CN106810053A - 一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，本发明属于熔融石英陶瓷生产领域，生产该产品使用的原料包括：SiO2含量在99.8%以上的直径为0.04mm—0.06mm的熔融钝角石英砂；该生产方法具有使用设备少、工艺简单、无污染废弃物排放、产品质量好等一系列优点；产品多晶硅陶瓷坩埚在1200℃以下具有优异的热性能、化学稳定性能和电绝缘性能，使用的极限温度可达1400℃，本产品的主要用途是：在单晶硅的铸锭环节，充当单晶硅化料和长晶的容器。
Description
技术领域
本发明属于熔融石英再加工领域，尤其涉及一种以高纯熔融钝角石英沙为原料工业化生产单晶硅陶瓷坩埚的方法。
背景技术
坩埚是用耐火的材料所制的器皿或熔化罐，当有固体要以大火加热时，就必须使用坩埚。坩埚按制作的原材料可分为：石墨坩埚、熔融石英陶瓷坩埚、瓷坩埚、刚玉坩埚、碳化硅坩埚、白金坩锅、镍坩埚。由于高纯熔融石英具有结构精细、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，因此在玻璃深加工行业、冶金工业、电子工业、化工工业、航空航天等领域得到广泛应用。本发明是一种单晶硅陶瓷坩埚，其二氧化硅含量≥99.8%，主要用途是：在单晶硅的铸锭环节，充当单晶硅化料和长晶的容器。单晶硅陶瓷坩埚以其热稳定性好、耐熔体侵蚀性和对所加工的制品无污染等特性，被广泛应用于单晶硅生产及有色金属冶炼行业，使之熔化生产出用来制造太阳能电池的单晶硅硅锭，由于其使用条件极其苛刻，对坩埚的纯度、强度、外观缺陷、内在质量、高温性能、热振稳定性等都有极其严格的要求。本发明产品可在1400℃以下使用，具有耐高温、精度高、保温性好、质量稳定等优点。本发明产品是一种专用于生产单晶硅的设备。生产的工艺流程为：1.将高纯熔融钝角石英砂真空装入石墨成型模具；2.真空电弧熔制成型；3.自然冷却脱模；4.高压喷淋；5窑炉烧结后得到成品。本发明使用的原料为熔融钝角石英砂，所谓钝角是指石英砂的颗粒呈多边状、棱角状而非放射针刺状，石英砂的直径为0.04mm—0.06mm，外观为半透明结晶状，其特点是SiO2含量在99.8%以上。
发明内容
本发明主要解决的问题是提供一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，生产该产品使用的原料为：SiO2含量在99.8%以上的直径为0.04mm—0.06mm的熔融钝角石英砂。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，其特征是由以下步骤构成：
（1）将定量的SiO2含量在99.8%以上、直径为0.04mm—0.06mm的熔融钝角石英砂在真空状态下送入石墨成型模具，通过震动的方法以减小石英砂颗粒间的空隙，震动时间为30-35分钟。
（2）将石墨成型模具在真空状态下送入电弧炉，在电弧炉中加热至1800-1820℃，时间为6-7小时，使石英砂全部处于熔融状态后停止加热，自然冷却降温至常温后移出电弧炉，脱去石墨成型模具。
（3）将成型的坩埚用高压水进行喷淋清洗干净后自然晾干。
（4）将晾干的坩埚送入窑炉开始加热升温，先经2-3小时的时间将烧结温度缓慢的从0℃升至400℃后，再在1小时时间内将烧结温度快速的从400℃升至1150-1170℃，维持此温度33-35小时后停止加热，逐步降温至常温后出炉。
（5）将出炉的坩埚用打磨设备将其内壁打磨光滑后得到成品。
本发明的进一步技术方案是：
步骤（4）所述的窑炉内的烧结温度为1160℃，烧结的总时间为34小时。步骤（4）所述的窑炉为煤气发生梭式窑炉。
本发明的有益效果是：提供了一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，该生产方法具有使用设备少、工艺简单、无污染废弃物排放、产品质量好等一系列优点；产品单晶硅陶瓷坩埚在1200℃以下具有优异的热性能、化学稳定性能和电绝缘性能，使用的极限温度可达1400℃。
具体实施方式
通过以下实施例进一步描述本发明。
实施例1：
将定量的SiO2含量在99.8%以上、直径为0.04 mm的熔融钝角石英砂在真空状态下送入石墨成型模具，通过震动的方法以减小石英砂颗粒间的空隙，震动时间为30分钟。将石墨成型模具在真空状态下送入电弧炉，在电弧炉中加热至1800℃，时间为7小时，使石英砂全部处于熔融状态后停止加热，自然冷却降温至常温后移出电弧炉，脱去石墨成型模具。将成型的坩埚用高压水进行喷淋清洗干净后自然晾干。将晾干的坩埚送入窑炉开始加热升温，先经2-3小时的时间将烧结温度缓慢的从0℃升至400℃后，再在1小时时间内将烧结温度快速的从400℃升至1150℃，维持此温度35小时后停止加热，逐步降温至常温后出炉。将出炉的坩埚用打磨设备将其内壁打磨光滑后得到成品。
实施例2：
将定量的SiO2含量在99.8%以上、直径为0.05mm的熔融钝角石英砂在真空状态下送入石墨成型模具，通过震动的方法以减小石英砂颗粒间的空隙，震动时间为32.5分钟。将石墨成型模具在真空状态下送入电弧炉，在电弧炉中加热至1810℃，时间为6.5小时，使石英砂全部处于熔融状态后停止加热，自然冷却降温至常温后移出电弧炉，脱去石墨成型模具。将成型的坩埚用高压水进行喷淋清洗干净后自然晾干。将晾干的坩埚送入窑炉开始加热升温，先经2-3小时的时间将烧结温度缓慢的从0℃升至400℃后，再在1小时时间内将烧结温度快速的从400℃升至1160℃，维持此温度34小时后停止加热，逐步降温至常温后出炉。将出炉的坩埚用打磨设备将其内壁打磨光滑后得到成品。
实施例3：
将定量的SiO2含量在99.8%以上、直径为0.06mm的熔融钝角石英砂在真空状态下送入石墨成型模具，通过震动的方法以减小石英砂颗粒间的空隙，震动时间为35分钟。将石墨成型模具在真空状态下送入电弧炉，在电弧炉中加热至1820℃，时间为6小时，使石英砂全部处于熔融状态后停止加热，自然冷却降温至常温后移出电弧炉，脱去石墨成型模具。将成型的坩埚用高压水进行喷淋清洗干净后自然晾干。将晾干的坩埚送入窑炉开始加热升温，先经2-3小时的时间将烧结温度缓慢的从0℃升至400℃后，再在1小时时间内将烧结温度快速的从400℃升至1170℃，维持此温度33小时后停止加热，逐步降温至常温后出炉。将出炉的坩埚用打磨设备将其内壁打磨光滑后得到成品。
Claims (3)
1.一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，使用的原料包括：SiO2含量在99.8%以上的直径为0.04mm—0.06mm的熔融钝角石英砂；其特征是：
（1）将定量的SiO2含量在99.8%以上、直径为0.04mm—0.06mm的熔融钝角石英砂在真空状态下送入石墨成型模具，通过震动的方法以减小石英砂颗粒间的空隙，震动时间为30-35分钟；
（2）将石墨成型模具在真空状态下送入电弧炉，在电弧炉中加热至1800-1820℃，时间为6-7小时，使石英砂全部处于熔融状态后停止加热，自然冷却降温至常温后移出电弧炉，脱去石墨成型模具；
（3）将成型的坩埚用高压水进行喷淋清洗干净后自然晾干；
（4）将晾干的坩埚送入窑炉开始加热升温，先经2-3小时的时间将烧结温度缓慢的从0℃升至400℃后，再在1小时时间内将烧结温度快速的从400℃升至1150-1170℃，维持此温度33-35小时后停止加热，逐步降温至常温后出炉；
（5）将出炉的坩埚用打磨设备将其内壁打磨光滑后得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，其特征是：步骤（3）所述的窑炉为煤气发生梭式窑炉。
3.根据权利要求1所述的一种单晶硅陶瓷坩埚的生产方法，其特征是：步骤（3）所述的窑炉内的烧结温度为1160℃，烧结的总时间为34小时。
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