件上高速地往復運動或單向移動，將工件壓在用金剛石線交叉組成的方形或菱形的線網上，將工件切割成細長的硅芯。工件固定在機床的上部，繞有金剛石線的口字型切割導輪組件從下往上移動而完成切割。使用一種獨特的布線方案，布線和操作只需在地面完成，無需上工作平臺，大大降低操作難度和提高工作效率，安全性好。工件上方裝有超聲波換能器，使工件產生微顫，提高了金剛石線的切削能力，又使加工切削下來的微?？煽焖俚乇焕鋮s水沖下，加工速度得到明顯提高。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種硅材料加工領域的金剛石數控切割機床，具體的說是一種采用多晶硅硅芯進行多線切割的數控機床，用于生產改良西門子法或其他類似方法生產大直 徑多晶硅還原爐中使用的細長硅芯，可以切割成方形或菱形的斷面形狀。
技術介紹
目前，目前國內生產多晶硅的工藝大部分都是常規三氯氫硅氫還原法，即改良西 門子法，改良西門子法或其他類似方法生產大直徑多晶硅的主要設備是多晶硅還原爐，多 晶硅還原爐在細長的硅芯上通上電源，使硅芯加熱發紅，直至表面溫度達到1100攝氏度， 通入高純的三氯氫硅和氫氣，使其在高溫下發生氫還原反應，使三氯氫硅中的硅分子堆積 在硅芯上，使其的直徑不斷地增大，通常，硅芯的直徑在7-10毫米，可以是圓形也可以是方 型，或是其他形狀，最終通過氫還原反應使直徑不斷地增大到120-200毫米，生產出高純太 陽能級6N或電子級11N的多晶硅。 現硅芯的制備方法有二種，傳統的方法是用CZ法(區熔提拉法)，即把直徑在 20-50毫米的硅棒在充滿惰性氣體的真空爐膛內用高頻感應加熱，使其頂部局部熔化，從上 部放入1根直徑在5-10毫米的籽晶，然后慢慢向上提拉，使其成為直徑在7-10毫米，長度 在1900-3000毫米之間的細長硅芯，其缺點是提拉速度慢，一般為8-12毫米/分鐘，拉制1 根2米的硅芯需要4小時，生產效率低，電力消耗大，設備投資大。 另一種是用金剛石工具切割法，美國Diamond Wire Technology公司研制出采用 金剛石線的數控多晶硅細長硅芯多線切割機床，用于硅芯的制備，見圖1。通過利用電鍍 上金剛石微粒的細鋼絲線在被加工工件上高速地往復運動或單向移動，將硅棒壓在該機床 用金剛石線交叉組成的方形線網上，從而將該硅棒切割成細長的硅芯。其優點十分明顯， 10-12小時可以切割出200根左右2米長的7X7或8X8毫米的方形硅芯，電力消耗小，加工 效率高；其最大缺點主要在于操作不方便，如圖1所示，除需要在地面A操作外，還需要在距 地面3米高的操作平臺B和距地面5米高的操作平臺C上下進行繞線，操作難度大，操作人 員需上下跑動，安全性差， 一旦切割過程中發生斷線，重新修復布線時處理困難，處理時間 長，此機床使用2根金剛石線組成2組線網，需要2套收放線巻繞驅動機構，維護復雜，成本 高，機床總高度在6700毫米以上，對安裝地點的房屋要求高，并且其線網結構固定，只能切 出方形或長方形的硅芯，無法切出表面積更大的菱形硅芯，以縮短多晶硅還原爐的反應時 間，提高單位時間的多晶硅產量。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種數控多晶硅硅芯多線切割機床，解決現有技術同類 設備維護復雜、成本高的問題。 本技術的目的是通過以下技術方案來實現 數控多晶硅硅芯多線切割機床，由機床立柱、底座、口字型切割導輪組件、工作臺升降機構、工件裝載夾持裝置和收放線繞線張力控制機構等部分組成，所述口字型切割導輪組件包括鋼制圓滾筒和多層導向輪，其中多層導向輪采用傾斜一定角度。 所述鋼制圓滾筒的表面涂覆有聚氨酯材料，常規按照規定線距開槽；所述口字型切割導輪組件和圓滾筒形成上下層布置的多層導向輪。附圖說明所述線距一般為5-20毫米。 進一步還包括超聲波換能器，安裝在被加工工件上方，交變電信號通過超聲波換 能器轉變為機械振動，使被加工工件產生微顫。 所述鋼制圓滾筒直徑大于200毫米。 更進一步所述收放線輪的驅動，采用伺服電機主軸通過軟性聯軸器直接同軸連 接。 所述被加工工件被固定在機床上部。 本機床的特征是被加工工件是被固定在機床上部的，繞有金剛石線的口字型切割 導輪組件按設定的速度從下部往上部移動，從而完成切割。口字型切割導輪組件除常規按 照規定線距(一般為5-20毫米)開槽的表面涂覆有聚氨酯材料的鋼制圓滾筒外，采用了傾 斜一定角度并和滾筒形成上下層布置的多層導向輪，上下布置的導向輪可以是2層、3層或 4層的結構，其主要目的是可以滿足操作人員在地面完成布線，口字型切割導輪組件停留在 l米左右的高度上輕松完成布繞線工作，用金剛石線交叉組成多個方形或菱形的線網，大大 降低操作難度和提高工作效率，由于不需要爬上幾米高的操作平臺，安全性高，當發生斷線 時，口字型切割導輪組件可從上部放下至接近地面，操作人員在地面可重新修復布線，處理 方便，處理時間短，且使用1根金剛石線組成方形或菱形的線網，只需1套收放線巻繞機構， 維護簡單，成本低，切割2800毫米的硅芯，機床高度在4500毫米以下，對安裝地點的房屋要 求低。在切削過程中，被加工工件上方裝有超聲波換能器，使被加工工件產生微顫，既提高 了金剛石線的切削能力，又使加工切削下來的微?？梢钥焖俜奖愕乇焕鋮s水沖下來，加工 速度得到明顯提高。 下面根據附圖和實施例對本技術作進一步詳細說明。 圖l是美國Diamond Wire Technology公司硅芯多線切割機床的工作平臺示意圖2是本技術的數控多晶硅硅芯多線切割機床總體結構示意圖, 圖中I :立柱 3:導線輪 5:三槽導向輪下 7 :伺服電機9 :主導輪II :滑動平臺 13 :線性導軌15 :專用環氧膠水 17 :超聲波換能器2 :底座 4:導線輪 6:三槽導向輪上 8:皮帶盤10 :口字型切割導輪組件12 :線性導軌14 :被加工工件(硅棒)16 :玻璃板18 :硅棒裝夾裝置 19 :上頂蓋 21 :聯軸器 23:行星減速器 25 :導線輪 27 :導線輪 29 :右接近開關 31 :導線輪 33 :導線輪 35 :張力架 37 :導線輪 39 :導線輪 41 :左線軸機構 43:左收放線輪具體實施方式45 :導線輪 47 :收放線艙 49 :支架 51 :右線軸機構 53 :金剛石線 55 :操作面板20 :滾珠絲杠 22 :安裝支架 24 :伺服電機 26 :右張力傳感器 28 :導線輪 30 :左接近開關 32 :電器控制箱 34 :導線輪36 :左張力傳感器38 :導線輪40 :伺服電機42 :導線輪44 :導線輪46 :收放線艙底板 48 :導線輪 50 :右收放線輪 52 :伺服電機 54 :導線輪 56 :噴水嘴如圖2所示，本機床的特征是被加工工件14是被固定在機床上部的，繞有金剛石 線53的口字型切割導輪組件10按設定的速度從下部往上部移動，從而完成切割。 一種獨特 的布線方案，布線和操作只需在地面完成，無需上工作平臺，口字型切割導輪組件10除常 規按照規定線距(一般為5-20毫米)開槽的表面涂覆有聚氨酯材料的鋼制圓滾筒9夕卜，采 用了傾斜一定角度并和滾筒形成上下層布置的多層導向輪5、6，上下布置的導向輪5、6可 以是2層、3層或4層的結構，可以滿足操作人員在地面完成布線，口字型切割導輪組件10 停留在1米左右的高度上輕松完成布繞線工作，用金剛石線交叉組成多個方形或菱形的線 網，大大降低操作難度和提高工作效率，由于不需要爬上幾米高的操作平臺，安全性高，當 發生斷線時，口字型切割導輪組件10可從上部放下至接近地面，操作人員在地面可重新修 復布線，處理方便，處理時間短，且使用1根金剛石線組成方形或菱形的線網，只需1套收放 線巻繞機構47，維護簡單，成本低，切割2800毫米的硅芯，機床高度在4500毫米以下，對安 裝地本文檔來自技高網...

【技術保護點】
數控多晶硅硅芯多線切割機床，由機床立柱、底座、口字型切割導輪組件、工作臺升降機構、工件裝載夾持裝置和收放線繞線張力控制機構等部分組成，所述口字型切割導輪組件包括鋼制圓滾筒和多層導向輪，其特征在于，多層導向輪采用傾斜一定角度。

【技術特征摘要】
數控多晶硅硅芯多線切割機床，由機床立柱、底座、口字型切割導輪組件、工作臺升降機構、工件裝載夾持裝置和收放線繞線張力控制機構等部分組成，所述口字型切割導輪組件包括鋼制圓滾筒和多層導向輪，其特征在于，多層導向輪采用傾斜一定角度。2. 根據權利要求1所述的數控多晶硅硅芯多線切割機床，其特征在于，鋼制圓滾筒的 表面涂覆有聚氨酯材料，常規按照規定線距開槽；所述口字型切割導輪組件和圓滾筒形成 上下層布置的多層導向輪。3. 根據權利要求2所述的數控多晶硅硅芯多線切割機床，其特征在于，所述線距一般 為5-20毫米...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張新忠，顧建達，周軍華，
申請(專利權)人：張新忠，
類型：實用新型
國別省市：32[中國|江蘇]