一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置

技术领域

本发明属于碳化硅破碎研究技术领域，涉及一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种具有宽禁带、高临界电场和高饱和迁移率的第三代半导体材料，在功率器件领域极具优势，广泛应用于新能源汽车、光伏发电、铁路交通及电力系统等领域。

然而，由于SiC的物理和化学性质稳定，使得SiC晶体生长极为困难。目前用于制作SiC器件的单晶衬底主要由物理气相传输(PVT)法制备，原料为SiC粉料，粉料的纯度、粒径、晶型等参数对PVT法生长SiC单晶晶体质量乃至后续制作的器件质量都有一定影响。衬底片成本在整个产业链中占比约50％，粉料的品质及成本直接影响衬底的生产成本。

目前广泛使用的粉料基本为小于40目的大颗粒粉料，而产业化生产普遍采用改进的自蔓延法合成SiC，由于合成较大粒径的工艺会出现料块结块现象，需后道破碎加工。常规破碎为鄂式破碎、摆锤式破碎和滚筒式破碎，而料块一般呈针柱状，且具有方向性，采用上述设备破碎过程容易破坏粉料的针柱状结构，产生大量40目以上的细粉，造成浪费；另外，破碎过程存在金属污染风险，导致粉料表金属偏高，需经过复杂的酸洗、水洗过程，不但增加了纯水消耗、排污负担，且存在除酸、及表金属去除不彻底的风险，对晶体生长造成一定影响。因此，亟需设计研究一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置，克服现有技术缺陷，以满足实际应用需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置，在本发明中，通过各部件的组合设置，保护合成粉料的原有形貌，增大了小于40目的大颗粒料的产出，且全程无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量，只需使用纯水清洗1～5次即可获得符合生长条件的高纯碳化硅粉料；还避免料块上下翻滚，减少扬尘，无需使用大功率除尘设备，减少环境污染和成本投入。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置，所述碳化硅合成料块破碎装置包括压板、筛网板、刮件、支撑件、集料装置和振动装置，所述压板的顶部电性连接有驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述压板和所述刮件移动，所述压板的底部边缘和所述筛网板的边缘通过导向轴活动连接；所述筛网板朝向所述压板的一侧中部设置有承压台和所述刮件，所述刮件用于拨动物料，所述筛网板的另一侧且对应所述承压台处设置有所述支撑件的一端，所述支撑件的另一端固定连接至所述集料装置的顶部内；所述集料装置的底部安装有所述振动装置，所述振动装置沿物料走向的一侧设置有出料口。

在本发明中，通过各部件的组合设置，保护合成粉料的原有形貌，增大了小于40目的大颗粒料的产出，且全程无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量，只需使用纯水清洗1～5次即可获得符合生长条件的高纯碳化硅粉料；还避免料块上下翻滚，减少扬尘，无需使用大功率除尘设备，减少环境污染和成本投入。

需要说明的是，本发明中对支撑件的形状、不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，支撑件的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等，能满足支撑筛网板的力度即可。

作为本发明一种优选的技术方案，所述压板的平移距离为50～150mm，例如可以是50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明限定压板的平移距离为50～150mm，是因为碳化硅料块较硬，压碎过程所需压力较大，行程过大容易使压板受力不均、承压台与导向轴结构不稳，易损坏轴承，另一方面，碳化硅料块尺高度一般<150mm，在此范围无需预处理可直接破碎；若行程过小，则碳化硅料块需人工预处理后方能放到压板下方，有增加金属污染风险。

需要说明的是，本发明中对压板的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，压板的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等。

作为本发明一种优选的技术方案，所述压板和所述承压台之间的最小线性距离为1～3mm，例如可以是1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明限定压板和承压台之间的最小线性距离为1～3mm，是因为满足晶体生长所需的粉料粒径一般在4-40目，如压板和承压台之间距离过小，料块相互挤压会导致大量40目以上的细粉料产生，增加了损耗，而间距过大则达不到破碎的效果。

优选地，所述承压台为圆台。

作为本发明一种优选的技术方案，所述导向轴靠近所述筛网板的一侧设置有限位卡，所述限位卡用于所述压板在所述导向轴上移动。

需要说明的是，本发明中对筛网板的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，筛网板的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等。

需要说明的是，本发明中对导向轴的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，导向轴的形状可以是圆柱形。

需要说明的是，本发明中对限位卡的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，限位卡的端部形状可以是弧形或尖型。

优选地，所述导向轴设置有至少两根，例如可以是2根、4根、6根、8根等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述筛网板的边缘设置有挡板，所述挡板用于防止物料从筛网板的四周溢出。

需要说明的是，本发明中对挡板的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，挡板的形状可以是长方形或正方形等。

优选地，所述挡板的高度大于所述刮件的高度。

作为本发明一种优选的技术方案，所述筛网板的孔径为3～5mm，例如可以是3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm、5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明限定筛网板的孔径为3～5mm，是因为在此尺寸范围内使得符合需求粒径充分过筛，若孔径尺寸过小，则会导致满足生长需求的料不能及时筛出而被反复压碎，从而产生超出需求范围的细粉料，造成浪费；而孔径尺寸过大则会出现超出生长需求尺寸的料筛出，无法满足尺寸需求。

作为本发明一种优选的技术方案，所述刮件为刮板，所述刮板的一端可拆卸连接在所述导向轴靠近所述筛网板的一端。

需要说明的是，本发明中对刮板的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，刮板的形状可以是长方形或正方形等，可以呈圆周式运动即可。

优选地，所述刮板通过所述驱动电机的驱动呈圆周式运转，且所述刮板和所述压板之间电性联动；

当所述压板向上运行远离所述承压台时，所述刮板绕所述导向轴呈圆周式运转，当所述压板向下运行靠近所述承压台时，所述刮板靠近所述挡板设置，不在呈圆周式运转。

作为本发明一种优选的技术方案，所述集料装置为集料筐。

需要说明的是，本发明中对集料筐的顶部的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，集料筐的顶部形状可以是长方体、圆柱体或正方形等。

优选地，所述集料筐的底部为漏斗型，用于将物料移动至所述振动装置内。

作为本发明一种优选的技术方案，所述振动装置为振动筛。

需要说明的是，本发明中对振动筛的形状、大小和振动参数不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，振动筛的形状可以是长方体、圆柱体或正方形等。

优选地，所述振动筛内设置有至少一层筛网，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述筛网设置有1～5层，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述1～5层的筛网的目数不同，用于筛选不同尺寸的物料颗粒。

优选地，所述出料口设置有至少一个，例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述出料口对应所述筛网的层数设置。

需要说明的是，本发明中对出料口的形状、大小和振动参数不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，出料口的形状可以是圆形或方形等。

作为本发明一种优选的技术方案，所述压板的底部和所述承压台的表面均包覆有第一非金属层。

优选地，所述第一非金属层的材质为钽、碳化钽、碳化铌和碳化钨中的任意一种或两种及以上的组合。

优选地，所述筛网板、所述导向轴、所述刮件、所述支撑件、所述集料装置和所述振动装置的外表面均包覆有第二非金属层。

优选地，所述第二非金属层的材质为聚四氟乙烯或聚丙烯。

需要说明的是，本发明通过限定压板的底部、承压台的表面均包覆有第一非金属层，以及筛网板、导向轴、刮件、支撑件、集料装置和振动装置的外表面均包覆有第二非金属层，保证了物料破碎过程中，全程无金属无有害金属污染，无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

在本发明中，通过各部件的组合设置，保护合成粉料的原有形貌，增大了小于40目的大颗粒料的产出，且全程无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量，只需使用纯水清洗1～5次即可获得符合生长条件的高纯碳化硅粉料；还避免料块上下翻滚，减少扬尘，无需使用大功率除尘设备，减少环境污染和成本投入。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的碳化硅合成料块破碎装置的结构示意图；

其中，1-压板；2-导向轴；3-刮板；4-承压台；5-支撑件；6-集料筐；7-出料口；8-螺旋轴；9-驱动电机；10-筛网板；11-挡板；12-振动筛。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置，如图1所示，所述碳化硅合成料块破碎装置包括压板1、筛网板10、刮件、支撑件5、集料装置和振动装置，压板1的顶部电性连接有驱动电机9，驱动电机9用于驱动压板1和刮件移动，压板1的底部边缘和筛网板10的边缘通过导向轴2活动连接；筛网板10朝向压板1的一侧中部设置有承压台4和刮件，刮件用于拨动物料，筛网板10的另一侧且对应承压台4处设置有支撑件5的一端，支撑件5的另一端固定连接至集料装置的顶部内；集料装置的底部安装有振动装置，振动装置沿物料走向的一侧设置有出料口7。

在本发明中，通过各部件的组合设置，保护合成粉料的原有形貌，增大了小于40目的大颗粒料的产出，且全程无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量，只需使用纯水清洗1～5次即可获得符合生长条件的高纯碳化硅粉料；还避免料块上下翻滚，减少扬尘，无需使用大功率除尘设备，减少环境污染和成本投入。

需要说明的是，本发明中对支撑件5的形状、不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，支撑件5的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等，能满足支撑筛网板10的力度即可。

压板1的平移距离为50～150mm，例如可以是50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。需要说明的是，本发明中对压板1的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，压板1的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等。

压板1和承压台4之间的最小线性距离为1～3mm，例如可以是1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。进一步地，承压台4为圆台。

导向轴2靠近筛网板10的一侧设置有限位卡，限位卡用于压板1在导向轴2上移动。需要说明的是，本发明中对筛网板10的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，筛网板10的形状可以是长方形、正方形或椭圆形等。需要说明的是，本发明中对导向轴2的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，导向轴2的形状可以是圆柱形。需要说明的是，本发明中对限位卡的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，限位卡的端部形状可以是弧形或尖型。

导向轴2设置有至少两根，例如可以是2根、4根、6根、8根等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

筛网板10的边缘设置有挡板11，挡板11用于防止物料从筛网板10的四周溢出，进一步地，挡板11的高度大于刮件的高度。需要说明的是，本发明中对挡板11的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，挡板11的形状可以是长方形或正方形等。

筛网板10的孔径为3～5mm，例如可以是3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm、5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

刮件为刮板3，刮板3的一端可拆卸连接在导向轴2靠近筛网板10的一端，刮板3通过驱动电机9的驱动呈圆周式运转。需要说明的是，本发明中对刮板3的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，刮板3的形状可以是长方形或正方形等，可以呈圆周式运动即可。

需要说明的是，本发明中的刮板3和压板1之间运动联动，当压板1向上运行远离承压台时，刮板3呈圆周运动，将承压台4上的料块及细粉料扫落至筛网板10，符合尺寸的颗粒下漏至集料筐6，不符合的颗粒收集起来继续使用液压破碎；当压板1下压时，刮板3则可以转到远离承压台4的一边，防止被破坏。

集料装置为集料筐6，进一步地，集料筐6的底部为漏斗型，用于将物料移动至振动装置内。需要说明的是，本发明中对集料筐6的顶部的形状、大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，集料筐6的顶部形状可以是长方体、圆柱体或正方形等。

振动装置为振动筛12。需要说明的是，本发明中对振动筛12的形状、大小和振动参数不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，振动筛12的形状可以是长方体、圆柱体或正方形等。

振动筛12内设置有至少一层筛网，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。筛网设置有1～5层，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。进一步地，1～5层的筛网的目数不同，用于筛选不同尺寸的物料颗粒。

出料口7设置有至少一个，例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。进一步地，出料口7对应筛网的层数设置。需要说明的是，本发明中对出料口7的形状、大小和振动参数不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，出料口7的形状可以是圆形或方形等。

压板1的底部和承压台4的表面均包覆有第一非金属层，第一非金属层的材质为钽、碳化钽、碳化铌和碳化钨中的任意一种或两种及以上的组合；筛网板10、导向轴2、刮件、支撑件5、集料装置和振动装置的外表面均包覆有第二非金属层，第二非金属层的材质为聚四氟乙烯或聚丙烯。需要说明的是，本发明通过限定压板1的底部、承压台4的表面均包覆有第一非金属层，以及筛网板10、导向轴2、刮件、支撑件5、集料装置和振动装置的外表面均包覆有第二非金属层，保证了物料破碎过程中，全程无金属无有害金属污染，无需使用酸洗工艺，减少了废酸排放和纯水使用量。

实施例1

本实施例提供了一种无金属污染的碳化硅合成料块破碎装置，其中：

碳化硅合成料块破碎装置包括压板1、筛网板10、刮件、支撑件5、集料装置和振动装置，压板1的顶部电性连接有驱动电机9，驱动电机9和螺旋轴8配合运转用于驱动压板1和刮件移动，压板1的底部边缘和筛网板10的边缘通过导向轴2活动连接；筛网板10朝向压板1的一侧中部设置有承压台4和刮件，刮件用于拨动物料，筛网板10的另一侧且对应承压台4处设置有支撑件5的一端，支撑件5的另一端固定连接至集料装置的顶部内；集料装置的底部安装有振动装置，振动装置沿物料走向的一侧设置有出料口7。

压板1的平移距离为100mm，压板1的形状是长方形；压板1和承压台4之间的最小线性距离为2mm，承压台4为圆台。导向轴2靠近筛网板10的一侧设置有限位卡，限位卡用于压板1在导向轴2上移动。导向轴2设置有四根。

筛网板10的边缘设置有挡板11，挡板11用于防止物料从筛网板10的四周溢出，且挡板11的高度大于刮件的高度，筛网板10的孔径为3mm。刮件为刮板3，刮板3的一端可拆卸连接在导向轴2靠近筛网板10的一端，刮板3通过驱动电机9的驱动呈圆周式运转。

集料装置为集料筐6，且集料筐6的底部为漏斗型，用于将物料移动至振动装置内。振动装置为振动筛12。振动筛12内设置有两层筛网。出料口7设置有两个。

压板1的底部和承压台4的表面均包覆有第一非金属层，第一非金属层的材质为碳化钽；筛网板10、导向轴2、刮件、支撑件5、集料装置和振动装置的外表面均包覆有第二非金属层，第二非金属层的材质为聚四氟乙烯。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。