CN101565184A - 一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，涉及一种多晶硅生产用氢化炉电极装置，通过在电极内连接冷却循环水，并采用特种氧化锆陶瓷、柔性石墨和氟橡胶材质的O形密封圈等多种材料分别解决电极和底盘之间的耐高温、绝缘和密封问题，提高了氢化炉装置的可靠性，保障了氢化炉装置的安全运行，提高了氢化炉装置的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅生产用氢化炉电极，特别是一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法及装置。
背景技术
俄罗斯稀有金属研究院设计的一种多晶硅生产用氢化炉装置内底盘上电极密封结构，利用聚四氟乙烯材料来达到如下功能：在四氯化硅和氢气高温下发生氢化反应过程中，既要起绝缘作用，又要起绝对可靠密封作用。但是聚四氟乙烯材料只能在250℃以下才能安全使用，氢化炉内四氯化硅和氢气是在1150-1250℃高温下发生氢化反应，虽然底盘上有夹套冷却水冷却，但电极绝缘处温度仍然超过250℃，如果聚四氟乙烯材料在生产过程中由于高温原因发生塑性变形或烧焦碳化，其绝缘作用就可能失败，电极和底盘就可能接触造成短路现象，这样就容易导致氢化炉发生爆炸、泄漏的氢气也容易引发火灾等安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法及装置，可以让电极承受650℃以下高温，且密封性能可靠。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，在电极与底盘之间通过设置氧化锆陶瓷密封装置、柔性石墨垫圈和O型密封圈来共同实现耐高温、绝缘和密封，旋紧不锈钢螺母，电极与底盘和玻璃纤维衬套拉紧，使柔性石墨垫圈、O型密封圈和聚四氟乙烯垫环压紧变形来形成密封，同时在电极内通入冷却水。
一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，包括底盘，电极通过不锈钢螺母与底盘连接，电极顶端下方设有一个凸台，在凸台下方依次设有石英管、柔性石墨密封圈、氧化锆陶瓷绝缘套、氧化锆陶瓷绝缘环、O型密封圈、聚四氟乙烯垫环、O型密封圈和玻璃纤维衬套，电极内设有冷却装置。
氧化锆陶瓷绝缘套和氧化锆陶瓷绝缘环的材质为氧化锆增韧氧化铝特种陶瓷。
所述的冷却装置是在电极内设有水夹套，电极下端设有冷却水出水管和冷却水进水管，冷却水进水管与水夹套的外层连接，冷却水出水管与水夹套的内层连接，水夹套的内、外层在靠近电极顶端处连通，冷却水出水管和冷却水进水管分别与冷却循环水连接。
所述的O型密封圈的材质为氟橡胶。
电极1靠近冷却水进水管的一端还设有O型密封圈。
氧化锆陶瓷(四方相，分子式ZrO2)属于新型陶瓷，由于它具有十分优异的物理和化学性能，不仅在科研领域已经成为研究热点，而且在工业生产中也得到了广泛的应用，它是陶瓷材料、高温材料和功能材料的重要原料，在各种金属氧化物陶瓷材料中，氧化锆陶瓷的高温热稳定性和隔热性能最好，适宜做陶瓷涂层和高温零部件。
氧化锆陶瓷的热导率在常见的陶瓷材料中最低，而热膨胀系数又与金属材料较为接近，是重要的结构陶瓷材料；氧化锆陶瓷特殊的晶体结构，使之成为重要的电子材料；良好的机械性能和热物理性能，使它能够作为材料中性能优异的增强相，根据添加的稳定剂不同(主要有氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁等)得到的产品性能差别比较大，主要差别是机械强度和耐高温性能，他们依次强度减弱，而耐高温性能逐渐提高。
经试验测试，采用氧化钇作为稳定剂的氧化锆陶瓷耐温达到300℃，绝缘性能达到80千欧，抗弯强度为1150MPa；采用氧化铈作为稳定剂的氧化锆陶瓷耐温达到450℃，绝缘性能达到160千欧，抗弯强度为850MPa；采用氧化钙作为稳定剂的氧化锆陶瓷耐温达到600℃，绝缘性能达到80千欧，抗弯强度为500MPa；采用氧化镁作为稳定剂的氧化锆陶瓷耐温达到800℃，绝缘性能达到80千欧，抗弯强度为450MPa；氧化锆增韧氧化铝陶瓷(简称ZTA)耐温达到650℃，绝缘性能达到350千欧，抗弯强度为500MPa。本发明综合考虑后使用的是氧化锆增韧氧化铝特种陶瓷(ZTA)。
本发明提供的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，与现有技术相比具有以下优点：
1、在电极和底盘之间的耐高温、绝缘、高密封性零件中分别采用特种氧化锆陶瓷、柔性石墨垫圈和O型密封圈来实现，每种材料的侧重点不同，特种氧化锆陶瓷主要是用来耐高温和绝缘，而且其抗弯强度也较高，可以承受较高的压力，柔性石墨垫圈主要是用来耐高温和密封，它在高温下膨胀可以填充电极与石英管、特种氧化锆陶瓷之间的间隙，O型密封圈则主要用来密封，它在压力下利用自身变形来实现密封。
采用的特种氧化锆陶瓷在高温下有较好的抗压强度，可以长期稳定地工作，柔性石墨也耐高温，因此在高温下工作，可以确保不会发生因为材料本身不耐高温而导致电极和底盘接触，造成短路而发生爆炸、火灾等安全事故，保证设备的安全生产。
2、在电极中设有冷却循环水的位置，并可靠的密封，使电极下端的温度低于50℃，因此采用氟橡胶材质的O形密封圈不会出现因为高温老化的问题，可以防止炉内介质特别是分子量极小的氢气泄漏而引发火灾等安全事故，不仅可以确保设备的安全使用，而且可以延长设备的使用寿命；
3、由于电极和底盘之间的材料耐热、绝缘性能良好，且密封性可靠，可以提高炉内工作压强和介质的进给量，从而提高了产品的转化率和生产效率，降低生产成本。
本发明提供的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，通过在电极内连接冷却循环水，并采用特种氧化锆陶瓷、柔性石墨和氟橡胶材质的O形密封圈等多种材料分别解决电极和底盘之间的耐高温、绝缘和密封问题，提高了氢化炉装置的可靠性，保障了氢化炉装置的安全运行，提高了氢化炉装置的生产效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，在电极1与底盘14之间通过设置氧化锆陶瓷密封装置、柔性石墨垫圈和O型密封圈来共同实现耐高温、绝缘和密封，旋紧不锈钢螺母10，电极1与底盘14和玻璃纤维衬套9拉紧，使柔性石墨垫圈、O型密封圈和聚四氟乙烯垫环7压紧变形来形成密封，同时在电极1内通入冷却水。
一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，包括底盘14，电极1通过不锈钢螺母10与底盘14连接，电极1顶端下方设有一个凸台，在凸台下方依次设有石英管4、柔性石墨密封圈2、氧化锆陶瓷绝缘套3、氧化锆陶瓷绝缘环5、O型密封圈6、聚四氟乙烯垫环7、O型密封圈8和玻璃纤维衬套9，电极1内设有冷却装置。
氧化锆陶瓷绝缘套3和氧化锆陶瓷绝缘环5的材质为氧化锆增韧氧化铝特种陶瓷。
所述的冷却装置是在电极1内设有水夹套15，电极1下端设有冷却水出水管11和冷却水进水管13，冷却水进水管13与水夹套15的外层连接，冷却水出水管11与水夹套15的内层连接，水夹套15的内、外层在靠近电极1顶端处连通，冷却水出水管11和冷却水进水管13分别与冷却循环水连接。
所述的O型密封圈的材质为氟橡胶。
电极1靠近冷却水进水管13的一端还设有O型密封圈12。
在氢化炉装置中主要有炉罩、底盘14、电极1和碳-碳发热体等部件，电极1是固定在底盘14上通过电极排连接电源通电让碳-碳发热体加热升温。
电极1顶端下方设有一个凸台，电极1穿过柔性石墨密封圈2、氧化锆陶瓷绝缘套3、石英管4、氧化锆陶瓷绝缘环5、O型密封圈6、聚四氟乙烯垫环7、O型密封圈8和玻璃纤维衬套9后，通过不锈钢螺母10固定安装在底盘14上。在冷却水进水管13的上方还设有2个O型密封圈12。
底盘14和电极1之间通过氧化锆增韧氧化铝特种陶瓷(ZTA)来达到耐高温、绝缘的作用，不锈钢螺母10、电极1、玻璃纤维衬套9共同作用通过拉紧使柔性密封材料变形来达到密封的目的，电极工作中产生的热量是通过水夹套15内的循环水来达到冷却的目的，底盘14上的热量是通过其下的夹套冷却水的循环来达到冷却的目的。
柔性石墨密封圈2在高温状态下膨胀从而起到初步密封作用，且柔性石墨密封圈2可以具有一定的弹性变形，可以缓冲氧化锆陶瓷绝缘套3和氧化锆陶瓷绝缘环5与电极1和底盘14之间的压力，避免在电极1的紧固过程中损坏氧化锆陶瓷密封装置。
真正起绝对可靠密封作用的是采用氟橡胶的O形密封圈6、8、12，将这些O形密封圈设计在电极下端有冷却循环水的位置，这里的工作温度低于50℃，而采用氟橡胶的O形密封圈耐温达到200℃，因此不会出现因为高温老化的问题，在O形密封圈6、8之间设置聚四氟乙烯垫环7，可以进一步增强密封的可靠性，从而保证氢化炉装置在使用过程中的绝对安全。
Claims (6)
1、一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的方法，其特征在于：在电极(1)与底盘(14)之间通过设置氧化锆陶瓷密封装置、柔性石墨垫圈和O型密封圈来共同实现耐高温、绝缘和密封，旋紧不锈钢螺母(10)，电极(1)与底盘(14)和玻璃纤维衬套(9)拉紧，使柔性石墨垫圈、O型密封圈和聚四氟乙烯垫环(7)压紧变形来形成密封，同时在电极(1)内通入冷却水。
2、一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，包括底盘(14)，电极(1)通过不锈钢螺母(10)与底盘(14)连接，其特征在于：电极(1)顶端下方设有一个凸台，在凸台下方依次设有石英管(4)、柔性石墨密封圈(2)、氧化锆陶瓷绝缘套(3)、氧化锆陶瓷绝缘环(5)、O型密封圈(6)、聚四氟乙烯垫环(7)、O型密封圈(8)和玻璃纤维衬套(9)，电极(1)内设有冷却装置。
3、根据权利要求2所述的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，其特征在于：氧化锆陶瓷绝缘套(3)和氧化锆陶瓷绝缘环(5)的材质为氧化锆增韧氧化铝特种陶瓷。
4、根据权利要求2所述的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，其特征在于：所述的冷却装置是在电极(1)内设有水夹套(15)，电极(1)下端设有冷却水出水管(11)和冷却水进水管(13)，冷却水进水管(13)与水夹套(15)的外层连接，冷却水出水管(11)与水夹套(15)的内层连接，水夹套(15)的内、外层在靠近电极(1)顶端处连通，冷却水出水管(11)和冷却水进水管(13)分别与冷却循环水连接。
5、根据权利要求2所述的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，其特征在于：所述的O型密封圈的材质为氟橡胶。
6、根据权利要求2所述的一种多晶硅生产用氢化炉装置内电极密封的装置，其特征在于：电极(1)靠近冷却水进水管(13)的一端还设有O型密封圈(12)。
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