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石英陶瓷坩埚及其工艺简述


来源:中国粉体网   三昧

[导读]  近年随着环保能源不断被重视和发展,太阳能作为绿色能源受到世界各国的普遍重视,从而得到了广泛的开发和利用,这使得用于太阳能转换的多晶硅的用量急剧增加。因此促进了多晶硅生产的快速发展,相应的大尺寸薄壁方形熔融石英陶瓷坩埚的用量也在急剧增大,国际上该产品的市场很好。

中国粉体网讯  随着人们的环保意识的增强,政府鼓励措施的出台,同时,全球能源结构性的调整,使得光伏行业成为新能源取代传统能源成为必然的趋势的代表之一。


太阳能石英坩埚企业是光伏产业链的上游企业,相当依赖于光伏行业来生存与发展。石英陶瓷坩埚(又称太阳能坩埚),是以高纯熔融石英为原料做成的陶瓷质坩埚。一般情况下,它的形状主要有方形和圆筒形。其中,方形的高纯石英坩埚用在多晶硅铸锭环节,充当多晶硅化料和长晶的容器;圆形的高纯石英坩埚则用在单晶硅中拉单晶的环节。




石英陶瓷坩埚是太阳能电池用多晶硅铸锭炉的关键部件,这种坩埚是用于光伏工业中盛装融熔硅并制成后续工序所需硅锭的一种容器,是拉制大直径单晶硅和多晶硅的消耗性器皿,工作温度在 1500℃以上,并且每生产一炉硅产品就可能会用掉一只坩埚,属于易耗品。


国家标准:多晶硅铸锭石英坩埚用熔融石英料!


多晶硅熔炼用薄壁大尺寸方形石英陶瓷坩埚,从使用的角度讲,除了对坩埚的纯度、强度、尺寸精度、外观缺陷、高温性能等都有极其严格的要求外,还对其在质量和热震稳定性具有极其苛刻的要求。


高纯度的熔融石英由于具有结构精细、热导率低、热膨胀系数小、制成品尺寸精度高、高温不变形、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好等特点,在太阳能行业多晶硅制作的环节得到广泛应用。基于高纯度的熔融石英坩埚的良好特性,因此可以在玻璃深加工行业、冶金工业、电子工业、化工工业、航空航天等领域进行更为广泛的推广和使用。这样石英坩埚行业就不因为光伏行业的不景气而陷入困境。 


《GB/T 32652——2016多晶硅铸锭石英坩埚用熔融石英料》国家标准的研究与制订,对于多晶硅铸锭石英坩埚用熔融石英料生产有着巨大的促进作用,也能够为生产厂家在国际市场上的竞争奠定良好的基础。


石英坩埚企业在光伏产业中的状况



近年随着环保能源不断被重视和发展,太阳能作为绿色能源受到世界各国的普遍重视,从而得到了广泛的开发和利用,这使得用于太阳能转换的多晶硅的用量急剧增加。因此促进了多晶硅生产的快速发展,相应的大尺寸薄壁方形熔融石英陶瓷坩埚的用量也在急剧增大,国际上该产品的市场很好。熔融石英陶瓷坩埚以其热稳定性好、耐熔体(硅、铝、铜等)侵蚀性和对所加工的制品无污染等特性,被广泛应用于多晶硅生产及有色金属冶炼行业。


多晶硅片企业铸锭用的方坩埚和单晶硅片企业拉晶用的石英坩埚,十年前也是全部需要进口,而目前则几乎实现了100%的国产化。


十年前铸锭用方坩埚基本由美国赛瑞丹、法国维苏威等垄断供应,但到2012年的时候,维苏威坩埚就退出了中国市场,随后赛瑞丹也面临了同样的命运。国内铸锭用石英方坩埚经过一轮洗牌后,目前剩下来的坩埚供应商主要有江西中材、同立同华、核晶、华融、中昱、润驰、太平洋、科瑞宝等。


而拉晶用石英坩埚最初也是只有进口石英坩埚供应商,如GE等,而后国产单晶坩埚经过洗牌后,目前主要有国产晶隆、欧晶、江西中材等。


石英陶瓷坩埚的制备工艺


石英陶瓷坩埚有注浆成形法和注凝成形法2种成形方法。


注浆成形法是将已配制好的石英陶瓷浆料注入高性能的石膏模具中成形,依靠石膏模具的吸水性使浆料凝固,得到石英坩埚坯体,再经过干燥、烧成,最终得到石英陶瓷坩埚。


此方法在陶瓷生产工艺中使用时间较长,易于掌握,是目前使用的较为普遍的成形方法。因其使用石膏模具固化浆料脱模时间较长,生产效率相对较低。制备的产品密度高,耐磨性好,显气孔率低。


注凝成形法是在初配的石英陶瓷浆料中加入一种有机添加剂,并注入特殊模具成形,浆料中的单体分子会发生聚合反应形成凝胶网络,从而使石英陶瓷浆料固化成为陶瓷坯体,经干燥、高温烧结得到石英陶瓷坩埚。


使用此方法成形具有一定的技术难度,因而目前国内仅有少数厂家掌握。该成形方法成形的坯体能够快速成形,易于脱模,而且脱模后强度较高,适用于大规模快速化生产,是未来发展的方向。制备的坩埚具有很高的生坯强度,更适合制作超大尺寸产品。同时其结构均匀,具有优异的抗热震能力和耐高温能力。


结语


光伏行业应是新世纪的朝阳行业,符合人类追求清洁能源的要求,是解决能源供应短缺和环境污染问题的有效途径之一。我国的坩埚行业必然在严峻挑战之后迎来大好的发展机遇。石英陶瓷坩埚使用条件极其苛刻,对石英原料的纯度、外观缺陷、内在质量、尺寸精度等都有严格的要求。


12月12-13日,中国粉体网将在安徽省凤阳国际大酒店举办“2017石英砂精细加工及应用技术交流会”。会议旨在为当地及国内石英砂产业界人士提供石英砂提纯及精细加工技术方面的沟通平台,强化行业信息交流,为企业产品转型提供优质解决方案。




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