CN202913087U - 一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种坩埚，具体涉及一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚。它包括坩埚体，所述的坩埚体由包括普通石英、氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化硅结合氮化硅或石墨制成的基层、由包括高纯氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮氧化硅无机粉末制成的中间层及内侧的由纯度为99.99%以上的高纯石英砂通过包括喷涂、滚涂、刷涂或流延方式制成的复合层构成。作为优选，复合层的厚度为0.1~10mm。同现有技术相比，本实用新型既能满足生产高品质多晶硅铸锭的要求，又能降低石英陶瓷坩埚的综合成本。

Description

一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚
技术领域
本实用新型涉及一种坩埚，具体涉及一种多晶硅铸锭用高性能一次性石英陶瓷坩埚容器。 
背景技术
光伏太阳能领域在多晶硅铸锭过程中普遍采用熔融石英作为原料来制作陶瓷坩埚，因陶瓷坩埚具有较高的耐酸碱侵蚀和抗热震性能，特别是热膨胀系数比其他陶瓷材料低得多，所以石英陶瓷坩埚已成为多晶硅生产过程中不可替代的关键性消耗材料。而且由于在实际多晶硅铸锭过程中熔融石英陶瓷坩埚已然成为了一种一次性容器，而若坩埚中Fe、Mg、Ti等杂质含量较多时，对硅锭的质量有很大的影响，所以石英坩埚的杂质含量直接决定了硅锭的品质。 
随着市场的发展，人们对硅片的转换效率要求越来越高，所以对坩埚的纯度要求也越来越高。坩埚的纯度越高，杂质对硅锭的污染越少。这样可以减少红区、增加少子寿命、提高硅锭的收率，最终提高转换效率降低电池的综合成本。铸锭用的石英坩埚的原料为熔融石英砂，纯度多为99.9%，经过酸洗等加工后熔融石英的纯度也很难达到99.99%且成本大幅度增加，同时酸洗对环境的污染也非常大。坩埚生产制造过程中又会引入一些杂质，成品坩埚的纯度很难达到99.99%。加之，由于石英陶瓷坩埚已然成为了一种一次性容器，使得熔融石英砂的纯度越高，作为关键性消耗材料的石英陶瓷坩埚的成本越来越高，人们迫切希望有一种既能满足高品质要求、又能降低使用成本的石英陶瓷坩埚。 
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的正在于提供这样一种既能满足高品质要求、又能降低使用成本的石英陶瓷坩埚。 
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是： 
这种多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚体，其特征在于在所述的坩埚体由包括普通石英、氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化硅结合氮化硅或石墨制成的基层、由包括高纯氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮氧化硅等无机粉末制成的中间层及内侧的由纯度为99.99%以上的高纯石英砂通过包括喷涂、滚涂、刷涂或流延方式制成的复合层构成。
进一步地，复合层由＜30μm、50~80μm、100~200μm、250~300μm其中的一种或两种以上的粒度的高纯石英砂分别通过包括喷涂、滚涂、刷涂或流延方式制成，复合层为一层，也可以是多层。 
作为优选，由所述的纯度为99.99%以上的高纯石英砂制成的复合层的厚度为0.1~10mm。 
本实用新型同现有技术相比，既能满足生产高品质多晶硅铸锭的要求，又能降低石英陶瓷坩埚的综合成本。 
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中标号1为坩埚体，标号1-1为基层，标号1-2为中间层，标号1-3为复合层。 
具体实施方式
人们往往通过提高坩埚原料的纯度从而提高坩埚整体的纯度来提高坩埚的品质，但在铸锭过程中仅坩埚内表面与硅液接触部分一定厚度范围内的纯度起决定性作用。本发明在普通纯度坩埚的内表面复合上高纯石英，从而提高坩埚的整体性能。
本发明采用纯度高于坩埚基体的高纯石英砂为原料，经粉碎提纯处理后分别得到高纯石英粉。假设高纯石英粉的粒度分别为A：＜30μm、B：50~80μm、C：100~200μm、D：250~300μm的高纯石英粉。石英粉中各杂质含量为：Fe＜20ppm、Al＜500ppm、其它常见杂质含量均小于20ppm。先用氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化硼、氮氧化硅等无机粉末做中间层，然后把高纯石英粉按一定比例混合后加入去离子水或超纯水，而后加入一定量的粘结剂（有机或无机粘结剂）制备出石英料浆，采用喷涂、刷涂、滚涂、流延等方式均匀复合在陶瓷坩埚生坯或成品坩埚的内表面，成品坩埚可以是普通石英坩埚也可以是氧化铝坩埚、碳化硅、氮化硅、氮化硅结合碳化硅、石墨坩埚等，复合层厚度在0.1~10mm之间。复合之后的坩埚生坯烧成后坩埚基体和复合层的粘结性加强。成品坩埚复合后需在50度至1050度之间烘干或烧结。 
具体实施方式一、取A高纯石英粉100份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀刷涂在普通石英坩埚坩埚内表面，复合层厚度为0.1mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式二、取B高纯石英粉100份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀滚涂在氧化铝坩埚坩埚内表面，复合层厚度为5mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式三、取C高纯石英粉100份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀流延在碳化硅坩埚内表面，复合层厚度为10mm，烘干后在1050摄氏度条件下烧结即可。 
具体实施方式四、取A、B高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在氮化硅坩埚内表面，复合层厚度分别为0.5mm、1mm、2mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式五、取A、C高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在氮化硅结合碳化硅坩埚内表面，复合层厚度分别为0.5mm、1mm、2mm、5mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式六、取A、D高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在石墨坩埚内表面，复合层厚度分别为1mm、2mm、5mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式七、取A、D高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在石墨坩埚内表面，复合层厚度分别为1mm、2mm、5mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式八、取B、C高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在氮化硅结合碳化硅坩埚内表面，复合层厚度为2mm、5mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式九、取B、D高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在氮化硅坩埚内表面，复合层厚度为1mm、2mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式十、取C、D高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在碳化硅坩埚内表面，复合层厚度为2mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式十一、取A、B、C高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在氧化铝坩埚内表面，复合层厚度为2mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式十二、取A、B、D高纯石英粉各50份，加入适量的水和粘结剂制成高纯石英料浆，均匀复合在普通石英坩埚坩埚内表面，复合层厚度为2mm，烘干后烧结即可。 
具体实施方式十三、实施方式四与实施方式五的结合。以实施方式四的配方复合第一层，以实施方式五的配方复合第二层，复合厚度5mm，烘干或烧结后即可。 
13种具有不同复合层实施例的结合性能如下表 
编号 2 3 4 5 6 7
结合性能       好 好 中
编号 8 9 10 11 12 13
结合性能 中 差 差 差 好 好
以实施方式六制成的具有厚度为8mm复合层的本实用新型与普通坩埚在相同的铸锭炉相同的条件下得到的硅锭对比结果来看，在相同工艺条件下，本实用新型所做硅锭的红区有明显降低，对提高硅锭的品质和硅锭的利用率有非常明显的作用。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出：对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，无需经过创造性劳动就能够联想到的其它技术特征，还可以做出若干变型和／或改进，这些变化显然都应视为等同特征，均属于本实用新型专利的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚，包括坩埚体（1），其特征在于在所述的坩埚体（1）由包括普通石英、氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化硅结合氮化硅或石墨制成的基层（1-1）、由包括高纯氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮氧化硅无机粉末制成的中间层（1-2）及内侧的由纯度为99.99%以上的高纯石英砂制成的复合层（1-3）构成。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚，其特征在于由所述的复合层（1-3）由＜30μm、50~80μm、100~200μm、250~300μm其中的一种或两种以上的粒度的高纯石英砂分别通过包括喷涂、滚涂、刷涂或流延方式制成，复合层为一层或多层。
3.根据权利要求2所述的一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚，其特征在于由所述的纯度为99.99%以上的高纯石英砂制成的复合层（1-3）的厚度为0.1~10mm。
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