專利名稱：電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)電弧法生產(chǎn)石英玻璃坩堝缺陷進(jìn)行返修的方法，屬石英玻璃坩堝制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從熔融硅拉制單晶硅時(shí)，必須使用石英玻璃坩堝當(dāng)做熔融硅的容器，大尺寸的石英玻璃坩堝都是采用電弧法產(chǎn)生的火焰熔化石英砂生產(chǎn)的。但在石英砂熔融的過(guò)程中，由于是先堆積石英砂再熔化，且高溫火焰加熱和熔化速度較快等原因，導(dǎo)致石英玻璃坩堝中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，這些缺陷會(huì)造成坩堝不合格，成為次品。這些造成坩堝不合格缺陷包括熔融時(shí)蒸發(fā)的氧化物如(Si02、SiO)等冷凝后再次掉落到坩堝的內(nèi)表面形成的異物缺陷；石英砂中的有機(jī)物、金屬雜質(zhì)等非石英物熔化時(shí)形成的氣泡或表面的凹坑缺陷；熔制時(shí)使用的石墨電極或遮熱用的石英板或不銹鋼板掉落的黑點(diǎn)缺陷；石英砂中本身的異物形成的黑點(diǎn)缺陷等。這些缺陷是可以通過(guò)返修后處理掉的。專利號(hào)為ZL03154084. 8，公告號(hào)為CN1486946A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種石英玻璃坩堝的重整方法，該方法先將表面的缺陷進(jìn)行研磨，再重新放回電弧熔制設(shè)備進(jìn)行拋光，目的是改變坩堝表面結(jié)構(gòu)、提高使用時(shí)單晶得料率。但該專利存在以下缺點(diǎn)和不足1、即使返修的面積很小，也要對(duì)整個(gè)坩堝進(jìn)行加熱拋光，需要的能耗大，所需的電能和重新生成一只新的坩堝所需的電能相近；2、采用復(fù)雜的電弧加熱拋光，工藝難度大、設(shè)備制造費(fèi)用高，不適合大面積推廣；3、電弧熔制設(shè)備功率大、加熱速度快，造成坩堝因內(nèi)外受熱不均勻或上下受熱不均而產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致坩堝破裂報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,提供一種對(duì)18 28英寸石英玻璃 甘禍在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的表面和內(nèi)部缺陷處理去除后，使用相同質(zhì)量的石英玻璃棒，通過(guò)氫氧氣熔化石英玻璃棒和坩堝來(lái)修補(bǔ)這些缺陷，再通過(guò)機(jī)械研磨磨平修補(bǔ)產(chǎn)生的凹凸不平，然后使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光，拋掉研磨的痕跡，最后進(jìn)行退火處理減少坩堝的應(yīng)力，使其成為合格坩堝的電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法。本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的
一種電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法，其特征在于它由下述的步驟構(gòu)成
第一步將18 28英寸的體內(nèi)帶有的黑點(diǎn)、氣泡、凹坑及其他非石英玻璃物等缺陷的石英玻璃坩堝進(jìn)行機(jī)械研磨或鉆磨，通過(guò)研磨或鉆磨去除掉石英玻璃坩堝體內(nèi)的缺陷，研磨后的坩堝所形成的凹坑比缺陷略大；
第二步采用與需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝相同的坩堝片加工成條形或圓形小棒；或采用連熔爐、電熔爐或氫氧氣火焰把與需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝同質(zhì)的石英砂燒制成小棒； 第三步將需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝放在比其大的石英玻璃保溫爐或退火爐中，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為450 750°C最佳溫度為550 650°C，預(yù)熱時(shí)間為I. 5 2小時(shí)；保溫爐或退火爐可以不旋轉(zhuǎn)，也可以每分鐘5 15轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)；
第四步坩堝預(yù)熱后，開(kāi)始進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)，方法為(1)、按正確的方法把金屬切割槍或玻璃燈工槍連接好氫氣和氧氣，點(diǎn)燃后調(diào)整燃燒火焰，得到充分的燃燒火焰；(2)、使用火焰的外焰煅燒研磨后需要補(bǔ)焊的地方，煅燒到白亮為止，溫度在1700 1900°C ;(3)、把 “第二步”加工的石英玻璃條或棒通過(guò)氫氧氣火焰加熱到白亮，把石英玻璃條或棒輕點(diǎn)需要補(bǔ)焊處，使條或棒上的玻璃粘到坩堝上，來(lái)填平之前研磨的凹坑；補(bǔ)焊作業(yè)時(shí)氫氣流量為 I. O 2. 4m3/h，氧氣流量為O. 4 I. O m3/h，燃燒的溫度控制在1700 2000°C ；
第五步將補(bǔ)焊后的坩堝迅速放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火處理；退火爐內(nèi)的退火溫度為 1000 1200°C，退火時(shí)間為5 10小時(shí)；
第六步退火后對(duì)坩堝補(bǔ)焊的地方進(jìn)行研磨，把補(bǔ)焊的部位研磨平整；研磨方法與“第一步”相同；
第七步對(duì)坩堝研磨平整的地方使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光處理；拋光使用金屬切割槍或玻璃燈工槍進(jìn)行，調(diào)整氫氧氣流量的大小來(lái)調(diào)整火焰的大小和溫度，把火焰的外焰對(duì)準(zhǔn)第六步處理的位置，煅燒到白亮為止，溫度在1700 1900°C，氫氣流量為2. O 4. 8m3/h， 氧氣流量為O. 8 2. O m3/h ；
第八步對(duì)拋光好的坩堝再一次進(jìn)行退火處理，退火方法與第五步的退火方法相同； 第九步將退火處理后的坩堝進(jìn)行酸洗和水洗作業(yè)后即完成石英玻璃坩堝的缺陷返修，檢驗(yàn)合格后包裝入庫(kù)；酸洗和水洗作業(yè)過(guò)程與合格坩堝產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的作業(yè)過(guò)程相同。上述第一步所述的機(jī)械研磨的磨料或鉆磨的磨輪使用的金剛砂為100目 1000目。上述第五步所述的退火最佳溫度為1070 1170°C;所述的退火最佳時(shí)間為7 9 小時(shí)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于
對(duì)石英玻璃坩堝生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的具有缺陷的石英玻璃坩堝進(jìn)行返修修補(bǔ)后，能去除坩堝中的氣泡、黑點(diǎn)和其它異物產(chǎn)生的缺陷，使坩堝的缺陷被消除后成為合格產(chǎn)品。提高了石英玻璃坩堝的生產(chǎn)合格率，降低坩堝的生產(chǎn)成本。本發(fā)明在對(duì)缺陷進(jìn)行返修時(shí)方法簡(jiǎn)單，操作方便，能耗小，對(duì)坩堝體的本身不造成損害，返工修補(bǔ)時(shí)不容易破裂，返工修補(bǔ)合格率高，能適用于18 28英寸具有缺陷的石英玻璃坩堝的修補(bǔ)。


圖I為具有缺陷的石英玻璃坩堝缺陷處的局部結(jié)構(gòu)示意圖2為具有缺陷的石英玻璃坩堝缺陷研磨后的局部結(jié)構(gòu)示意圖3為具有缺陷的石英玻璃坩堝缺陷補(bǔ)焊后的局部結(jié)構(gòu)示意圖4為石英玻璃保溫爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、坩堝，2、缺陷部位，3、研磨后結(jié)構(gòu)，4、補(bǔ)焊后結(jié)構(gòu)，5、托盤，6、保溫罩，7、主軸。
具體實(shí)施例方式
4
下面通過(guò)兩個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述如下.
實(shí)施例I:
采用本發(fā)明的電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法對(duì)使用美國(guó)UNIMIN公司IOTA-CG 石英砂生產(chǎn)的一只20英寸坩堝進(jìn)行返修，該坩堝底部有I個(gè)直徑3_的氣泡，氣泡深度為 4_。具體修復(fù)步驟如下
第一步對(duì)該20英寸坩堝底部的氣泡使用氣動(dòng)吊磨機(jī)研磨，磨頭直徑為Φ5，磨頭所用磨料為150目金剛砂；研磨深度為4. 2mm,完全磨掉氣泡；研磨直徑為5mm。第二步使用美國(guó)UNMIN公司IOTA-CG石英砂生產(chǎn)的坩堝片加工制作成 5 X 5 X 200mm 的方條。第三步將該20英寸坩堝放入24英寸的石英玻璃保溫爐中，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為600°C，預(yù)熱時(shí)間為I. 5小時(shí)；保溫爐的旋轉(zhuǎn)速度為10轉(zhuǎn)/分鐘。第四步把玻璃燈工槍連接好氫氣和氧氣，點(diǎn)燃后調(diào)整燃燒火焰，用氫氣流量為I. 0m3/h，氧氣流量為O. 4m3/h的氫氧氣火焰煅燒需要修補(bǔ)的位置，煅燒到白亮，溫度在 1800°C左右；把“第二步”加工的石英玻璃條通過(guò)氫氧氣火焰加熱到白亮，把石英玻璃條輕點(diǎn)需要補(bǔ)焊處，使條或棒上的玻璃粘到坩堝上，填平之前研磨的研磨深度為4. 2mm，研磨直徑為5mm的凹坑。第五步將補(bǔ)焊后的坩堝迅速放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火處理，退火爐內(nèi)的退火溫度為1080°C，退火爐內(nèi)的退火溫度從常溫升溫到1080°C用時(shí)應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)，在1080°C恒溫保持2小時(shí)，再用4小時(shí)降到常溫。第六步退火后使用氣動(dòng)吊磨機(jī)對(duì)坩堝補(bǔ)焊的地方進(jìn)行研磨，把補(bǔ)焊的部位研磨平整；研磨采用Φ5的磨頭進(jìn)行,磨頭所用磨料為150目金剛砂。第七步對(duì)坩堝研磨平整的地方使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光處理；使用玻璃燈工槍進(jìn)行，調(diào)整氫氧氣流量為氫氣流量為2. 0m3/h，氧氣流量為O. 8m3/h來(lái)調(diào)整火焰的大小和溫度，把火焰的外焰對(duì)準(zhǔn)第六步處理的位置，煅燒到白亮為止，溫度在1800 0C左右。第八步對(duì)拋光好的坩堝再一次進(jìn)行退火處理，退火方法與第五步的退火方法相同。第九步將退火處理后的坩堝進(jìn)行酸洗和水洗作業(yè)后即完成石英玻璃坩堝的缺陷返修，氣泡被成功去除，酸洗和水洗作業(yè)過(guò)程與合格坩堝產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的作業(yè)過(guò)程相同；檢驗(yàn)坩堝符合拉制單晶硅檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后包裝入庫(kù)。實(shí)施例2
采用本發(fā)明的電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法對(duì)使用美國(guó)UNIMIN公司IOTA-CG 石英砂生產(chǎn)的一只22英寸坩堝進(jìn)行返修，該坩堝底部有I個(gè)直徑2. 5mm的黑點(diǎn)，深度為
3.3mm ;具體修復(fù)步驟如下
第一步對(duì)該22英寸坩堝底部的黑點(diǎn)使用氣動(dòng)吊磨機(jī)研磨，磨頭直徑為Φ5，磨頭所用磨料為300目金剛砂；研磨深度為3. 5mm,完全磨掉黑點(diǎn)；研磨直徑為3. 0mm。第二步使用美國(guó)UNMIN公司IOTA-CG石英砂，采用電熔的方法生產(chǎn)直徑為Φ4 的石英玻璃棒。第三步將該22英寸坩堝放入25英寸的石英玻璃保溫爐中，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為550°C，預(yù)熱時(shí)間為2小時(shí)，保溫爐不旋轉(zhuǎn)。
第四步把金屬切割槍連接好氫氣和氧氣，點(diǎn)燃后調(diào)整燃燒火焰，用氫氣流量為I. 2m3/h，氧氣流量為O. 5m3/h的氫氧氣火焰煅燒需要修補(bǔ)的位置，煅燒到白亮，溫度在 1800°C左右；把“第二步”加工的石英玻璃棒通過(guò)氫氧氣火焰加熱到白亮，把石英玻璃棒輕點(diǎn)需要補(bǔ)焊處，使棒上的玻璃粘到坩堝上，填平之前研磨的研磨深度為3. 5mm，研磨直徑為
3.Omm的凹坑。第五步將補(bǔ)焊后的坩堝迅速放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火處理，退火爐內(nèi)的退火溫度為1080°C，退火爐內(nèi)的退火溫度從常溫升溫到1080°C用時(shí)應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)，在1080°C恒溫保持2小時(shí)，再用4小時(shí)降到常溫。第六步退火后使用氣動(dòng)吊磨機(jī)對(duì)坩堝補(bǔ)焊的地方進(jìn)行研磨，把補(bǔ)焊的部位研磨平整；研磨采用Φ5的磨頭進(jìn)行,磨頭所用磨料為300目金剛砂。第七步對(duì)坩堝研磨平整的地方使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光處理；使用玻璃燈工槍進(jìn)行，調(diào)整氫氧氣流量為氫氣流量為2. 0m3/h，氧氣流量為O. 8m3/h來(lái)調(diào)整火焰的大小和溫度，把火焰的外焰對(duì)準(zhǔn)第六步處理的位置，煅燒到白亮為止，溫度在1800 0C左右。第八步對(duì)拋光好的坩堝再一次進(jìn)行退火處理，退火方法與第五步的退火方法相同。第九步將退火處理后的坩堝進(jìn)行酸洗和水洗作業(yè)后即完成石英玻璃坩堝的缺陷返修，黑點(diǎn)被成功去除，酸洗和水洗作業(yè)過(guò)程與合格坩堝產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的作業(yè)過(guò)程相同；檢驗(yàn)坩堝符合拉制單晶硅檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后包裝入庫(kù)。以上所述只是該發(fā)明的具體實(shí)施方式
，上述舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了本說(shuō)明書后可以對(duì)上述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法，其特征在于它由下述的步驟構(gòu)成 第一步將18 28英寸的體內(nèi)帶有的黑點(diǎn)、氣泡、凹坑及其他非石英玻璃物等缺陷的石英玻璃坩堝進(jìn)行機(jī)械研磨或鉆磨，通過(guò)研磨或鉆磨去除掉石英玻璃坩堝體內(nèi)的缺陷，研磨后的坩堝所形成的凹坑比缺陷略大；第二步采用與需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝相同的坩堝片加工成條形或圓形小棒；或采用連熔爐、電熔爐或氫氧氣火焰把與需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝同質(zhì)的石英砂燒制成小棒； 第三步將需要修補(bǔ)的石英玻璃坩堝放在比其大的石英玻璃保溫爐或退火爐中，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為450 750°C最佳溫度為550 650°C，預(yù)熱時(shí)間為I. 5 2小時(shí)；保溫爐或退火爐可以不旋轉(zhuǎn)，也可以每分鐘5 15轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)；第四步坩堝預(yù)熱后，開(kāi)始進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)，方法為(1)、按正確的方法把金屬切割槍或玻璃燈工槍連接好氫氣和氧氣，點(diǎn)燃后調(diào)整燃燒火焰，得到充分的燃燒火焰；(2)、使用火焰的外焰煅燒研磨后需要補(bǔ)焊的地方，煅燒到白亮為止，溫度在1700 1900°C ;(3)、把 “第二步”加工的石英玻璃條或棒通過(guò)氫氧氣火焰加熱到白亮，把石英玻璃條或棒輕點(diǎn)需要補(bǔ)焊處，使條或棒上的玻璃粘到坩堝上，來(lái)填平之前研磨的凹坑；補(bǔ)焊作業(yè)時(shí)氫氣流量為I.O 2. 4m3/h，氧氣流量為O. 4 I. O m3/h，燃燒的溫度控制在1700 2000°C ；第五步將補(bǔ)焊后的坩堝迅速放入退火爐內(nèi)進(jìn)行退火處理；退火爐內(nèi)的退火溫度為 1000 1200°C，退火時(shí)間為5 10小時(shí)；第六步退火后對(duì)坩堝補(bǔ)焊的地方進(jìn)行研磨，把補(bǔ)焊的部位研磨平整；研磨方法與“第一步”相同；第七步對(duì)坩堝研磨平整的地方使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光處理；拋光使用金屬切割槍或玻璃燈工槍進(jìn)行，調(diào)整氫氧氣流量的大小來(lái)調(diào)整火焰的大小和溫度，把火焰的外焰對(duì)準(zhǔn)第六步處理的位置，煅燒到白亮為止，溫度在1700 1900°C，氫氣流量為2. O 4. 8m3/h， 氧氣流量為O. 8 2. O m3/h ；第八步對(duì)拋光好的坩堝再一次進(jìn)行退火處理，退火方法與第五步的退火方法相同； 第九步將退火處理后的坩堝進(jìn)行酸洗和水洗作業(yè)后即完成石英玻璃坩堝的缺陷返修，檢驗(yàn)合格后包裝入庫(kù)；酸洗和水洗作業(yè)過(guò)程與合格坩堝產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的作業(yè)過(guò)程相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法，其特征在于所述的第一步的機(jī)械研磨的磨料或鉆磨的磨輪使用的金剛砂為100目 1000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電弧法石英玻璃坩堝缺陷返修的方法，其特征在于所述的第五步的退火最佳溫度為1070 1170°C ;退火最佳時(shí)間為7 9小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)電弧法生產(chǎn)石英玻璃坩堝缺陷進(jìn)行返修的方法，屬石英玻璃坩堝制造技術(shù)領(lǐng)域。它是針對(duì)石英玻璃坩堝在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的表面和內(nèi)部缺陷，使用相同質(zhì)量的石英玻璃棒，通過(guò)氫氧氣熔化石英玻璃棒和坩堝進(jìn)行修補(bǔ)，再通過(guò)機(jī)械研磨磨平修補(bǔ)產(chǎn)生的凹凸不平，然后使用氫氧氣火焰進(jìn)行拋光，最后進(jìn)行退火處理減少坩堝的應(yīng)力，使其成為合格坩堝的方法。本發(fā)明能去除坩堝中的氣泡、黑點(diǎn)和其它異物產(chǎn)生的缺陷，使其成為合格產(chǎn)品。提高了石英玻璃坩堝的生產(chǎn)合格率，降低了坩堝的生產(chǎn)成本。且返修時(shí)方法簡(jiǎn)單，操作方便，能耗小，對(duì)坩堝體不造成損害，修補(bǔ)時(shí)坩堝體不會(huì)破裂，返工修補(bǔ)合格率高，適用于18～28英寸具有缺陷的石英玻璃坩堝的修補(bǔ)。
文檔編號(hào)C03B20/00GK102583976SQ20121002633
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者劉吉華, 商春利, 蔡承娣, 陳飛 申請(qǐng)人:湖北菲利華石英玻璃股份有限公司