专利名称：一种多瓣组合式石墨坩锅的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石墨制品的制备方法，特别是用于单晶硅妒的、由几瓣分^材并合而成的石墨 坩锅，属石墨材料加工技术领域。
背景技术：
在单晶硅生产中，需要用到一种坩埚，该坩埚由石英坩锅和石墨坩锅套装而成。为防止在高温 工作环境下产生膨胀变形，石墨柑锅由几瓣相同的分体±射并合而成，石英坩锅就套装在这几瓣(一 般t瓣)构成的石墨坩锅内。石墨埘锅呈口杯形，其底部内表面为圆弧面，底部外表面与另设的 底座匹配。目前，妒这种石墨坩锅的主要工艺过程如下粗车成形(挖出芯料、留足錢、制成 坩锅开邻)~~^機锯瓣(将锅体划线、锯削成瓣)~"f先削(铣削各单瓣体拼接面)~^车(将 各单瓣体组合后箍紧精车为成品)。上述生产工艺的突出缺点在于粗车成形工序中用扎刀、圆弧 勾刀挖出的芯料只可用作下脚料， 一根柱状原料只能加工一个石墨柑埚，由此浪费了昂贵的原料， 增加了生产成本。此外，切削下来的大量石墨粉末只能作为废物处理，石墨粉末还会严重污染周围 环境。
发明内容
本发明用于克月艮已有技术的缺陷而樹共一种可节省大量原料、利用一根原料"套裁"制成多 个不同规格的多瓣组合式石墨坩锅的制备方法。 本发明所称问题是以下述技术方案解决的 一种多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，它按下述步骤进行
a粗车原料将棒状原料根据所加工成品柑锅的规格留出^，切制成圆柱体； b.分割为瓣将上述圆柱体均匀锯削成几瓣扇形截面柱体，精铣各扇形截面柱体的轴向拼接
面；
C.加工圆弧面锅底在扇,面柱体上切出圆弧面锅底，该圆弧面锅底与成品坩锅底部内圆 弧面相同；
d.切出芯料将上述已切出圆弧面锅底的各扇开織面柱体拼合成圆柱体并箍紧，由上述圆柱体远离圆弧面锅底端开々針刀出环状槽，该环^K槽与所述圆弧面锅底的弧面平滑吻接，环状t曹切割到 与圆弧面锅底贯通为止，即挖出一端为圆弧面的柱体芯料；
e.精车成形；将挖出芯料后的余下部分精车内外表面至成品坩锅尺寸；
将上述d步骤挖出的芯MII紧，圆弧面端平头、确定基准面后，即可重复c、 d、 e步骤制成
另一小规格的石墨坩锅。
上述多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，所述加工圆弧面锅底工序采用如下步骤 将所^^形截面柱体固定在回转工作台上，使扇开M面柱体的中心轴线CE平行于回转工作台
的7K，准面，使待加工的圆弧面锅底球心0同时位于该中心轴线CE和切削刀具旋转中心的延长
线上；
将切削刀头固定在弧形刀体上，弧形刀体固定在刀柄上，弧形刀体的曲率半径为圆弧面锅底 的半径R，刀柄的旋转中心应穿过球心O;
以0点的垂线为转动中心使回转工作台缓'顧定转，同时，使切肖IJ刀具旋转，直到扇形截面柱 上切削出的圆弧面锅底中心线与刀柄中心线重和为止。
上述多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，所述刀体为薄壁球冠状，其球面判5R与所加工的锅 底内圆弧表面半径相匹配，刀头位于刀体下缘，刀柄位于刀体上部球冠顶部，所述刀柄由主柄和偏 心柄组成，偏心柄位于刀柄根部，主柄位于偏心柄上部，偏心柄与刀体中心的偏心距e为10 20 毫米，偏心柄高度H为30 50毫米。
上述多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，在所述刀体外廓上增设手动杆，手动杆与刀体形成可 拆卸连銜戶舰偏心柄处设有支撑块，支撑±央高度与偏心柄高度尺寸相匹配；在切削前期、中期 刀具360度旋转，支撑块安装、手动杆未安装；切削后期停车卸下支撑±央，安装上手动杆，将刀具 的偏心柄调整到远离工件圆弧面锅底的一侧，AI推拉手动杆驱动刀具在180度(比如120度)内 往复摆动，工件仍随回转工作台缓慢旋转进fi^]削，直到工件圆弧面锅底中心线与刀柄中心线重和 为止。
本发明针对现有多瓣体石墨坩锅生产工艺耗材量大、生产成本高的问Mift行了改进，它摒弃传 统生产工艺，将原料先锯成几瓣扇,面柱体，然后通过铣圆弧面锅底、车削环状槽的工序挖出近 似圆柱体的芯料，再a維出芯料后的余部精车制成成品坩锅。以J:^方法挖出的芯料可用以制作另 一较小规格的多瓣体石墨坩锅，使得一个原料可"套裁"制成不同规格的多个石墨坩锅。采用本发 明方法生产多瓣條墨坩锅可大幅度降低原料耗费量，針石墨坩埚所需原料可节约近2万魅右，使生产企M31斷氐成本获得可观的经济收益，其优势是不言而喻的。此外，还可以大大减少
切削产生石墨粉末，有利于净化环境。
图1是本发明"套裁"原料原理示意图； 图2是图1的俯视图3是将切制出圆弧面锅底的扇形截面柱^J并合后的示意图4是环状槽与圆弧面锅底贯通后的示意图5是在扇 面柱体加工出圆弧面锅底的示意图6是切割刀具结构示意图7是图6的俯视图8是切割刀具未安装手动杆和支撑i央的结构示意图9 ^瓣体组合石墨柑锅成品示意图10是图9的俯视图11 14是圆弧面锅底加工过程示意图。
附图中标号表示如下1.刀体；2.刀称2—1.偏心柄；2—2.主柄；3.刀头；4.手动杆；5. 支撑块；6.扇形截面柱体，7.圆弧面锅底；8.圆弧面锅底中心线(即扇形截面柱体的中心轴线 CE); 9.环状槽。
具体实施例方式
本发明所述的多瓣体组合石墨柑埚是单晶炉所需石墨热场的核心部件，其原材料为高纯石墨， 溶点在3000点左右，电阻率为11 14欧姆，原料一般为圆柱体形，价格昂贵。为充分利用原料， 斷氐^成本，本发明的构思如图l、图2所示，利用原料"套裁"方法，从制作较大规格柑锅的 原料内掏挖出适賴喊较小坩锅的芯料，从而禾拥一个原料制成不同规格的多个石墨坩锅，图1、 图2所示为采用一个原料"套裁"三个石墨坩锅。实现J^构思的技术难点在于切出芯料工序，按 照传统的加工工艺过程是无法在圆柱体内切出适合于生产小规格坩锅的芯料，因此，本发明设计了 一套新的生产工艺，还设计了配合新工艺实施的专用刀具和加工方法，使"套裁"构思成为现实。 以下以常用的三瓣体组合石墨柑锅制备过程为例，对本发明方法予以详述 a.根据所加工成品柑锅的规格选取原料，留出余量将原料切制成圆柱体； b.将Ji3S圆柱体划线后均匀锯削成三瓣扇,面柱体，精铣各扇,面柱体的轴向t瓶面，以保证扇形截面柱体可精密的拼接为圆柱体；c.在f，i^用专用刀翔各各扇形截面柱体6上切出如图5 所示的圆弧面锅底7，该圆弧面锅底要与所加工的坩锅底部内圆弧面相匹配，这样， 一方面可保证 芯料准确挖出，另一方面利于充分利用材料，减少精车步骤的加工量；d.将上述已切出圆弧面锅底 的三个扇形截面柱体拼合成圆柱体，拼合后形成的完整的圆弧面锅底如图3所示。^J并合成的圆柱 体箍紧，从圆柱体远离圆弧面锅底的一端切制环状槽，该环状槽9的半径与圆弧面锅底7的弧面半 径相匹配，环状槽切制到与圆弧面锅底贯通为止，如图4所示。经iih述步骤，即可挖出一端为圆 弧面的柱体芯料；e.将挖出芯料后的余下部分仍箍紧，按照埘锅尺寸要求，精车内外表面制成如图 9、图10所示的成品柑锅。上述挖出的芯料拼接箍紧，圆弧面端平头确定基准后，按照上述c、 d、 e步骤即可制成另一较小规格的石墨坩锅。
图6 图8所示为加工圆弧面锅底步骤中所用的专用刀具。参看图6、图8，所述专用刀具由 刀体、刀头和刀柄组成，刀体l为薄壁球冠状，其球面判5R与所加工埘锅底部内圆弧表面的半径 相匹配，刀头3位于刀体下缘，刀头为片状，刀柄2位于刀体上部球冠顶部，刀柄由主柄2—2和 偏心柄2—1组成，偏心柄位于刀柄根部，主柄位于偏心柄上部，根据一般石墨坩锅的尺寸要求， 偏心柄与刀体中心的偏心距e为10 20 ，偏心柄高度H为30 50毫米。考虑到刀柄的强度和 刚度问题，在偏心柄处设有支撑块5，支撑块高度与偏心柄高度尺寸相匹配。支撑块上设有螺栓孔， 由螺栓将支撑±央紧固在主柄上，拆装均很容易。参看图6、图7，刀体外廓设有手动杆4，手动杆 与刀体形成可拆卸连接。
参看图n 14，这是禾拥专用刀具在f棘JiX寸扇臓面柱体6加工圆弧面锅底过程的示意图。 加工圆弧面锅底步骤中扇形截面柱体固定在回转工作台上，以0点为转动中心随回转工作台缓ttM 转，0点位于工件圆弧面锅底中心线8上，该点至U圆弧面锅底槽底的距离为刀体球冠判5R，切槽 前期、中期刀具360度旋转，支撑i央安装、手动杆未安装，如图11 13所示；切槽后期，因刀柄 会对工件产生干涉，需停车卸下支撑±央，安紅手动杆，将刀具的偏心柄调整到远离工件圆弧面锅 底的一侧，AX推拉手动杆驱动刀具在180度内往复摆动，工《柳随回转工作台缓顧定繊fi^削， 直到如图14所示的工件圆弧面锅底中心线8与刀柄中心线重和为止，这样加工出的圆弧面锅底才 能在扇形截面柱#1并接后形成完整的圆弧面，该圆弧面即为埘锅的内表面。
若所加工的石墨柑锅为其它数目瓣体组合，加工工艺过程和上述方法类同，只是所使用的胎 具、卡具有所不同。
权利要求
1.一种多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，其特征在于它按如下步骤进行a.粗车原料将棒状原料根据所加工成品坩锅的规格留出余量，切制成圆柱体；b.分割为瓣将上述圆柱体均匀锯削成几瓣扇形截面柱体，精铣各扇形截面柱体的轴向拼接面；c.加工圆弧面锅底在各扇形截面柱体上切出圆弧面锅底，该圆弧面锅底与成品坩锅底部圆弧面相同；d.切出芯料将上述已切出圆弧面锅底的各扇形截面柱体拼合成圆柱体并箍紧，由上述圆柱体远离圆弧面锅底端开始切出环状槽，该环状槽与所述圆弧面锅底的弧面平滑吻接，环状槽切割到与圆弧面锅底贯通为止，即挖出一端为圆弧面的柱体芯料；e.精车成形；将挖出芯料后的余下部分精车内外表面至成品坩锅尺寸；将上述d步骤挖出的芯料箍紧，圆弧面端平头、确定基准面后，即可重复c、d、e步骤，制成另一小规格的石墨坩锅。
2. 根据权禾腰求l所述的多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，其特征在于所述加工圆弧面锅 底工序采用如下步骤将所M形截面柱体固定在回转工作台上，4摘开滩面柱体的中心轴线CE平行于回转工作台 的水，准面，使待加工的圆弧面锅底球心0同时位于该中心轴线CE和切削刀具旋转中心的延长 线上；将切削刀头固定在弧形刀体上，弧形刀体固定在刀柄上，弧形刀体的曲率半径为圆弧面锅底 的半径R，刀柄的旋转中心应穿过球心O;以0点的垂线为转动中心使回转工作台缓'顧定转，同时，使切削刀具旋转，直到扇形截面柱 上切削出的圆弧面锅底中心线与刀柄中心线重和为止。
3. 根据权禾腰求2所述的多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，其特征在于将所述刀体(1)设计为薄壁球冠状，其球面半径R与所加工坩锅底部内圆弧表面的半径相匹配，刀头(3)位于刀 体下缘，刀柄(2)位于刀体上部球冠顶部，所述刀柄由主柄(2—2)和偏心柄(2—1)组成，偏 心柄位于刀柄根部，主柄位于偏心柄上部，偏心柄与刀体中心的偏心距e为10 20毫米，偏心柄高度H为30 50，。
4.根据权禾腰求3所述的多瓣组合式石墨柑锅的制备方法，其特征在于 在所述刀体外廓上增设手动杆(4)，手动杆与刀体形成可拆卸连接；所述偏心柄处增设支撑 块(5)，支撑i央高度与條O柄高度尺寸相匹配；在切削前期、中期刀具360度旋转，支撑块安装、 手动杆未安装；切削后期停车卸下支撑块，安装上手动杆，将刀具的偏心柄调整到远离工件圆弧面 锅底的一侧，AI推拉手动杆驱动刀具在180度内往复摆动，工件仍随回转工作台缓^J定转进， t刀 削，直到工件圆弧面锅底中心线与刀柄中心线重和为止。
全文摘要
一种多瓣组合式石墨坩锅的制备方法，属石墨材料加工技术领域，用于解决石墨坩锅耗材量大、生产成本高的问题。所述方法包括粗车原料、分割为瓣、加工圆弧面锅底、切出芯料、精车成形等步骤，按上述方法切出的芯料可制成另一规格的石墨坩锅。本发明摒弃传统生产工艺，设计出一种“套裁”利用原料的方法，使得一个原料可制成不同规格的多个石墨坩锅。采用本发明方法可大幅度降低原料耗费量，每个石墨坩埚所需原料可节约近2万元左右。此外，还可大大减少切削产生的石墨粉末，有利于净化环境。
文档编号C01B33/021GK101289187SQ200810055229
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者张学强, 曹江涛, 牛如义, 耿彦辉, 博 贾, 赫宏亮 申请人:晶龙实业集团有限公司