中国粉体网讯 石英坩埚是石英玻璃制品中的细分产品，由高纯石英砂通过模具定型，使用电弧熔融法高温制作而成。石英坩埚具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点，主要用于光伏高纯单晶硅棒的拉制的辅助性耗材，是单晶硅棒拉制过程中用于盛装熔融硅液的关键性消耗品。近年来，光伏产业快速发展，带动光伏产业链上游的石英坩埚及高纯石英砂产业的快速增长。
石英坩埚的构造分为不透明层、真空透明层及内涂层，其中石英坩埚内层砂对纯度要求高，达4N8（大于99.998%），且对气液包裹体、晶格杂质、稳定性也有较高要求。全球高纯石英砂的生产地主要集中在美国、挪威、中国等国家。主要生产企业包括美国尤尼明、挪威 TQC 和中国石英股份。中国石英矿物资源虽然丰富，但高纯石英矿床少且规模较小，高品质脉石英仅占石英矿资源的0.93%，受制于原材料的限制，国内企业的生产能力受到一定的影响。目前，中外层石英砂的品质要求相对较低，已基本实现国产替代。4N8及以上高端石英砂市场几乎被国外企业垄断，国产高纯砂纯度和稳定性亟待进一步提高。
在此背景下，国内石英行业除积极多渠道寻找矿源，不断扩张产能，提升提纯技术之外，一部分企业开始布局不同赛道，以高纯含硅化合物为原料、采用化学方法制备合成石英砂。目前，合成砂的技术路线包括气相合成法、液相合成法、氟硅酸法、化学沉淀法、溶胶凝聚法、四氯化硅水解法等。
氟硅酸是磷酸和无水氢氟酸生产的副产品，用以生产氟硅酸盐、氟化盐、氟硼酸酸盐、无水氟化氢、四氟化硅等，现也用多种方式提取二氧化硅。应盛荣等以氟硅酸和液态氨为原料，氟硅酸经过脱色、去杂、脱游离酸、去除无机杂质、过滤等一系列提纯过程后，与液氨发生氨化反应，所得硅胶固体经过清洗、分离、干燥后可以制备出高纯石英砂。用该石英砂制作的石英坩埚，通过单晶拉制试验证明高温状态使用寿命达220小时以上，达到进口坩埚水平。
气相合成法又称为气相沉积法或火焰水解法，其工艺路线与白炭黑制备路线相似，即以四氯化硅（SiCl4）或甲基氯硅烷等硅基材料作为原料，在1200-1600℃条件下与氢气、氧气混合，发生水解反应得到雾状的无定型产品。沉淀法是以硅酸钠与二氧化碳或酸溶液为原料，在一定的温度下，得到偏硅酸沉淀，再经过过滤、洗涤、高温煅烧等工艺过程得到SiO2，此工艺路线相对成熟，已有工业化应用。四氯化硅水解法是指高纯原料在液相条件下与纯水发生水解反应，在经洗涤、过滤、煅烧等工序得到高纯SiO2粉体。
合成石英砂与天然砂在纯度、杂质元素含量等方面差别较大。未来，石英坩埚将朝着长寿命、高品质、高温定性、低成本等方向发展，坩埚强度需求更高，坩埚抗腐蚀速率、强度、气泡数量控制需要进一步优化，内层石英砂供应紧缺，坩埚成本占整个拉晶成本比例逐步提升，坩埚品质的稳定性将极大影响拉晶单产、晶棒品质。而受限于合成成本、设备材质、生产周期、产品稳定性等因素，国内合成石英砂尚处于研发阶段，合成石英砂在配方、熔制工艺、拉晶热场将面临极大的挑战。
2025年3月27日，由中国粉体网主办的“2025第三届集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏东海召开，江苏双良低碳产业技术研究院的光伏创新中心主任黄晶晶，将做题为《合成石英砂在光伏级石英坩埚应用进展》的报告，届时他将详细介绍光伏石英坩埚对合成砂的需求及合成砂的研究进展情况。
参考来源：
黄晶晶.光伏用石英坩埚技术展望
《光伏单晶硅生长用石英坩埚高纯内层砂》（征求意见稿）编制说明
银波.化学法制备高纯石英砂工艺与应用研究
（中国粉体网编辑整理/初末）
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