JP2011213515A - 溶融用ルツボとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコンなどの金属を溶融する過程において、変形や破損のない溶融用ルツボを
簡易な方法で提供する。
【解決手段】非晶質シリカ粒子と、平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのいずれか一方と、を水で混合、攪拌してスラリーを作製、これを型枠に流し込んで成型体を得て、この成型体を大気雰囲気中20℃以上400℃以下の温度で30分以上48時間以内保持することにより、成型体の余剰水分を除去して作製した溶融用ルツボは、簡易に作製でき、かつ溶融過程の昇温時においても破損することがない。
【選択図】図1
簡易な方法で提供する。
【解決手段】非晶質シリカ粒子と、平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのいずれか一方と、を水で混合、攪拌してスラリーを作製、これを型枠に流し込んで成型体を得て、この成型体を大気雰囲気中20℃以上400℃以下の温度で30分以上48時間以内保持することにより、成型体の余剰水分を除去して作製した溶融用ルツボは、簡易に作製でき、かつ溶融過程の昇温時においても破損することがない。
【選択図】図1
Description
本発明は、溶融用ルツボにかかわり、特に太陽電池用シリコン基板に用いられるシリコンを製造するための、溶融用ルツボとその製造方法に関する。
太陽電池用シリコン基板の作製に用いられる多結晶シリコン基板は、例えば、シリカガラスからなる溶融用ルツボ内で原料となるシリコンを保持して、加熱溶融、冷却、凝固、脱型してシリコン塊として取り出し、これを加工することで製造される。
このシリカからなる溶融用ルツボの製造方法の一例として、溶融シリカ原料粉末を水と混合してスラリーとし、これを石膏型に流し入れてルツボ形状に成型し、その後石膏型から脱型、さらにシリコンが溶融するまでに必要な機械的特性の付与と失透(クリストバライト化)の防止の目的で、1000℃以上1300℃以下で焼成するという方法がある。
この方法により作製されたシリコンの溶融用ルツボは、構成鉱物相が非晶質シリカのみからなり、シリコンの溶融、保持の際には、1400℃以上に加熱されるので、構成鉱物相は非晶質シリカからクリストバライトに変化する。この鉱物相変化により、シリコンの溶融、保持に必要な機械的特性を発現させることができる。
しかし、構成鉱物相が非晶質シリカからクリストバライトに変化する温度が1300℃以上のため、シリコンの溶融途中の1300℃以下の温度領域においては、溶融用ルツボが軟化,変形するおそれがある。
また、溶融用ルツボの製造過程において、脱型までに長時間を要すること、また石膏型に含まれる水分量管理や雰囲気の温度と湿度の管理に手間がかかり、生産性向上やコスト削減が困難であると考えられる。
これらの課題を解決する方法として、例えば特許文献1には、水硬性結合剤,骨材,有機質成型助剤および水の混練物を成型,硬化後、300〜800℃の温度で熱処理し、次に水分を補給した後に900度以上の温度で熱処理することで成型体を作製することで、熱膨張率は同レベルで機械的強度が向上させることが可能となるという技術が開示されている。
また、特許文献2には、耐熱性に優れると共に、透明性にも優れた新規なシリカガラス複合体を提供することを目的として、シリカガラスマトリックス中にムライト鉱物を主
成分とするセラミックスを存在させることで、高温度下における粘度を向上させたムライトセラミックス強化シリカガラスに関する技術が開示されている。
成分とするセラミックスを存在させることで、高温度下における粘度を向上させたムライトセラミックス強化シリカガラスに関する技術が開示されている。
さらに、特許文献3には、石英ガラス製の構成材、とりわけ坩堝について、素材に石英ガラスよりも高い軟化温度を示す安定化層を施して、高い機械的および熱的抵抗性に特徴を有する石英ガラス構成材を提供するために、この構成材の簡単でコスト効率的な製造方法を提供することに加えて、安定化層の化学組成は石英ガラスの化学組成と異なり、この層を加熱溶射によって塗布することを特徴とする技術が開示されている。
特許文献1に記載された技術を用いることで、溶融用ルツボの作製時に原料のシリカ粒子を焼結させる高い温度の熱処理を不要とすることができ、溶融用ルツボの製造が容易になると考えられる。しかし、この方法で作製した溶融用ルツボは、シリコン溶融の昇温過程において水硬性結合剤が脱水して機械的強度が低下するため、変形や亀裂の発生するおそれがある。
また、特許文献2に記載された技術は、半導体用熱処理治具や照明用の透明治具には適しているといえるが、特に、肉薄の部材に大きな荷重のかかる条件下で用いられる大型のシリコンの溶融用ルツボにおける変形や亀裂の発生には、対応は不十分といえる。
さらに、特許文献3に記載された技術によるシリコン用溶融ルツボは、ムライト層を熱スプレー法でシリカ層に付与した積層構造になっているので、製法が著しく高度で手間と時間がかかる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、特に、シリコンを溶融する過程で亀裂等が入り破損するおそれが少ない溶融用ルツボを、製造の容易な方法で提供することを目的とする。
本発明に係る溶融用ルツボは、非晶質シリカ粒子同士を硬化剤で固着することにより成型された溶融用ルツボであって、前記非晶質シリカ粒子は平均粒径が10μm以上100μm以下、前記硬化剤は前記溶融用ルツボ総重量の10%以上45%以下からなる水硬性アルミナまたは前記溶融用ルツボ総重量の5%以上10%以下からなるアルミナセメントのうちいずれか1種であり、さらに平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子が前記溶融用ルツボ総重量の3%以上7%以下含まれていることを特徴とする。このような構成をとることで、シリコンを溶融する過程で硬化剤が脱水して機械的強度が低下する前にムライト相が生成されることで強度が確保され、亀裂等が入り破損するおそれの少ない溶融用ルツボとすることができる。
本発明に係る溶融用ルツボは、平均粒径が0.1μm以上1μm以下の酸化アルミニウム粒子が、総重量の3%以上7%以下の割合でさらに添加されていることが好ましい。このような構成をとることで、特にシリコンを溶融する過程で、亀裂等が入り破損するおそれをより低減させた溶融用ルツボとすることができる。
本発明に係る溶融用ルツボにおいて、溶融する原料がシリコンであることが好ましい。このような構成をとることで、太陽電池などの用途に用いられるシリコンを溶融する場合において、特に好適な溶融用ルツボとして用いることができる。
本発明に係る溶融用ルツボの製造方法は、平均粒径10μm以上100μm以下の非晶質シリカ粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのいずれか1種からなる硬化剤と、平均粒径0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、をそれぞれ準備する工程と、前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を合計した全重量に対して、前記硬化剤が水硬性アルミナの場合は10%以上45%以下、前記硬化剤がアルミナセメントの場合は5%以上10%以下、前記ムライト粒子が3%以上7%以下となるようにそれぞれ秤量する工程と、それぞれ秤量された前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を水で混合、攪拌してスラリーを得る工程と、前記スラリーを型枠に流し込んで成型体を得る工程と、前記成型体を前記型枠から取り外す工程と、引き続き前記成型体を大気雰囲気中100℃以上400℃以下の温度で30分以上48時間以内保持することにより前記成型体内部の空隙部に存在する余剰水分を除去する工程と、からなることを特徴とする。このような構成をとることで、シリコン等の原料を溶融する過程で亀裂等が入り破損するおそれの少ない溶融用ルツボを作製することができる。
本発明に係る溶融用ルツボの製造方法は、スラリーを得る工程で、平均粒径が0.1μm以上1μm以下の酸化アルミニウム粒子を、溶融用ルツボの総重量の3%以上7%以下の割合でさらに添加することが好ましい。このような構成をとることで、シリコン等を溶融する過程で、亀裂等が入り破損する危険性をより低減させた溶融用ルツボを製造することができる。
本発明に係る溶融用ルツボは、シリコンなどの原料を溶融する過程で亀裂等が入り破損するおそれが少なく耐久性にすぐれている。また、本発明に係る溶融用ルツボの製造方法は、溶融ルツボの製造過程で焼成をしなくても、シリコンなどの原料が溶融するまでに必要な機械的特性が付与できるので、従来溶融用ルツボの焼成に要していた設備やエネルギー消費を不要とすることができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明に係る溶融用ルツボの断面構造を示す概念図である。
本発明に係る溶融用ルツボは、非晶質シリカ粒子同士を硬化剤で固着することにより成型された溶融用ルツボであって、前記非晶質シリカ粒子は平均粒径が10μm以上100μm以下、前記硬化剤は前記溶融用ルツボ総重量の10%以上45%以下からなる水硬性アルミナまたは前記溶融用ルツボ総重量の5%以上10%以下からなるアルミナセメントのうちいずれか1種であり、さらに平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子が前記溶融用ルツボ総重量の3%以上7%以下含まれている。
非晶質シリカ粒子は、溶融天然石英やシリカガラスを粒子状にしたものあるいはこれらの混合体、さらには単結晶溶融用石英ルツボ等の完成品を粉砕して作製した再生品などが適用できる。また含有される不純物の濃度についても、使用目的に応じて任意に設定すればよく、例えばシリコン溶融用ルツボとして用いるのであれば、鉄元素(Fe)200ppm以下であればよい。
本発明に係る溶融用ルツボにおいて、非晶質シリカ粒子の平均粒径は10μm以上100μm以下であることが好ましい。10μm未満では、溶融用ルツボが使用される昇温および溶融時、ムライト生成反応に伴う非晶質シリカ粒子の収縮が起こり、溶融用ルツボに変形を生じるおそれがあり好ましくない。一方、100μmを越えると、単位体積当たりの非晶質シリカ粒子と硬化剤の占める割合において、相対的に硬化剤の占める割合が小さくなり、硬化剤による強度確保の作用が十分発揮されなくなるおそれがあり、やはり好ましくない。より好適には、20μm以上50μm以下である。
硬化剤は、非晶質シリカ粒子同士を固着し、所定形状の溶融用ルツボとする目的で用いられる。また、このときの溶融用ルツボの形状は、原料の塊を保持し、その後加熱溶融するのに支障がなければ特に限定されるものではなく、たとえば円筒形状、多角柱の筒上、直方体の箱、お椀型の容器状、などでもよい。
硬化剤として用いることのできる材料には、硬化剤と非晶質シリカ粒子からなる溶融用ルツボが、約20℃の室温からシリコンなどの原料が溶融するまでの広い温度域に亘って原料の塊を保持するだけの耐重量性および耐熱性を有することが求められる。
そこで、本発明に係る溶融用ルツボにおける硬化剤は、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのうちいずれか1種からなることを特徴とする。
従来の溶融用ルツボは、シリカ粉末をルツボ形状に成型した後、原料がシリコンの場合1000℃以上1300℃以下の温度で焼成されるので、シリカ粉末同士が直接溶着することで堅牢に固着し、ルツボ形状が保持された状態となる。これに対して、水硬性アルミナまたはアルミナセメントは、室温にて水和反応で固化し、さらに400℃までの加熱処理で余剰水分を除去することで、溶融前の室温状態において、原料の塊を保持するだけの耐重量性が十分確保されている機械的特性を有している。
本発明に係る溶融用ルツボにおいては、溶融用ルツボの作製時に、1000℃以上1300℃以下の温度で焼成する工程が不要となるので、これに伴う大規模な熱処理装置やエネルギーも不要となる。また、焼成工程がないことで、溶融用ルツボの作製途中での亀裂発生、破損の危険も低減される。さらには、スラリーを型枠に流し込んで成型体を得る工程では、各種金属材料の板金や塩化ビニルなどの有機材料からなる非透水性の型枠を用いることができるため、従来使用されている石膏型枠に比べて、型枠の含水調整の手間が省略でき、型枠の寿命を延長できる。
水硬性アルミナは、安価で扱いが容易な点から、好適には、ρ−Al2O3やχ−Al2O3を主成分としたものが用いられ、この場合、酸化アルミニウム水和物として、バイヤライト(Al2O3・3H2O)およびベーマイト(Al2O3・H2O)が生成される。
そして、この酸化アルミニウム水和物は、シリカガラス原料粉末同士を固着するが、この固着により、室温および原料を溶融する際の昇温途中における必要な機械的特性を付与することができる程度の強度をもたせることができる。
ここで、水硬性アルミナは、溶融用ルツボ総重量の10%以上45%以下であることが好ましい。10%未満では、シリコン等を溶融するまでに必要な機械的特性を十分に付与することができず、一方、45%を超えると、原料を溶融する際の昇温および溶融時に焼結による体積変化(収縮)が大きく、クラックを生じることがあるので、いずれも好ましくない。より好適には、20%以上40%以下である。
また、本発明に係る溶融用ルツボにおける硬化剤には、水硬性アルミナの他に、アルミナセメントを用いることも出来る。この場合、アルミナセメントが溶融用ルツボに占める割合は、溶融用ルツボ総重量の5%以上10%以下が好ましい。5%未満では、シリコンを溶融するまでに必要な機械的特性を十分に付与することができず、10%を越えると、アルミナセメントに含まれるカルシア成分が多くなり、シリカとの低融点化合物を生成して溶融用ルツボに変形を生じさせるので、いずれも好ましくない。より好適には、5%以上7%以下である。
そして、本発明に係る溶融用ルツボには、平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子が混合されている。
原料として例えばシリコンを充填し溶融する昇温過程において、硬化に寄与している溶融用ルツボ中の酸化アルミニウム水和物の脱水反応が進行するため、溶融用ルツボの強度低下が生じてしまう。脱水反応の完了はおよそ900℃から1000℃の範囲であり、1000℃以上に昇温すると、溶融用ルツボに亀裂が生じて破損するおそれがある。
一方で、酸化アルミニウム水和物の脱水反応で生成する酸化アルミニウムと非晶質シリカ粒子との反応で生成するムライトが、溶融用ルツボの微細組織構造を強化することで、この強度低下を補うことができる。しかしながら、通常ムライトの生成は1000℃以上で生成し、酸化アルミニウム水和物の脱水反応が完了してからムライトの生成が始まるので、このままでは、950〜1000℃近辺の温度域では、機械的強度が著しく低下することが避けられない。
そこで、本発明に係る溶融用ルツボにおいては、平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子が、あらかじめ混合されていることを特徴とする。このようにすると、ムライト粒子が結晶核として作用し、酸化アルミニウム水和物の脱水反応で生成する酸化アルミニウムと非晶質シリカ粒子とのムライト反応温度を、1000℃以下の、酸化アルミニウム水和物の脱水反応が完了しない温度域まで下げることができる。
ムライトの平均粒径は、0.1μm以上1μm以下が好ましい。ムライト粒子が大きすぎると、結晶核としての作用が低下して、不均一なムライト分布となり、かえって強度低下を招くためである。ムライト粒子の平均粒径が0.1μm未満では、粒が細かすぎて混合時にかえって塊となりやすく、1μmを越えると結晶核としては大きすぎ、いずれも好ましくない。より好適には、0.1μm以上0.6μm以下である。
また、ムライト粒子の添加量は、溶融用ルツボ総重量の3%以上7%以下となるようにすることが好ましい。3%未満では、十分なムライト生成量が得られず、7%を超えると、焼結による体積変化(収縮)が大きく、クラックを生じることがあるので、いずれも好ましくない。より好適には、3%以上5%以下である。
本発明に係る溶融用ルツボは、酸化アルミニウム粒子がさらに添加されていることが好ましい。ムライト粒子に加えて酸化アルミニウム粒子もあらかじめ混合されていることで、ムライト化が迅速に進行するためである。
なお、ムライト粒子との反応性を考慮して、ムライト粒子と同等であることが好ましいため、酸化アルミニウム粒子の平均粒径は、ムライト粒子と同じく、0.1μm以上1μm以下、より好適には0.1μm以上0.6μm以下であることが好ましい。
酸化アルミニウム粒子は、溶融用ルツボ総重量に対して3%以上7%以下であることが好ましい。3%より少ないと、酸化アルミニウム粒子添加の効果が発現せず、また7%より多いと、酸化アルミニウム粒子がそのまま残存する割合が大きくなり、溶融用ルツボ全体の強度を損なうおそれがあるからである。より好適には、3%以上5%以下である。
本発明に係る溶融用ルツボの製造方法は、平均粒径10μm以上100μm以下の非晶質シリカ粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのいずれか1種からなる硬化剤と、平均粒径0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、をそれぞれ準備する工程と、前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を合計した全重量に対して、前記硬化剤が水硬性アルミナの場合は10%以上45%以下、前記硬化剤がアルミナセメントの場合は5%以上10%以下、前記ムライト粒子が3%以上7%以下となるようにそれぞれ秤量する工程と、それぞれ秤量された前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を水で混合、攪拌してスラリーを得る工程と、前記スラリーを型枠に流し込んで成型体を得る工程と、前記成型体を前記型枠から取り外す工程と、引き続き前記成型体を大気雰囲気中100℃以上400℃以下の温度で30分以上48時間以内保持することにより前記成型体内部の空隙部に存在する余剰水分を除去する工程と、からなる。
非晶質シリカ粒子と、平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントを、それぞれ所定の分量で秤量し水で混合、攪拌してスラリーを得る。なお、水は、シリコンの溶融に用いるのであれば蒸留水が好ましいが、目的に応じて市水、純水、あるいは超純水を適用しても差し支えない。また、攪拌は公知の技術から適切に選択され、例えば各種のミキサーが用いられる。
型枠は非透水性の材質のものを広く適用でき、形状についても、特に限定されるものではないが、本発明においては、従来用いられている石膏型枠ではなく、例えば、各種金属の板金や塩化ビニルなどの有機材料からなる非透水性の型枠を用いることができるので、型の形状管理や、成型時の雰囲気の温度、湿度管理を簡素化でき、より好ましい。
水硬性アルミナの場合の固化温度は、大気雰囲気下で20℃以上50℃以下が好ましい。水硬性アルミナは20℃程度の室温で固化するが、20℃以下ではやや固化進行が遅いので好ましくなく、50℃以上では固化の進行が早くなりすぎてひび割れを起こすおそれがあるので、これも好ましくない。
アルミナセメントの場合も、固化温度は大気雰囲気下で20℃以上50℃以下が好ましいが、さらに固化後の成型体については、型枠から取り外した後に大気雰囲気中で300℃以上400℃以下の温度に保持して乾燥することが好ましい。300℃未満の場合は余剰水分が十分に除去されないため、溶融の際の昇温時に、結晶水の乖離および揮発に伴う蒸気圧が高くなりすぎて、溶融用ルツボにクラックを生じるおそれがあり好ましくなく、400℃以上では、蒸発速度が速すぎてひびわれを起こすおそれがあり、こちらも好ましくない。
なお、乾燥後の成型体の内面には、原料を充填して溶融固化後に、原料と溶融用ルツボとの剥離性を高める目的で、各種の離型材を、塗布または他の方法で付与してもよい。
以上のとおり、本発明に係る溶融用ルツボは、シリコン等の原料を溶融する過程で亀裂等が入り破損するおそれが少なく耐久性にすぐれ、本発明に係る溶融用ルツボの製造方法は、溶融用ルツボの製造過程で焼成をしなくても、シリコン等の原料が溶融するまでに必要な機械的特性が付与できるので、従来焼成に要していた設備やエネルギー消費を不要とすることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
実験に用いる材料として、シリカ原料粉末として溶融シリカAと、水硬性アルミナB1またはアルミナセメントB2と、ムライト粉末Cと、酸化アルミニウム粒子Dと、蒸留水Eと、をそれぞれ準備する。ここで、溶融シリカは、電気溶融したシリカインゴットを粉砕して所定粒度に調整したものを用いた。また、水硬性アルミナは住友化学製、アルミナセメントは電気化学工業製、ムライトは共立マテリアル製、酸化アルミニウム粒子は住友化学製のもので、それぞれ汎用品を使用した。また、溶融シリカAとムライト粉末Cと酸化アルミニウム粒子Dは、ボールミルで調整して、表1〜表3に示す平均粒径と重量比になるよう配合した。最後に、全ての材料をミキサーに投入し混合することでスラリーを得た。このスラリーを、板金からなる角型の枠型に流し込んで硬化させ、内寸が185×185×300mm、肉厚が15mmの直方体の溶融用ルツボを成型した。
ここで、蒸留水の外率とは、固形成分を100としたときの割合である。そして、非晶質シリカ粒子は、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置で測定して得られた分布の50%径(メディアン径)を平均粒径と定義する。さらに、ムライト粒子および酸化アルミニウム粒子は、液体中の粒子がブラウン運動により拡散する速度(拡散係数)を計測することで粒子径を測定する動的光散乱法に基づく粒度分布測定装置で測定して得られた分布の50%径(メディアン径)を平均粒径と定義する。
この溶融用ルツボの内面に、窒化珪素(Si3N4)からなる離型材を平均厚さ0.5mmになるようにスプレー塗布し、その後室温で24時間放置することで乾燥してから、原料として、平均重量100g、平均径5〜15mmのシリコンの塊を、合計で10kg装填する。次に、溶融炉にてアルゴン雰囲気下1500℃まで加熱してシリコンを溶融し、20時間この温度で保持した後に、室温まで冷却、シリコン融液を固化して多結晶シリコンのインゴットを得る。
評価方法は、各条件で作製した溶融用ルツボを用いてシリコンを溶融、保持する際に、シリコン溶融ルツボ外表面を目視観察して、変形や亀裂の発生の有無を確認する。判定1は「変形」であり、溶融用ルツボの側面(200×315mmの面)に対角に直定規をあてて、直定規と側面の隙間を計測し、判定基準は、隙間が1mm以下は○、1mmを超え3mm以下は△、3mm超は×とする。また、判定2は「亀裂の有無」であり、目視判断で亀裂が見られない場合を○、およそ0.1mm以上の長さを有する亀裂が1箇所以上発見された場合を×とする。そして、総合判定は、2つとも○を○、1つでも△ありを△、1つでも×ありを×とする。これらの評価結果を表1〜表2に示す。
表1の結果から、水硬性アルミナ、アルミナセメント、ムライト粒子の重量比が、本発明の実施例の範囲にある場合、変形が小さくかつ亀裂がみられず、良好であった。
表2の結果から、溶融シリカとムライト粒子の平均粒径が、本発明の実施例の範囲にある場合、変形が小さくかつ亀裂がみられず、良好であった。
さらに、シリコン融液を固化して多結晶シリコンのインゴットを得た後の、溶融用ルツボをX線回折装置で分析して、最初に添加したムライト粒子の重量を除いたムライトの重量、すなわちシリカガラスとアルミニウムが反応することで生成したムライトの重量を、溶融シリカとアルミニウム成分が全量反応してムライトが生成したと仮定した理論値と比較し、これをムライト生成比として表した。なお、ムライトの重量比は、X線回折装置で得られたピーク強度比より算出した。この値が大きいほど、ムライトの生成がより促進され、溶融用ルツボの強度向上に寄与しているものとみなす。この結果を表3に示す。
表3では、酸化アルミニウムを添加しない場合では60%のムライト生成比であるのに対して、酸化アルミニウムを添加することで、高温時のムライトの生成が促進され、本発明の実施例の範囲では80%以上を示した。ただし、酸化アルミニウムの重量比が大きすぎると変形が生じてしまう。さらに、酸化アルミニウムの平均粒径が実施例を外れると、ムライト生成比が90%を下回ることから、酸化アルミニウムの平均粒径がムライトの生成比に影響していることがわかる。
表1〜表3の結果からわかるように、本発明の実施範囲においては、溶融用ルツボに亀裂や変形が見られない状態で、多結晶シリコンのインゴットを得ることができた。さらに、ムライト粒子、酸化アルミニウム粒子の添加による、溶融時のムライト化の促進効果が確認できる。
本発明に係る溶融用ルツボは、従来の溶融用ルツボと強度的に同等の特性が得られ、さらに、溶融用ルツボの製造過程で焼成をしなくても、原料が溶融するまでに必要な機械的特性が付与できるので、従来焼成に要していた設備やエネルギー消費を不要とすることができる。
本発明は、シリカガラスより融点が低くシリカガラスとの反応性が低い原料、例えばアルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)等の非鉄金属の原料を溶融する溶融用ルツボに適用できるが、特に、太陽電池用シリコン基板に用いられるシリコンを作製するための、シリコンの溶融用ルツボとして好適である。
1…溶融用ルツボ本体、11…ルツボ層、12…離型材層、2…原料融液。
Claims (5)
- 非晶質シリカ粒子同士を硬化剤で固着することにより成型された溶融用ルツボであって、前記非晶質シリカ粒子は平均粒径が10μm以上100μm以下、前記硬化剤は前記溶融用ルツボ総重量の10%以上45%以下からなる水硬性アルミナまたは前記溶融用ルツボ総重量の5%以上10%以下からなるアルミナセメントのうちいずれか1種であり、さらに平均粒径が0.1μm以上1μm以下のムライト粒子が前記溶融用ルツボ総重量の3%以上7%以下含まれていることを特徴とする溶融用ルツボ。
- 平均粒径0.1μm以上1μm以下の酸化アルミニウム粒子が、総重量の3%以上7%以下の割合でさらに添加されていることを特徴とする請求項1に記載の溶融用ルツボ。
- 溶融する原料が、シリコンであることを特徴とする請求項1または2に記載の溶融用ルツボ。
- 平均粒径10μm以上100μm以下の非晶質シリカ粒子と、水硬性アルミナまたはアルミナセメントのいずれか1種からなる硬化剤と、平均粒径0.1μm以上1μm以下のムライト粒子と、をそれぞれ準備する工程と、前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を合計した全重量に対して、前記硬化剤が水硬性アルミナの場合は10%以上45%以下、前記硬化剤がアルミナセメントの場合は5%以上10%以下、前記ムライト粒子が3%以上7%以下となるようにそれぞれ秤量する工程と、それぞれ秤量された前記非晶質シリカ粒子と前記硬化剤と前記ムライト粒子を水で混合、攪拌してスラリーを得る工程と、前記スラリーを型枠に流し込んで成型体を得る工程と、前記成型体を前記型枠から取り外す工程と、引き続き前記成型体を大気雰囲気中100℃以上400℃以下の温度で30分以上48時間以内保持することにより前記成型体内部の空隙部に存在する余剰水分を除去する工程と、からなることを特徴とする溶融用ルツボの製造方法。
- スラリーを得る工程で、平均粒径が0.1μm以上1μm以下の酸化アルミニウム粒子を、溶融用ルツボの総重量の3%以上7%以下の割合でさらに添加することを特徴とする請求項4に記載の溶融用ルツボの製造方法。
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JP2010081862A JP2011213515A (ja) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 溶融用ルツボとその製造方法 |
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CN113105219A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-13 | 中山市华山特种陶瓷有限公司 | 一种坩埚及其制备方法 |
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2010
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