2.3 保溫筒
　　保溫筒在加熱器的外圍，以防熱場能向外散發(fā)。現(xiàn)代保溫筒為硬質(zhì)(剛性)炭氈制造，更為先進(jìn)的保溫筒采用蜂窩結(jié)構(gòu)，提高了隔熱和保溫效果。同時，裝填或維修方便，且使用壽命長。如果采用通用的軟性炭氈作為隔熱保溫材料，雖然造價較低，但裝填或維修十分不便，且污染環(huán)境。保溫筒可整體成型，也可分段成型后再組合，如圖3所示。分段組合式保溫筒不僅制造成本低，而且使用后哪段損壞換哪段，可降低成本。
　　2.4 加熱器
　　由圖1可知，在坩堝外圍是加熱元件，一部分電能使原料硅熔融，大部分電能用于熔融硅的保溫，是耗能裝置。隨著裝置大型化，加熱元件的尺寸隨之增大(ø96～ø100cm)，需用抗拉伸強(qiáng)度和抗壓縮強(qiáng)度高的C/C制造。有C/C加熱型架和圓形加熱器，C/C加熱器也有方形的組件，其圓筒狀C/C發(fā)熱體可加熱到2500℃。我國湖南南方搏云新材料有限公司與中南大學(xué)合作研究大直徑(152cm) C/C整體加熱器和保溫筒。
2.5 其它部件

　　3.生產(chǎn)單晶硅的石墨熱場材料
　　3.1 石墨熱場材料的性能
　　石墨熔點(diǎn)極高，在真空下到3000℃時才開始軟化，到3600℃時石墨開始蒸發(fā)升華；石墨的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性相當(dāng)高，其導(dǎo)電性比不銹鋼高4倍，比碳素鋼高2倍，比一般的非金屬高100倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鋁等金屬材料，且隨溫度升高導(dǎo)熱系數(shù)降低，這和一般金屬材料不同；在極高的溫度下，石墨趨于絕熱狀態(tài)，因此，在高溫條件下，石墨被用來作隔熱材料。石墨還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑的腐蝕。在直拉單晶爐中，熱場部件除保溫氈外，其余幾乎全部用高純、高強(qiáng)、高密度石墨制造。但石墨材料脆性大，在交變熱應(yīng)力和電磁力作用下容易產(chǎn)生裂紋。在加熱器上的微裂紋改變了零件的電性能和熱傳導(dǎo)性能，致使硅融體的溫度難于精確控制；石英坩堝與石墨坩堝、多晶硅熔體的熱不匹配。石英坩堝在高溫下產(chǎn)生塑性變形，在高溫下緊貼石墨坩堝；石英坩堝內(nèi)的殘余液體表面先冷卻，芯部后冷卻，多晶硅冷卻時尺寸膨脹，這些都使石墨坩堝受到較大的拉應(yīng)力作用。在反復(fù)的開爐、停爐、加熱冷卻過程中，石墨坩堝將很快產(chǎn)生裂紋并導(dǎo)致破損，這樣就大大縮短了石墨坩堝的使用壽命。拉制的單晶棒直徑越大，問題越嚴(yán)重。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石墨制成的熱場零部件存在一定的局限性。
　　3.2 熱場內(nèi)石墨材料的相關(guān)反應(yīng)
　　單晶爐內(nèi)引起反應(yīng)的化學(xué)元素及化合物有Si（單晶硅原料）、SiO2（ 石英坩堝）、C（石墨部件）。因此，爐內(nèi)存在的氣體有：
　　1) Si蒸氣
　　2) Si與石英坩堝反應(yīng)而生成的SiO氣體
　　Si（L）+ SiO2（S）→2SiO（g） （1）
　　3) 石墨坩堝與石英坩堝反應(yīng)而生成的SiO、CO氣體
　　SiO2（S）+ C（S）→2SiO（g）+ CO（g） （2）
　　SiO（g）+ 2C（S）→SiC（S）+ CO（g） （3）
　　（1）對坩堝的影響
　　坩堝的內(nèi)側(cè)面，由于上述（2）、（3）式氧化反應(yīng)，分瓣面附近R（圓角）部分發(fā)生消耗，其厚度變薄。
同時，由于（3）式的影響，內(nèi)側(cè)面發(fā)生體積膨脹，引起坩堝變形，分瓣面上部開裂。坩堝的外側(cè)面，由于Si蒸氣或SiO氣體而發(fā)生Si蒸氣的凝結(jié)（下面簡稱蒸結(jié)），并出現(xiàn)SiC涂層。但是，SiC生成的厚度比內(nèi)側(cè)面薄。
　　（2）對加熱器的影響
　　發(fā)熱部分的上半部正對著坩堝，溫度較高，由于與SiO氣體的反應(yīng)引起消耗，厚度及寬度變小。發(fā)熱體的下部分溫度較低，有Si蒸結(jié)及生成碳化硅現(xiàn)象。
　　（3）對保溫筒的影響
　　保溫筒內(nèi)側(cè)面與SiO氣體反應(yīng)，生成SiC，使體積膨脹，可能發(fā)生變形、開裂現(xiàn)象。溫度低的時候，內(nèi)側(cè)面有Si蒸結(jié)現(xiàn)象。

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作者：許鵬 戴開瑛 張治軍 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：wutongyufg

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