中国粉体网讯 近日，欧晶科技豪掷3.5亿美元，与矽比科北美公司签署了原材料高纯石英砂的采购协议！
今天我们就来分析一下，石英坩埚龙头欧晶科技3.5亿美元“买砂”的背后蕴藏着什么？
来源：欧晶科技
我们都知道，欧晶科技是石英坩埚龙头企业，石英坩埚是生产单晶硅片不可或缺的耗材，在单晶硅生产中，石英坩埚是一次性使用的熔硅和晶体生长的关键材料，对单晶硅的生产成本和产品产量质量都有直接的重要影响。近年来，随着光伏装机规模的快速增长，欧晶科技的石英坩埚产品供不应求。
“抢砂保供”背后：
高纯石英砂对石英坩埚企业的重要性
石英坩埚的原材料是高纯石英砂，石英坩埚一般分为内外双层（或三层）结构，石英砂的纯度会直接影响硅棒拉晶质量。中外层洁净度要求较低，目前内层用高纯石英砂是供给侧最大短板。业内常见分层比例为 3：4：3，即单个石英坩埚内层砂占比三成，中层砂占比四成，外层砂占比三成。内层石英砂因为直接接触晶液，如果纯度不足，则会出现杂质析出至晶体影响晶体纯度情况。
石英坩埚分层结构示意图
那么，目前坩埚用高纯石英砂供应情况如何呢？
全国高纯石英原料矿床主要分布在美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、中国、毛里塔尼亚和巴西等，其中美国的Spruce Pine矿是世界公认的优质石英矿床,具有规模大、流体杂质少和矿石品质稳定等优点，美国矽比科公司凭借此矿几乎垄断了全球高纯石英高端市场。美国矽比科、挪威TQC等海外厂商对于上游核心原材料高纯内层石英砂供给占有核心主导地位。
目前国产石英矿含有较高的金属杂质含量和气液包裹体，高纯石英砂制备技术存在的难点也比较多，因此国内石英坩埚用高纯石英砂还是以进口为主。其中内层砂必需的4N8高纯石英高端产品仍需要高价从美国、挪威等进口，而质量要求略低的石英坩埚中外层砂，其矿石原料也需要从印度等国进口解决。虽然国内现有高纯石英砂也可以做坩埚，但是寿命相对比较短，产品质量也相对较差。
因此，欧晶科技花3.5亿美元采购矽比科高纯石英砂的这一举措，自然是为了保障其上游原材料高纯石英砂的长期稳定供应，从而保障其石英坩埚产品的产量和质量。
那么，石英砂的质量具体如何影响着石英坩埚的品质呢？
石英砂对石英坩埚品质的影响
来源：石英股份
石英坩埚的寿命是其综合品质的体现，其中，纯度保证了坩埚不会形成太厚的析晶层，高温强度保证了坩埚长时间运行不变形塌边，透明层品质保证了拉晶过程的顺畅、不断线。而石英砂的纯度、羟基含量、气液包裹体及石英砂的粒度都等影响着石英坩埚的品质。
石英砂品质对坩埚品质的影响
石英砂杂质含量
石英砂原料杂质含量高会导致坩埚破裂及影响单晶生长。如果Na、K、Li、Ca等杂质元素含量高，会促使坩埚析晶，使坩埚失透和变形，影响坩埚的力学性能、电阻分布，造成坩埚塌陷。另外，过渡金属（Cr、Cu、Fe等）含量过高时，会使石英坩埚产生色斑或引起高温变色，影响光透过率。
石英砂的羟基及气液包裹体含量
石英坩埚中的羟基缺陷会破坏Si-O键，导致其结构疏松度增加，化学稳定性降低。石英砂中的气液包裹体在高温熔制石英玻璃的过程中H2O能与SiO2熔体发生反应，使得羟基含量增高，造成气泡增加。
如果坩埚内层的微气泡比较多，拉晶高温下就会膨胀，把内层拱破，颗粒就进入硅液当中，造成硅棒断棱，影响拉晶成晶率；同时，气体进入硅液形成导致后期的硅片报废。
石英砂的粒度分布
不同类型的石英原料的嵌布粒度特征存在明显的差异，这与矿床成因密切相关。如脉石英的嵌布粒度主要受成矿环境制约和岩浆活动影响，常常共生有白云母等铝硅酸盐矿物，这些矿物的嵌布粒度大小直接影响石英的单体解离度，当粉碎颗粒粒度小于石英时，脉石矿物才能从连生体中解离出来。
光伏石英坩埚用高纯石英砂指标要求
光伏石英坩埚用高纯石英砂主要为4N8高纯石英高端产品。石英坩埚对石英砂原料要求是纯度高、一致性好、粒度分布均匀。
石英坩埚对石英砂的品质要求
内层砂：高纯石英中，除SiO2以外的其他任何成分都是有害杂质。在美国尤尼明公司IOTA 系列高纯石英高端产品中，IOTA-CG（坩埚级）是目前内层砂的典型代表。该产品是采用美国北卡罗来纳州 Spruce Pine 地区的花岗伟晶岩（曾称为白岗岩）石英为原料加工制备的，其特点其特征是：ω(SiO2) ≥99.998%（4N8）的高端产品，15 种杂质元素（Al、B、P、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、Ni）总含量为19×10−6，其中：除了 Al 和 Ti 含量>1×10−6（分别为14×10−6 和1.2×10−6）外，其余含量均<1×10−6。
中层砂：目前国内有个别企业具有批量生产能力。中层砂是采用从印度等国进口的脉石英A级矿为原料加工制备的，其特点其特征是：ω(SiO2) ≥99.998%（4N8）的高端产品，15 种杂质元素的总含量能够达到IOTA-CG的要求。但由于矿床工业类型（脉石英）和矿源稳定性的制约，产品的气液包裹体相对较多、质量稳定性受限。
外层砂：为了降低生产成本，有的单晶硅生产采用了三层结构。外层砂是主要采用从印度等国进口的质量和稳定性稍次的脉石英A级矿为原料加工制备的，其特点其特征是：ω(SiO2) ≥99.995%（4N5）的中高端产品，15 种杂质元素的总含量通常难以达到IOTA-CG的要求。
来源：胡泽晨等.石英砂的提纯技术现状及挑战
总体来讲，石英坩埚中内层对高纯石英砂要求更严苛。内层石英砂因为直接接触晶液，洁净度要求极高，纯度要求达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，而石英坩埚外涂层、石英管、石英棒、石英舟和石英锭等产品达到4N5即可。
参考来源：
汪灵.光伏石英坩埚用高纯石英砂及其制造关键技术
孙红娟.坩埚用石英砂的工艺特征及高纯石英砂制备技术
胡泽晨.石英砂的提纯技术现状及挑战
王向东.光伏直拉单晶对于石英坩埚及石英砂的产业化需求
粉体大数据研究
（中国粉体网编辑整理/初末）
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