中国粉体网讯 近日，国内高纯石英砂行业某头部企业发布了一份声明文件，事关与下游客户某坩埚企业的买卖合同纠纷一案。该案件中，存在争议的焦点在于：“掺铝”的高纯石英砂，是否会导致石英坩埚“析晶”“漏硅”等问题。
据中国粉体网小编了解，在现有的高纯石英加工技术下，以晶格杂质形式存在的Al元素含量虽然极低但除去难度极大，因此成为制约高纯石英最终质量的关键。既然高纯石英砂中的铝杂质如此难以清除干净，那为什么还要往里面“掺铝”呢？
原来，在光伏坩埚中，铝杂质并不是越少越好。关于铝杂质，据专家讲，由于Al-O键能高于Si-O键能，因此适量的Al元素可以增强光伏坩埚的强度。我国光伏坩埚用高纯石英砂杂质元素的标准要求中，外层砂铝元素的含量为18ppm。
2024年，由挪威石英公司、挪威科技大学的研究人员在《RSC Advances》发表的论文《Influence of aluminium doping on high purity quartz glass properties》也证实了上述观点。
研究人员将铝前驱体涂覆到石英原料中，结果表明，高达500 ppm的铝添加量会显著增加掺杂石英粉末在高温下形成的玻璃的粘度；最大粘度在铝添加量低至20 ppm时达到。这可能是由于石英玻璃中OH基团的稳定性降低，以及形成被困的氧空位，这一点通过原子模型得到了证实。氧空位的形成也阻碍了方石英的结晶。另一方面，铝原子本身导致 Si–O 键局部弱化，从而加速了从玻璃态到结晶态的重构相变动力学。该发现对于开发光伏新型高强度坩埚被认为是一个重要的进步。
依据上述研究结论来看，掺铝对于石英坩埚的质量有正、反两方面的影响，因此在平衡石英玻璃粘度提升与析晶风险的前提下，有一个“最佳的铝掺杂量”。而这个最佳掺杂量需要高纯砂厂家和下游坩埚厂家联合研究试验才能摸索出来，从而展开大规模生产。
本质上，这个纠纷案例是关乎科学工艺的问题。但是，据上述高纯砂厂家自述，上述坩埚公司是首次购买他们的高纯石英砂产品，且未经小试、中试、大试就大批量投入使用。这里也暴露了上下游相关企业严重缺乏“科学态度”和“协作精神”。
此外，石英坩埚出现“析晶”“漏硅”等严重问题，可能的因素既包括石英坩埚本身的品质，也可能与拉晶所用的原料品质以及拉单晶的整个过程中的操作规范、工艺参数等密切相关。
如果把问题全部甩给“掺铝”这项先进技术，那很可能是冤枉它了。
参考来源：
[1]中国粉体网：高纯石英砂提纯，最难除掉的竟然是它！
[2]中国粉体网：石英坩埚析晶：“隐秘的角落”里发生了什么？
[3]孙红娟教授：坩埚用石英砂的工艺特征及高纯石英砂制备技术
[4]Influence of aluminium doping on high purity quartz glass properties
（中国粉体网编辑整理/平安）
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