权利要求
1.一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，包括：保温烘干炉(1)和高温烧结炉(2)，所述保温烘干炉(1)套设在高温烧结炉(2)外侧，所述高温烧结炉(2)与保温烘干炉(1)之间设置有旋转烘干架(3)，所述保温烘干炉(1)通过管道连接有
真空泵(4)，所述旋转烘干架(3)一侧转动连接有第一炉门(5)，所述第一炉门(5)传动连接有第一导轨驱动机构(6)，所述高温烧结炉(2)内设置有旋转烧结架(7)，所述高温烧结炉(2)一侧固定连接有第二炉门(9)，所述第二炉门(9)传动连接有第二导轨驱动机构(10)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述第一炉门(5)和第二炉门(9)分别位于保温烘干炉(1)两侧，所述第一炉门(5)和第二炉门(9)与保温烘干炉(1)之间通过耐高温橡胶密封。
3.根据权利要求1所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉其特征在于，所述旋转烘干架(3)包括旋转框架(301)，所述旋转框架(301)与第一炉门(5)转动连接，所述旋转框架(301)上转动连接有四组烘干石英舟(302)。
4.根据权利要求1所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述第一导轨驱动机构(6)包括第一丝杆导轨(601)，所述第一丝杆导轨(601)上通过螺纹传动连接有第一丝杆螺母(602)，所述第一丝杆螺母(602)固定连接有第一固定支架(603)，所述第一固定支架(603)与第一炉门(5)固定连接，所述第一丝杆导轨(601)一端通过同步带传动连接有第一伺服电机(604)。
5.根据权利要求4所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述第一丝杆导轨(601)设置有四根，且四根第一丝杆导轨(601)均相互平行，四根所述第一丝杆导轨(601)分别位于第一炉门(5)的上方和下方，所述第一固定支架(603)设置有两组，其中一组第一固定支架(603)与第一炉门(5)的上方的两个第一丝杆螺母(602)固定连接，另一组第一固定支架(603)与第一炉门(5)的下方的两个第一丝杆螺母(602)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉其特征在于，所述第一伺服电机(604)设置有两个，且位于第一炉门(5)上方的两根第一丝杆导轨(601)通过同步带轮传动与其中一个第一伺服电机(604)传动连接，位于第一炉门(5)下方的两根第一丝杆导轨(601)通过同步带轮传动与另一个第一伺服电机(604)传动连接。
7.根据权利要求6所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述高温烧结炉(2)包括第一烧结炉体(201)和第二烧结炉体(202)，所述第一烧结炉体(201)与第二炉门(9)转动连接，所述第二烧结炉体(202)通过铰链与第一烧结炉体(201)转动连接。
8.根据权利要求7所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述旋转烧结架(7)与第二烧结炉体(202)转动连接，所述旋转烧结架(7)上转动连接有四组烧结石英舟(8)。
9.根据权利要求1所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述第二导轨驱动机构(10)包括第二丝杆导轨(1001)，所述第二丝杆导轨(1001)上通过螺纹传动连接有第二丝杆螺母(1002)，所述第二丝杆螺母(1002)固定连接有第二固定支架(1003)，所述第二固定支架(1003)与第二炉门(9)固定连接，所述第二丝杆导轨(1001)一端通过同步带轮传动连接有第二伺服电机(1004)。
10.根据权利要求9所述的一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，其特征在于，所述第二丝杆导轨(1001)设置有四根，且四根第二丝杆导轨(1001)均相互平行，四根所述第二丝杆导轨(1001)分别位于第二炉门(9)的上方和下方，所述第二固定支架(1003)设置有两组，其中一组第二固定支架(1003)与第二炉门(9)的上方的两个第二丝杆螺母(1002)固定连接，另一组第二固定支架(1003)与第二炉门(9)的下方的两个第二丝杆螺母(1002)固定连接，所述第二伺服电机(1004)设置有两个，且位于第二炉门(9)上方的两根第二丝杆导轨(1001)通过同步带轮传动与其中一个第二伺服电机(1004)传动连接，位于第二炉门(9)下方的两根第二丝杆导轨(1001)通过同步带轮传动与另一个第二伺服电机(1004)传动连接。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉。
背景技术
[0002]半导体制造过程中会产生大量含有废酸、废碱等腐蚀性物质的废液，石英废液瓶作为储存这类废液的专用容器，凭借石英材料优异的耐高温、耐腐蚀和化学稳定性，可有效避免废液泄漏与污染，然而，使用后的石英废液瓶内壁残留光刻胶、金属离子、有机物等污染物，直接废弃会造成资源浪费和环境污染，因此需通过烘干去除水分和低沸点杂质，再经真空烧结使污染物挥发分解，从而实现石英材料的再生利用，降低生产成本的同时满足半导体行业对高洁净度耗材的需求。
[0003]目前，传统石英废液瓶处理设备多为单炉体结构，存在加热效率低、能耗高的问题，且无法实现烘干与烧结工序的高效衔接，导致处理周期长，同时，单炉体的保温性能有限，热量散失严重，进一步增加了能源消耗。
发明内容
[0004]本发明要解决的技术问题是：现有技术中存在传统石英废液瓶处理设备加热效率低、能耗高的缺点，为此我们提出一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉。
[0005]为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，包括：保温烘干炉和高温烧结炉，保温烘干炉套设在高温烧结炉外侧，形成双炉体嵌套结构，保温烘干炉采用316L不锈钢材质，壁厚8～10mm，内表面粗糙度Ra≤0.8μm，外覆80～100mm厚陶瓷纤维保温层，热导率≤0.03W/(m・K);高温烧结炉采用钼合金内衬，壁厚5～6mm，耐高温达1800℃，表面涂覆ZrO2陶瓷涂层以增强抗热震性。高温烧结炉与保温烘干炉之间设置有旋转烘干架，保温烘干炉通过管道连接有真空泵，真空泵采用两级旋片泵与罗茨泵组合，抽气速率≥150L/s，极限真空度≤6×10⁻²Pa，配备冷凝阱和活性炭过滤器以截留酸性气体和颗粒物。旋转烘干架一侧转动连接有第一炉门，第一炉门传动连接有第一导轨驱动机构，高温烧结炉内设置有旋转烧结架，高温烧结炉一侧固定连接有第二炉门，第二炉门传动连接有第二导轨驱动机构。
[0006]优选的，第一炉门和第二炉门分别位于保温烘干炉两侧，第一炉门和第二炉门与保温烘干炉之间通过耐高温橡胶密封，密封胶圈采用全氟醚橡胶材质，耐温范围-20℃至260℃，压缩永久变形率≤10%，密封面宽度≥25mm，配合炉门法兰处的榫槽结构实现三重密封。
[0007]优选的，旋转烘干架包括旋转框架，旋转框架与第一炉门转动连接，旋转框架上转动连接有四组用于盛放待烘干石英废液瓶的烘干石英舟，烘干石英舟位于旋转轴的下方，旋转框架采用316L不锈钢方管焊接而成，壁厚3mm，表面抛光处理;烘干石英舟采用99.99%纯度熔融石英材质。
[0008]优选的，第一导轨驱动机构包括第一丝杆导轨，第一丝杆导轨上通过螺纹传动连接有第一丝杆螺母，第一丝杆螺母固定连接有第一固定支架，第一固定支架与第一炉门固定连接，第一丝杆导轨一端通过同步带传动连接有第一伺服电机，第一丝杆导轨采用梯形丝杆，公称直径40mm，导程10mm，精度等级C7，最大行程800mm;第一伺服电机功率1.5kW，额定转速1500r/min，配备绝对值编码器，定位精度±0.1mm，重复定位精度±0.05mm。
[0009]优选的，第一丝杆导轨设置有四根，且四根第一丝杆导轨均相互平行，四根第一丝杆导轨分别位于第一炉门的上方和下方，第一固定支架设置有两组，其中一组第一固定支架与第一炉门的上方的两个第一丝杆螺母固定连接，另一组第一固定支架与第一炉门的下方的两个第一丝杆螺母固定连接，第一固定支架采用铸
铝材质，屈服强度≥200MPa，表面阳极氧化处理，厚度20mm，与第一丝杆螺母通过M12高强度螺栓连接，预紧力≥30kN。
[0010]优选的，第一伺服电机设置有两个，且位于第一炉门上方的两根第一丝杆导轨通过同步带轮传动与其中一个第一伺服电机传动连接，位于第一炉门下方的两根第一丝杆导轨通过同步带轮传动与另一个第一伺服电机传动连接，同步带采用HTD-8M齿形带，带宽50mm，带长1200mm，传动效率≥95%，配备张紧轮自动调节张紧力，确保传动精度;两个第一伺服电机通过PLC同步控制，速度偏差≤0.5%，扭矩平衡精度±2%。
[0011]优选的，高温烧结炉包括第一烧结炉体和第二烧结炉体，第一烧结炉体与第二炉门转动连接，第二烧结炉体通过铰链与第一烧结炉体转动连接，第一烧结炉体和第二烧结炉体均采用双层水冷结构，内层为钼合金材质，外层为316L不锈钢，夹层通冷却水，进水温度≤25℃，出水温度≤45℃，水压≥0.5MPa;铰链采用耐高温合金制造，销轴直径30mm，表面渗氮处理，硬度≥65HRC，可承受炉体自重≥2000kg。
[0012]优选的，旋转烧结架与第二烧结炉体转动连接，旋转烧结架上转动连接有四组用于盛放待烧石英废液瓶的烧结石英舟，烧结石英舟的重心位于旋转轴的下方，旋转烧结架采用钼合金制造，表面涂覆SiC抗氧化涂层，耐高温达1600℃;烧结石英舟采用99.999%超高纯熔融石英材质。
[0013]优选的，第二导轨驱动机构包括第二丝杆导轨，第二丝杆导轨上通过螺纹传动连接有第二丝杆螺母，第二丝杆螺母固定连接有第二固定支架，第二固定支架与第二炉门固定连接，第二丝杆导轨一端通过同步带轮传动连接有第二伺服电机，第二丝杆导轨采用滚珠丝杆，公称直径50mm，导程16mm，精度等级C5，最大行程1000mm;第二伺服电机功率2.2kW，额定转速1500r/min，配备23位绝对值编码器，定位精度±0.05mm，重复定位精度±0.02mm，具备断电制动功能，制动力矩≥10N・m。
[0014]优选的，第二丝杆导轨设置有四根，且四根第二丝杆导轨均相互平行，四根第二丝杆导轨分别位于第二炉门的上方和下方，第二固定支架设置有两组，其中一组第二固定支架与第二炉门的上方的两个第二丝杆螺母固定连接，另一组第二固定支架与第二炉门的下方的两个第二丝杆螺母固定连接，第二伺服电机设置有两个，且位于第二炉门上方的两根第二丝杆导轨通过同步带轮传动与其中一个第二伺服电机传动连接，位于第二炉门下方的两根第二丝杆导轨通过同步带轮传动与另一个第二伺服电机传动连接，第二固定支架采用高强度钢焊接结构，壁厚15mm，内部设有加强筋板，屈服强度≥345MPa;同步带传动系统配备张力传感器，实时监测张紧力，确保传动精度;两个第二伺服电机采用主从控制模式，主电机负责速度控制，从电机负责扭矩补偿，同步精度±0.03mm。
[0015]本发明的技术效果和优点：
本方案中保温烘干炉与高温烧结炉的双炉体嵌套结构设计具有显著优势。一方面，通过将保温烘干炉套设在高温烧结炉外侧，形成天然的真空隔热层，保温烘干炉外覆的陶瓷纤维保温层与真空环境协同作用，隔热效率大幅提升，有效阻隔高温烧结炉热量传导散失，相比传统单炉体结构能耗较低，实现节能生产。另一方面，该结构使两工序空间布局紧凑，利用高温烧结炉工作时散发的余热对保温烘干炉内的石英废液瓶进行预烘干，无需额外能耗即可提升烘干效率;且在抽真空过程中，由于两炉体间非完全密封，可同步抽气，减少抽真空时间与能耗。此外，双炉体嵌套设计实现了烘干、烧结工序的无缝衔接，避免物料转移过程中的热量损失与二次污染风险，大幅提升石英废液瓶处理效率与再生质量。
附图说明
[0016]参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件：
图1为本发明的外观结构示意图;
图2为本发明的内部结构示意图;
图3为本发明的第一导轨驱动机构结构示意图;
图4为本发明的旋转烘干架结构示意图;
图5为本发明的高温烧结炉结构示意图;
图6为本发明的第二导轨驱动机构结构示意图。
[0017]图例说明：1、保温烘干炉;2、高温烧结炉;201、第一烧结炉体;202、第二烧结炉体;3、旋转烘干架;301、旋转框架;302、烘干石英舟;4、真空泵;5、第一炉门;6、第一导轨驱动机构;601、第一丝杆导轨;602、第一丝杆螺母;603、第一固定支架;604、第一伺服电机;7、旋转烧结架;8、烧结石英舟;9、第二炉门;10、第二导轨驱动机构;1001、第二丝杆导轨;1002、第二丝杆螺母;1003、第二固定支架;1004、第二伺服电机。
具体实施方式
[0018]容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
[0019]参照图1-图6所示，本发明提供一种技术方案：一种半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉，包括：保温烘干炉1和高温烧结炉2，保温烘干炉1套设在高温烧结炉2外侧，形成双炉体嵌套结构，保温烘干炉1采用316L不锈钢材质，壁厚8～10mm，内表面粗糙度Ra≤0.8μm，外覆80～100mm厚陶瓷纤维保温层，热导率≤0.03W/(m・K)。
[0020]高温烧结炉2采用钼合金内衬，壁厚5～6mm，耐高温达1800℃，表面涂覆ZrO2陶瓷涂层以增强抗热震性。高温烧结炉2包括第一烧结炉体201和第二烧结炉体202，第一烧结炉体201与第二炉门9转动连接，第二烧结炉体202通过铰链与第一烧结炉体201转动连接，第一烧结炉体201和第二烧结炉体202均采用双层水冷结构，内层为钼合金材质，外层为316L不锈钢，夹层通冷却水，进水温度≤25℃，出水温度≤45℃，水压≥0.5MPa;铰链采用耐高温合金制造，销轴直径30mm，表面渗氮处理，硬度≥65HRC，可承受炉体自重≥2000kg。高温烧结炉2内的加热系统采用钼丝加热元件，额定功率80kW，最高工作温度1600℃，分区控制，温度均匀性为1200℃偏差±5℃;配备S型热电偶测温，响应时间≤0.5s，控温精度±1℃。
[0021]高温烧结炉2与保温烘干炉1之间设置有旋转烘干架3，旋转烘干架3一侧转动连接有第一炉门5，旋转烘干架3包括旋转框架301，旋转框架301与第一炉门5转动连接，旋转框架301上转动连接有四组用于盛放待烘干石英废液瓶的烘干石英舟302，烘干石英舟302位于旋转轴的下方，旋转框架301采用316L不锈钢方管焊接而成，壁厚3mm，表面抛光处理;烘干石英舟302采用99.99%纯度熔融石英材质。
[0022]保温烘干炉1通过管道连接有真空泵4，真空泵4采用两级旋片泵与罗茨泵组合，抽气速率≥150L/s，极限真空度≤6×10⁻²Pa，配备冷凝阱和活性炭过滤器以截留酸性气体和颗粒物。保温烘干炉1与高温烧结炉2之间通过直径80mm的不锈钢管道连通，管道内设置气动挡板阀，关闭时泄漏率≤1×10⁻6Pa・m³/s;配备真空规管，测量范围1×105Pa~1×10⁻5Pa，分辨率0.1Pa。控制系统采用PLC控制，具备温度曲线编程、真空度监测、故障诊断、数据存储功能;支持以太网通信，可远程监控和操作;设置三级安全保护，超温报警阈值为设定温度+50℃。
[0023]第一炉门5传动连接有第一导轨驱动机构6，第一导轨驱动机构6包括第一丝杆导轨601，第一丝杆导轨601上通过螺纹传动连接有第一丝杆螺母602，第一丝杆螺母602固定连接有第一固定支架603，第一固定支架603与第一炉门5固定连接，第一丝杆导轨601一端通过同步带传动连接有第一伺服电机604，第一丝杆导轨601采用梯形丝杆，公称直径40mm，导程10mm，精度等级C7，最大行程800mm;第一伺服电机604功率1.5kW，额定转速1500r/min，配备绝对值编码器，定位精度±0.1mm，重复定位精度±0.05mm。第一丝杆导轨601设置有四根，且四根第一丝杆导轨601均相互平行，四根第一丝杆导轨601分别位于第一炉门5的上方和下方，第一固定支架603设置有两组，其中一组第一固定支架603与第一炉门5的上方的两个第一丝杆螺母602固定连接，另一组第一固定支架603与第一炉门5的下方的两个第一丝杆螺母602固定连接，第一固定支架603采用铸铝材质，屈服强度≥200MPa，表面阳极氧化处理，厚度20mm，与第一丝杆螺母602通过M12高强度螺栓连接，预紧力≥30kN。第一伺服电机604设置有两个，且位于第一炉门5上方的两根第一丝杆导轨601通过同步带轮传动与其中一个第一伺服电机604传动连接，位于第一炉门5下方的两根第一丝杆导轨601通过同步带轮传动与另一个第一伺服电机604传动连接，同步带采用HTD-8M齿形带，带宽50mm，带长1200mm，传动效率≥95%，配备张紧轮自动调节张紧力，确保传动精度;两个第一伺服电机604通过PLC同步控制，速度偏差≤0.5%，扭矩平衡精度±2%。
[0024]高温烧结炉2内转动连接有旋转烧结架7，旋转烧结架7与第二烧结炉体202转动连接，旋转烧结架7上转动连接有四组用于盛放待烧石英废液瓶的烧结石英舟8，烧结石英舟8的重心位于旋转轴的下方，旋转烧结架7采用钼合金制造，表面涂覆SiC抗氧化涂层，耐高温达1600℃;烧结石英舟8采用99.999%超高纯熔融石英材质。
[0025]高温烧结炉2一侧固定连接有第二炉门9，第二炉门9传动连接有第二导轨驱动机构10。第二导轨驱动机构10包括第二丝杆导轨1001，第二丝杆导轨1001上通过螺纹传动连接有第二丝杆螺母1002，第二丝杆螺母1002固定连接有第二固定支架1003，第二固定支架1003与第二炉门9固定连接，第二丝杆导轨1001一端通过同步带轮传动连接有第二伺服电机1004，第二丝杆导轨1001采用滚珠丝杆，公称直径50mm，导程16mm，精度等级C5，最大行程1000mm;第二伺服电机1004功率2.2kW，额定转速1500r/min，配备23位绝对值编码器，定位精度±0.05mm，重复定位精度±0.02mm，具备断电制动功能，制动力矩≥10N・m。第二丝杆导轨1001设置有四根，且四根第二丝杆导轨1001均相互平行，四根第二丝杆导轨1001分别位于第二炉门9的上方和下方，第二固定支架1003设置有两组，其中一组第二固定支架1003与第二炉门9的上方的两个第二丝杆螺母1002固定连接，另一组第二固定支架1003与第二炉门9的下方的两个第二丝杆螺母1002固定连接，第二伺服电机1004设置有两个，且位于第二炉门9上方的两根第二丝杆导轨1001通过同步带轮传动与其中一个第二伺服电机1004传动连接，位于第二炉门9下方的两根第二丝杆导轨1001通过同步带轮传动与另一个第二伺服电机1004传动连接，第二固定支架1003采用高强度钢Q345焊接结构，壁厚15mm，内部设有加强筋板，屈服强度≥345MPa;同步带传动系统配备张力传感器，实时监测张紧力，确保传动精度;两个第二伺服电机1004采用主从控制模式，主电机负责速度控制，从电机负责扭矩补偿，同步精度±0.03mm。
[0026]具体的，第一炉门5和第二炉门9分别位于保温烘干炉1两侧，第一炉门5和第二炉门9与保温烘干炉1之间通过耐高温橡胶密封，密封胶圈采用全氟醚橡胶材质，耐温范围-20℃至260℃，压缩永久变形率≤10%，密封面宽度≥25mm，配合炉门法兰处的榫槽结构实现三重密封。
[0027]具体的，上述旋转烧结架7和旋转烘干架3均可通过伺服电机驱动进行旋转，从而增加加热的均匀性。
[0028]工作原理：在使用该节能型双炉体真空烧结炉时，首先通过两组导轨驱动机构分别将第一炉门5和第二炉门9打开，并将旋转烘干架3和高温烧结炉2从保温烘干炉1内抽出，第一导轨驱动机构6和第二导轨驱动机构10的同步运动精度控制在±0.1mm以内，确保炉门开启过程平稳无卡顿。然后打开高温烧结炉2，并将旋转烘干架3上上一轮加热烘干完成的石英废液瓶转移到烧结石英舟8上。接着在旋转烘干架3上摆放上清洗完待烘干的石英废液瓶，再通过两组导轨驱动机构分别将第一炉门5和第二炉门9关闭，炉门关闭后通过压力传感器检测密封压力，确保密封压力≥0.8MPa，并通过真空泵4将保温烘干炉1抽至真空，抽真空过程分为粗抽和精抽两个阶段，粗抽阶段耗时≤10min，精抽阶段耗时≤20min，由于第一烧结炉体201和第二烧结炉体202之间并未完全密封，因而高温烧结炉2内也会被抽至真空，高温烧结炉2内的真空度与保温烘干炉1内的真空度差值≤10%，确保烧结过程中污染物有效挥发。再利用电加热对高温烧结炉2进行加热，加热过程按照预设的三段式升温曲线进行：低温段：室温～400℃，升温速率5℃/min，中温段：400℃~800℃，升温速率8℃/min，高温段：800℃~1200℃，升温速率3℃/min，整个升温过程耗时约4.5h，令高温烧结炉2内的石英废液瓶上的杂质挥发，在1200℃保温阶段，旋转烧结架7在电机驱动下以0.5r/min的速度缓慢旋转，确保废液瓶受热均匀，杂质挥发率≥99.5%，而高温烧结炉2加热后，保温烘干炉1内的真空环境会阻隔高温烧结炉2的热量通过传导流失，真空夹层的隔热效率≥90%，相比传统单炉体结构节能30%以上，起到良好的保温作用，同时保温烘干炉1内的温度升高也会对其内的石英废液瓶进行烘干和预热，烘干阶段保温烘干炉1内温度控制在150-200℃，旋转烘干架3以1r/min的速度旋转，确保废液瓶表面水分蒸发速率≥0.5kg/h，真空环境也有利于石英废液瓶表面液态杂质的快速蒸发。
[0029]本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
说明书附图(6)
声明：
“半导体用石英废液瓶的节能型双炉体真空烧结炉” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：江苏旭邦光电科技有限公司
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