一种热场稳定的单晶炉
技术领域
本发明涉及光伏设备技术领域，具体为一种热场稳定的单晶炉。
背景技术
单晶炉是光伏设备中一种用于单晶硅提纯的设备，单晶炉热场的组成部为三个部分，底部为支撑部分，中部为加热部分，顶部为保温部分，支撑部分如图6中导温容器14底部轴杆13，加热部分的作用是利用控温系统对放置在导温容器14内部的石英坩埚17进行加热，从而保证保温罩18内部放置的固体多晶硅融化成液体，再利用放置在石英坩埚17内部的籽晶杆121对熔融的液体内部的单晶硅进行提纯，保温部分是石英坩埚17顶部的保温罩18，用于保证提纯环境温度的稳定，以利于单晶的生成。
现有技术中在导温容器14的内部人工填入石英沙层16用以对石英坩埚17进行导热恒温，因为石英沙层16和石英坩埚17是人工利用测量工具进行测量完成，保证石英坩埚17位于导温容器14的轴心处，这种的放置方法存在误差，使得石英坩埚17中心与籽晶杆121的位置出现偏移，在后续提纯的过程中需要对石英坩埚17进行匀速旋转，由于石英坩埚17内部的多晶硅在一段时间后是固液气三相混合状态，而旋转的过程中，因离心力的作用，固体状态的单晶硅会偏移至石英坩埚17的内壁处，且次分布为不均匀分布，又因为石英沙层16为流体状态，会导致石英坩埚17发生中心偏移的现象，偏移过后会加剧石英坩埚17出现偏移，导致籽晶轴121提升出来的单晶硅柱变得弯曲，降低提取出单晶硅柱的质量，同时影响了籽晶轴对坩埚内部边缘处的单晶硅进行提取，降低了对整体石硅溶液中单晶硅提取的速率；
保温部分的保温罩18与石英坩埚17的连接方式是卡接，以便于提纯过程出现意外而快速拆分热场收取原料进行及时止损，由于上述离心力的作用，石英坩埚17的晃动存在使得保温罩偏离的风险，一旦保温罩18出现偏移，保温罩内部的固液气三相混合环境将出现更变，使得籽晶杆提纯过程会出现多晶硅晶体，降低了单晶硅柱提纯的质量。
发明内容
本发明提供了一种热场稳定的单晶炉，具备籽晶轴在拉直过程稳定处于石英坩埚中部的优点，解决了现有技术由于轴承杆旋转上升导致石英沙层因离心力偏转和石英坩埚内部液体受离心力而导致石英坩埚偏转，最终使得籽晶轴与石英坩埚轴心处出现偏移而导致直拉处的单晶硅质量出现偏差的问题。
本发明提供如下技术方案：一种热场稳定的单晶炉，包括炉体，所述炉体的顶部固定安装有上炉，所述炉体内腔的底面固定安装有籽晶杆固定装置，所述籽晶杆固定装置的底部固定安装有籽晶杆，所述炉体内腔的底部活动套装有轴杆，所述轴杆的顶部固定安装有轴座，所述轴座的顶部固定安装有导温容器，所述导温容器的外部活动套装有加热电阻丝圈，所述加热电阻丝圈的内腔填充有石英沙层，所述石英沙层的中部放置有石英坩埚，所述石英坩埚的顶部活动连接有保温罩，所述保温罩外圈的中部固定套装有环形磁铁，所述炉体的内壁固定安装有磁力环，所述磁力环的形状为由若干个电磁铁围成的多微元的圆环状，所述磁力环与炉体内壁之间形成的角为锐角，所述环形磁铁上升的最高处与磁力环的高度一致，所述环形磁铁与磁力环之间侧面的磁极相同。
可选的，所述电磁铁的外部包裹有隔离套。
可选的，所述隔离套为非磁性金属材料，所述隔离套靠近环形磁铁的侧面设有开口。
可选的，所述石英坩埚顶部的边缘放置有位于石英沙层顶面的稳定圈，且稳定圈的顶部开设有凹槽，所述保温罩的底部焊接有与凹槽相适配的凸块，且凸块的材料为耐高温受热膨胀金属。
本发明具备以下有益效果：
单晶炉隔离套与炉体内壁之间形成倾斜锐角，电磁铁产生的磁感力作用在环形磁铁上的磁力可分解成平行作用力和竖直向下的力，磁力环形成环形磁场，使得平行力与环形磁铁产生的磁力相斥，实现了对环形磁铁的位置自动调整至单晶炉的中心处，保证了保温罩连动石英坩埚不会偏移，籽晶杆始终处于石英坩埚的轴心处，使得单晶柱硅直拉过程可以始终保证竖直状态，增加了单晶硅柱提纯的质量，而向下作用力将增加保温罩对石英沙层的作用力，从根本上增加了保温罩的稳定性，保证了保温罩不会偏移，使得保温罩内部固液气三相混合环境始终趋于稳定，保证了单晶硅柱提纯的稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明磁感线分布示意图；
图3为本发明磁力件示意图；
图4为本发明磁力分解示意图；
图5为本发明导温容器俯视示意图；
图6为本发明现有技术示意图。
图中：1、炉体；11、上炉；12、籽晶杆固定装置；121、籽晶杆；13、轴杆；131、轴座；14、导温容器；15、加热电阻丝圈；16、石英沙层；17、石英坩埚；18、保温罩；2、环形磁铁；21、磁力环；211、隔离套；212、电磁铁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，一种热场稳定的单晶炉，包括炉体1，所述炉体1的顶部固定安装有上炉11，所述炉体1内腔的底面固定安装有籽晶杆固定装置12，所述籽晶杆固定装置12的底部固定安装有籽晶杆121，所述炉体1内腔的底部活动套装有轴杆13，所述轴杆13的顶部固定安装有轴座131，所述轴座131的顶部固定安装有导温容器14，所述导温容器14的外部活动套装有加热电阻丝圈15，所述加热电阻丝圈15的内腔填充有石英沙层16，所述石英沙层16的中部放置有石英坩埚17，所述石英坩埚17的顶部活动连接有保温罩18，所述保温罩18外圈的中部固定套装有环形磁铁2，所述炉体1的内壁固定安装有磁力环21，所述磁力环21的形状为由若干个电磁铁212围成的多微元的圆环状，所述磁力环21与炉体1内壁之间形成的角为锐角，所述环形磁铁2上升的最高处与磁力环21的高度一致，所述环形磁铁2与磁力环21之间侧面的磁极相同。
其中，所述电磁铁212的外部包裹有隔离套211，所述隔离套211为非磁性金属材料，所述隔离套211靠近环形磁铁2的侧面设有开口，非磁性金属隔绝电磁铁212产生的磁力，使得电磁铁212的磁力只能对环形磁铁2起到相斥作用，避免了因为设置多组电磁铁212相互影响而导致磁能衰弱影响到环形磁铁2外圈受力不均的问题，保证了磁力环21对环形磁铁2的定位作用，开孔的设定，保证了磁力的方向更为集中而不会出现偏移，从而保证了磁力稳定的作用在中心处保温套。
其中，石英坩埚17顶部的边缘放置有位于石英沙层16顶面的稳定圈，且稳定圈的顶部开设有凹槽，所述保温罩18的底部焊接有与凹槽相适配的凸块，且凸块的材料为耐高温受热膨胀金属。利用凸块材料的设定，使得在高温反应环境下，凸块在凹槽中受热膨胀，增加了稳定圈与保温罩18卡接的稳定性，继而保证了保温结构整体不易分散。
其中，石英坩埚17在加热过程中的偏移，主要因为在离心力作用下石硅融化过程中固液转换造成的重心不停更变，而石英沙层16虽为细沙流体状，但是在固定容器内部，流动幅度较小，使得石英沙层16的流动阻力与电磁铁产生的稳定力对比，是不影响磁力对石英坩埚17的调整。
其中，电磁铁212为电磁铁，且电磁铁的磁芯材料为铁镍合金，因为电磁铁的磁力可以人为控制，避免了因为不同单晶炉内部的轴杆13转动速度不同而导致离心力不同的问题，增加了该发明磁场磁力调控的精确性和适用范围，同时铁镍合金的耐高温在一千四百摄氏度环境下可正常运行。
使用时，打开单晶炉，在导温容器14内部铺设石英沙层16，接着石英坩埚17的底部填埋在石英沙层16顶部的轴心处并在石英坩埚17内部放置硅原料，再将保温罩18套在石英坩埚17的边缘处，然后安装籽晶杆121，使得籽晶杆121位于石英坩埚17的轴心处，此时对磁力环21通电使得电磁铁212产生磁力作用，磁力分成水平作用力和竖直向下作用力，水平作用力对环形磁铁2进行定位，使得保温罩18带动石英坩埚17竖直向下作用力增加了保温罩18与石英沙层16之间的作用力，从而保证热场的稳定；
然后密封单晶炉，抽出单晶炉内部空气，通过导气口导入惰性气体，接着通过加热电阻丝圈15对导温容器14加热，此时轴杆13处于匀速旋转装置，石英坩埚17内部硅原料受热融化，通过直拉法使得籽晶杆121对单晶硅进行提取，最终完成提取。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化，修改，替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
