CN102173598B - 一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法 - Google Patents

一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在石英基体表面涂覆的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法。该涂层是由高纯氮化硅粉体7.6~22.5份、纳米氧化物1份、硅溶胶或铝溶胶44~90份和成膜剂5~20份组成，在常温常压下将纳米氧化物、高纯氮化硅粉体加入硅溶胶或铝溶胶中，搅拌均匀，加入成膜剂，均质分散至浆料分散均匀稳定为止；将调好的浆料用喷枪喷涂在表面处理过的在100℃~400℃下预热的石英基体表面，再在1200℃~1400℃下烧结，得厚度为30~150μm的涂层。本发明延长了产品使用周期，降低了生产成本，改善了工作环境。制备的涂层具有非常好的耐高温、抗氧化和抗紫外线能力。

Description

一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法
技术领域
本发明涉及一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法。
背景技术
在光伏产业中太阳能级多晶硅的价格是制约多晶硅太阳能电池价格的主要因素，相继开发出多种生产低成本太阳能级多晶硅的工艺路线，比较成熟的技术是物理提纯法。其中最常用的是高频等离子炉工艺，其工作原理是通过用石英制成的高频电感偶合等离子体发生器产生的等离子弧使低纯度的硅高温融化后，再进行提纯处理。此类高频电感偶合等离子体发生器在生产过程中存在以下缺点：一是产生高强度刺眼的紫外线，操作环境差；二是由于等离子体发生器的石英管耐高温性差，有时还不到一个生产周期等离子体发生器的石英管已严重变形，每个生产周期需更换一个等离子体发生器，等离子体发生器成了生产消耗品，造成生产成本居高不下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单，结构均匀致密的耐高温抗紫外线涂层及其涂覆方法，既可提高等离子体发生器的使用寿命，又能减少对作业人员的健康危害。
本发明的技术解决方案是：
一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层，其特殊之处是：按照质量份数计，该涂层是由高纯氮化硅粉体7.6~22.5份、纳米氧化物1份、硅溶胶或铝溶胶44~90份和成膜剂5~20份组成，所述的纳米氧化物为高纯氧化铝、高纯氧化硅、高纯二氧化钛、高纯氧化锌粉体中的至少一种；所述的成膜剂为1~5%甲基纤维素或聚乙烯醇水溶液。
上述的高纯氮化硅粉体的粒径为50~100μm。
上述的纳米氧化物的粒径为100~300nm。
一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特殊之处是：
（1）按照质量份数计，在常温常压下将纳米氧化物1份，高纯氮化硅粉体7.6~22.5份加入硅溶胶或铝溶胶44~90份中，搅拌均匀，加入成膜剂5~20份，均质分散至浆料分散均匀稳定为止，所述的纳米氧化物为高纯氧化铝、高纯氧化硅、高纯二氧化钛、高纯氧化锌粉体中的至少一种；所述的成膜剂为1~5%甲基纤维素或聚乙烯醇水溶液；
（2）将调好的浆料用喷枪喷涂在经过表面处理的在100℃~400℃下预热的石英基体表面；再在1200℃~1400℃下进行烧结，得厚度为30~150μm的涂层。
上述的石英基体的表面处理是指用98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英基体进行浸泡、用水清洗、烘干，所述的98%H2SO4与30%H2O2的体积比为3：1~1：1。
上述的均质分散时间为2~4min。
上述的高纯氮化硅粉体的粒径为50~100μm。
上述的纳米氧化物的粒径为100~300nm。
本发明与现有技术相比，操作简便，易于操作；解决了石英高频电感耦合等离子体发生器高温易变形和强紫外光辐射问题，产品使用寿命延长1倍以上，从而大大降低了生产成本，并且改善了工作环境。采用本发明制备的涂层具有非常好的耐高温、抗氧化和抗紫外线能力，涂有该涂层的等离子体发生器的石英管可在1600℃下连续使用5小时以上不变形，产生的紫外线不刺眼。
具体实施方式
下面提供具体实施例，其中份数均以质量份数计：
实施例1
1、量取硅溶胶90份，向其中加入1份二氧化钛粉体（粒径300nm），22.5份氮化硅粉体（粒径100μm），再加入1%聚乙烯醇水溶液20份，用均质分散机分散4min，至浆料浆料分散均匀稳定为止。
2、用体积比3：1的98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英管进行浸泡（0.5小时）、用水清洗、烘干。
3、将石英管在200℃下预热，将调好的浆料用喷枪喷涂在经表面处理并预热过的石英管表面，再将石英管在1300℃下进行烧结，形成结合牢固的复合涂层，涂层厚度100μm，采用涂有该涂层的石英管的等离子体发生器在1600℃下连续使用6小时，产生的紫外线不刺眼。
实施例2
1、取硅溶胶44份，向其中加入1份氧化铝粉体（粒径200nm），7.6份（粒径50μm）氮化硅粉体，再加入2%聚乙烯醇水溶液6份，用均质分散机分散2min，至浆料分散均匀稳定为止。
2、用体积比1：1的98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英基体进行浸泡（2小时）、用水清洗、烘干。
3、将石英管在100℃下预热，将调好的浆料用喷枪喷涂在石英管表面，再在1200℃下进行烧结，形成结合牢固的复合涂层，涂层厚度50μm，采用涂有该涂层的石英管的等离子发生器在1600℃下连续使用5.5小时不变形，产生的紫外线不刺眼。
实施例3
1、取铝溶胶46份，向其中加入1份二氧化钛粉体（粒径200nm），8.6份氮化硅粉体（粒径100μm），再加入2%甲基纤维素水溶液6份，用均质分散机分散2min，至浆料分散均匀稳定为止。
2、用体积比7：3的98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英管进行浸泡（1.5小时）、用水清洗、烘干。
3、将表面处理过的石英管在300℃下预热，将调好的浆料用喷枪喷涂在经表面处理并预热过的石英管表面，再将涂有该涂层的石英管在1400℃下烧结，形成结合牢固的复合涂层，涂层厚度80μm，采用涂有该涂层的石英管的等离子体发生器在1600℃下连续使用5.5小时不变形，产生的紫外线不刺眼。
实施例4
1、量取硅溶胶55份，向其中加入1份氧化锌粉体（粒径100nm），12份氮化硅粉体（粒径100μm），最后向其中加入5%甲基纤维素水溶液5份，用均质分散机分散3min，至浆料分散均匀稳定为止。
2、用体积比7：3的98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英管进行浸泡（1小时）、用水清洗、烘干。
3、将表面处理过的石英管在300℃下预热，将调好的浆料用喷枪喷涂在经表面处理并预热过的石英管表面，再在1400℃下烧结，形成结合牢固的复合涂层，涂层厚度30μm，采用涂有该涂层的石英管的等离子体发生器在1600℃下连续使用5.5小时不变形，产生的紫外线不刺眼。
实施例5
1、取铝溶胶50份，向其中加入1份二氧化硅粉体（粒径100nm），16份氮化硅粉体（粒径60μm），再加入3%聚乙烯醇水溶液13份，用均质分散机分散4min，至浆料分散均匀稳定为止。
2、用体积比7：3的98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英管进行浸泡（2小时）、用水清洗、烘干。
3、将石英管在400℃下预热，将调好的浆料用喷枪喷涂在表面处理并预热过的石英管表面，再将石英管在1300℃下烧结，形成复合涂层，涂层厚度150μm，采用涂有该涂层的石英管的等离子体发生器在1600℃下连续使用6小时不变形，产生的紫外线不刺眼。
上述实施例中的氧化物可采用高纯氧化铝、高纯氧化硅、高纯二氧化钛、高纯氧化锌粉体中的一种也可采用二种或三种或全部采用，硅溶胶和铝溶胶可相互替代，甲基纤维素和聚乙烯醇水溶液可相互替代，并且涂层也可涂覆在石英片上。

Claims (8)

1.一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层，其特征是：按照质量份数计，该涂层是由高纯氮化硅粉体7.6~22.5份、纳米氧化物1份、硅溶胶或铝溶胶44~90份和成膜剂5~20份组成，所述的纳米氧化物为高纯氧化铝、高纯氧化硅、高纯二氧化钛、高纯氧化锌粉体中的至少一种；所述的成膜剂为1~5%甲基纤维素或聚乙烯醇水溶液。
2.根据权利要求1所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层，其特征是：所述的高纯氮化硅粉体的粒径为50~100μm。
3.根据权利要求1所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层，其特征是：所述的纳米氧化物的粒径为100~300nm。
4.一种在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特征是：
（1）按照质量份数计，在常温常压下将纳米氧化物1份，高纯氮化硅粉体7.6~22.5份加入硅溶胶或铝溶胶44~90份中，搅拌均匀，加入成膜剂5~20份，均质分散至浆料分散均匀稳定为止，所述的纳米氧化物为高纯氧化铝、高纯氧化硅、高纯二氧化钛、高纯氧化锌粉体中的至少一种；所述的成膜剂为1~5%甲基纤维素或聚乙烯醇水溶液；
（2）将调好的浆料用喷枪喷涂在经过表面处理的在100℃~400℃下预热的石英基体表面；再在1200℃~1400℃下进行烧结，得厚度为30~150μm的涂层。
5.根据权利要求4所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特征是：所述的石英基体的表面处理是指用98%H2SO4—30%H2O2混合溶液对石英基体进行浸泡、用水清洗、烘干，所述的98%H2SO4与30%H2O2的体积比为3：1~1：1。
6.根据权利要求4所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特征是：均质分散时间为2~4min。
7.根据权利要求4所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特征是：所述的高纯氮化硅粉体的粒径为50~100μm。
8.根据权利要求4所述的在石英基体上的耐高温抗紫外线涂层的涂覆方法，其特征是：所述的纳米氧化物的粒径为100~300nm。
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