RU2333900C1 - Method of production of quartz crucibles - Google Patents

Method of production of quartz crucibles Download PDF

Info

Publication number
RU2333900C1
RU2333900C1 RU2006142548/03A RU2006142548A RU2333900C1 RU 2333900 C1 RU2333900 C1 RU 2333900C1 RU 2006142548/03 A RU2006142548/03 A RU 2006142548/03A RU 2006142548 A RU2006142548 A RU 2006142548A RU 2333900 C1 RU2333900 C1 RU 2333900C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
quartz
crucibles
synthetic
production
casting
Prior art date
Application number
RU2006142548/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006142548A (en
Inventor
Александр Федорович Шиманский (RU)
Александр Федорович Шиманский
Юрий Ефимович Пивинский (RU)
Юрий Ефимович Пивинский
Наталь Сергеевна Савченко (RU)
Наталья Сергеевна Савченко
Олег Иванович Подкопаев (RU)
Олег Иванович Подкопаев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет цветных металлов и золота"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет цветных металлов и золота" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет цветных металлов и золота"
Priority to RU2006142548/03A priority Critical patent/RU2333900C1/en
Publication of RU2006142548A publication Critical patent/RU2006142548A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333900C1 publication Critical patent/RU2333900C1/en

Links

Landscapes

  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention is related to refractory industry, namely, to production of large-size quartz crucibles, which may be used in production of semi-conductor materials. Method of quartz crucibles production includes preparation of highly concentrated suspension of quartz glass, its stabilisation, casting into porous mold, drying and baking. At that after casting into porous mold additionally suspension of synthetic dioxide of silicon prepared by means of hydrolysis of silicon tetrachloride is applied onto prepared quartz crucible by method of slip casting.
EFFECT: provides possibility to manufacture quartz synthetic crucibles of wide assortment, including crucibles of large size and increase of purity of synthetic quartz crucibles.
1 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству крупногабаритных кварцевых тиглей для плавления кремния, применяемого в полупроводниковой промышленности.The invention relates to the refractory industry, in particular to the production of large-sized quartz crucibles for melting silicon used in the semiconductor industry.

Известен способ получения синтетических кварцевых изделий путем напыления диоксида кремния, полученного в процессе разложения летучего соединения кремния в потоке кислородно-водородной плазмы, на жаростойкий формообразователь с последующим остекловыванием напыленной заготовки в вакууме (патент РФ 2061111, МПК С30В 15/10 С30В 29/18, 1996.05.27.).A known method for producing synthetic quartz products by spraying silicon dioxide obtained in the process of decomposition of a volatile silicon compound in a stream of oxygen-hydrogen plasma, on a heat-resistant former, followed by vitrification of the sprayed workpiece in vacuum (RF patent 2061111, IPC C30B 15/10 C30B 29/18, 1996.05.27.).

Недостатком данного способа является невозможность изготовления кварцевых тиглей большого диаметра (свыше 330 мм) методом напыления. Это обусловлено низкой плотностью сырца, составляющей 0,5-0,6 г/см3, в результате чего заготовки большеразмерных тиглей разрушаются под собственным весом.The disadvantage of this method is the inability to manufacture quartz crucibles of large diameter (over 330 mm) by spraying. This is due to the low density of the raw material component of 0.5-0.6 g / cm 3 , as a result of which the blanks of large-sized crucibles are destroyed under their own weight.

Кроме того, в процессе эксплуатации такие изделия могут «расстекловываться» и разрушаться, так как аморфный кремнезем при высокой температуре рекристаллизуется в кристобалит, вызывая локальные изменения объема.In addition, during operation, such products can “devitrify” and collapse, since amorphous silica recrystallizes at high temperature into cristobalite, causing local volume changes.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является способ изготовления крупногабаритных тиглей из кварцевой керамики (патент РФ 2264365, МПК С04В 35/14, 2005.11.20), включающий получение высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла (SiO2>99,5%), ее стабилизацию, введение зернистого заполнителя (50-400 мкм), формование литьем в пористые формы, сушку и обжиг или гидротермальную обработку.The closest set of essential features to the claimed is a method of manufacturing large-sized crucibles from quartz ceramics (RF patent 2264365, IPC С04В 35/14, 2005.11.20), which includes obtaining a highly concentrated suspension of silica glass (SiO 2 > 99.5%), its stabilization , the introduction of granular aggregate (50-400 microns), molding by molding in porous forms, drying and firing, or hydrothermal treatment.

Недостатком данного способа является отсутствие необходимой чистоты исходного плавленного кварца.The disadvantage of this method is the lack of the necessary purity of the original fused silica.

В заявляемом способе поставлена цель получения такого изделия, которое удовлетворяет следующим условиям:In the inventive method, the goal is to obtain such a product that satisfies the following conditions:

- возможность изготовления кварцевых синтетических тиглей широкого ассортимента, в том числе тиглей больших размеров, диаметром свыше 330 мм;- the possibility of manufacturing quartz synthetic crucibles of a wide range, including crucibles of large sizes, with a diameter of over 330 mm;

- повышение чистоты синтетических кварцевых тиглей.- increasing the purity of synthetic quartz crucibles.

Достигается это тем, что в способе изготовления кварцевых тиглей, включающем получение высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла, ее стабилизацию, формование литьем в пористые формы, сушку, обжиг, после литья в пористую форму на полученный кварцевый тигель дополнительно наносят методом шликерного литья суспензию синтетического диоксида кремния, полученного путем гидролиза тетрахлорида кремния.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing quartz crucibles, including obtaining a highly concentrated suspension of silica glass, stabilizing it, molding it into porous molds, drying, firing, after casting into a porous mold, a suspension of synthetic silicon dioxide is additionally applied to the obtained silica crucible by slip casting, obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride.

В отличие от прототипа в предлагаемом решении после литья в пористую форму на полученный кварцевый тигель дополнительно наносят методом шликерного литья суспензию синтетического диоксида кремния, полученного путем гидролиза тетрахлорида кремния.In contrast to the prototype, in the proposed solution, after casting in a porous mold, a suspension of synthetic silicon dioxide obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride is additionally applied to the obtained quartz crucible by slip casting.

Сущность способа получения кварцевых тиглей заключается в следующем:The essence of the method of producing quartz crucibles is as follows:

готовили концентрированную суспензию кварцевого стекла, проводили ее стабилизацию в течение 12 часов, после чего отливали в пористую форму, сушили при температуре 120°С, подвергали обжигу при 550-750°С в течение 1 часа, чтобы полуфабрикат сохранял способность впитывать влагу, в результате получили кварцевый тигель, а затем методом шликерного литья на его внутреннюю поверхность наносили суспензию синтетического диоксида кремния, полученного гидролизом тетрахлорида кремния, полученный образец сушили и отжигали при 1100-1200°С.a concentrated suspension of quartz glass was prepared, it was stabilized for 12 hours, then it was cast into a porous form, dried at a temperature of 120 ° C, fired at 550-750 ° C for 1 hour, so that the semi-finished product retained the ability to absorb moisture, as a result a quartz crucible was obtained, and then a suspension of synthetic silicon dioxide obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride was deposited on its inner surface by slip casting, the resulting sample was dried and annealed at 1100-1200 ° С.

Нанесение дополнительного слоя из синтетического диоксида кремния позволяет получить материал высокой плотности (1,95-1,99 г/см3) и низкой пористости (7-5%).The application of an additional layer of synthetic silicon dioxide allows to obtain a material of high density (1.95-1.99 g / cm 3 ) and low porosity (7-5%).

При изменении температуры обжига тигля из кварцевого стекла с 550 до 700°С способность впитывать влагу у стенок полуфабриката снижается, продолжительность набора массы внутреннего тигля из синтетического диоксида кремния увеличивается, вследствие чего плотность готовых изделий увеличивается, а пористость снижается (табл. 1).When the temperature of firing a crucible made of quartz glass changes from 550 to 700 ° C, the ability to absorb moisture near the walls of the semi-finished product decreases, the duration of the mass gain of the internal crucible made of synthetic silicon dioxide increases, as a result of which the density of the finished products increases and the porosity decreases (Table 1).

Таблица 1
Влияние температуры отжига тигля из кварцевого стекла на плотность и пористость готового изделия с нанесенным дополнительным слоем синтетического диоксида кремния, отожженного при температуре 1150°С
Table 1
Effect of the temperature of annealing of a crucible made of quartz glass on the density and porosity of the finished product with an additional layer of synthetic silicon dioxide annealed at a temperature of 1150 ° C
t°Ct ° C 550550 600600 650650 700700 750750 800800 Плотность предварительно отформованного тигля, г/см3 The density of the preformed crucible, g / cm 3 1,61,6 1,731.73 1,751.75 1,831.83 1,851.85 1,851.85 Плотность готового изделия, г/см3 The density of the finished product, g / cm 3 1,831.83 1,901.90 1,951.95 1,991.99 1,991.99 1,91.9 Пористость готового изделия, %The porosity of the finished product,% 13,013.0 9,59.5 7,07.0 5,05,0 5,05,0 9,59.5

Кроме того, обеспечивается высокая чистота внутренней стенки тигля из синтетического диоксида кремния, контактирующей с расплавом при выращивании монокристаллов кремния, поскольку суммарное содержание примесей не превышает значения 1,32·10-3 мас.% (табл. 2).In addition, high purity of the inner wall of the synthetic silicon dioxide crucible, which is in contact with the melt when growing silicon single crystals, is ensured, since the total impurity content does not exceed 1.32 · 10 -3 wt.% (Table 2).

Таблица 2
Химический состав синтетического порошка диоксида кремния, 10-4 мас.%
table 2
The chemical composition of the synthetic powder of silicon dioxide, 10 -4 wt.%
CuCu TiTi NiNi СаSa CrCr FeFe MgMg ВAT NaNa КTO ClCl SiO2 SiO 2 ≤0,07≤0.07 ≤0,5≤0.5 ≤0,3≤0.3 ≤2,0≤2.0 ≤0,04≤0.04 ≤10,0≤10.0 ≤0,08≤0.08 ≤0,04≤0.04 ≤0,08≤0.08 ≤0,04≤0.04 ≤0,05≤0.05 остальноеrest

Конкретный пример осуществления способа.A specific example of the method.

Для получения кварцевого тигля диаметром 406 мм отходы прозрачного кварцевого стекла в виде боя трубок подвергали механической активации. Затем готовили концентрированные суспензии, стабилизацию которых осуществляли перемешиванием в течение 8 часов. Готовую формовочную массу отливали в пористую форму. Первичную сушку осуществляли при комнатных условиях (20-25°С) в течение 24 часов. Дальнейшую сушку проводили при 120°С на протяжении 12 часов. Отжигали при 700°С в атмосфере воздуха в течение 1 часа, в результате получили кварцевый тигель.To obtain a quartz crucible with a diameter of 406 mm, the waste of transparent quartz glass in the form of a tube break was subjected to mechanical activation. Then concentrated suspensions were prepared, the stabilization of which was carried out by stirring for 8 hours. The finished molding material was cast into a porous mold. Primary drying was carried out at room conditions (20-25 ° C) for 24 hours. Further drying was carried out at 120 ° C for 12 hours. Annealed at 700 ° C in an atmosphere of air for 1 hour, the result was a quartz crucible.

Для получения следующего высокочистого слоя керамики диоксид кремния готовили золь-гель - методом из тетрахлорида кремния полупроводниковой чистоты. Гель подвергали сушке при температуре 260°С. Ксерогель отжигали при 1150°С в течение 2 часов. Полученный порошок подвергали механической активации.To obtain the next high-purity ceramic layer, silicon dioxide was prepared by sol-gel method using semiconductor purity silicon tetrachloride. The gel was dried at a temperature of 260 ° C. Xerogel was annealed at 1150 ° C for 2 hours. The resulting powder was subjected to mechanical activation.

На основе диоксида кремния высокой чистоты готовили суспензию, которую стабилизировали перемешиванием в течение 2 часов. Готовую формовочную массу методом шликерного литья наносили на внутренние стенки предварительно полученного кварцевого тигля. Затем образец сушили в течение 24 часов при комнатных условиях, в течение 12 часов - при 120°С, отжигали при 1150°С в течение часа в атмосфере воздуха.Based on high purity silica, a suspension was prepared which was stabilized by stirring for 2 hours. The finished molding material by slip casting was applied to the inner walls of the previously obtained quartz crucible. Then the sample was dried for 24 hours at room conditions, for 12 hours at 120 ° C, annealed at 1150 ° C for one hour in an atmosphere of air.

Предлагаемый способ получения синтетических кварцевых тиглей позволяет получить качественные тигли широкого диапазона размеров, упростить схему очистки исходного природного кварца и, кроме того, решить экологическую проблему, заключающуюся в утилизации тетрахлорида кремния, образующегося в процессе переработки трихлорсилана - токсичного отхода полупроводникового производства.The proposed method for producing synthetic quartz crucibles allows to obtain high-quality crucibles of a wide range of sizes, to simplify the purification scheme of the original natural quartz and, in addition, to solve the environmental problem of utilizing silicon tetrachloride formed during the processing of trichlorosilane, a toxic waste from semiconductor production.

Claims (1)

Способ изготовления кварцевых тиглей, включающий получение высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла, ее стабилизацию, формование литьем в пористую форму, сушку и обжиг, отличающийся тем, что после литья в пористую форму на полученный кварцевый тигель методом шликерного литья дополнительно наносят суспензию синтетического диоксида кремния, полученного путем гидролиза тетрахлорида кремния.A method of manufacturing quartz crucibles, including obtaining a highly concentrated suspension of quartz glass, its stabilization, molding by molding in a porous form, drying and firing, characterized in that after casting into a porous form, a suspension of synthetic silicon dioxide obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride.
RU2006142548/03A 2006-11-30 2006-11-30 Method of production of quartz crucibles RU2333900C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142548/03A RU2333900C1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Method of production of quartz crucibles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142548/03A RU2333900C1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Method of production of quartz crucibles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006142548A RU2006142548A (en) 2008-06-10
RU2333900C1 true RU2333900C1 (en) 2008-09-20

Family

ID=39581115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006142548/03A RU2333900C1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Method of production of quartz crucibles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333900C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522328C1 (en) * 2012-11-21 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Fabrication of quartz crucibles
CN107986769A (en) * 2017-12-13 2018-05-04 苏州浩焱精密模具有限公司 A kind of preparation method of quartz pincers pot mould
RU2688705C1 (en) * 2018-08-22 2019-05-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of producing quartz crucibles
RU2811141C1 (en) * 2023-11-21 2024-01-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет Method for producing quartz crucibles

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522328C1 (en) * 2012-11-21 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Fabrication of quartz crucibles
CN107986769A (en) * 2017-12-13 2018-05-04 苏州浩焱精密模具有限公司 A kind of preparation method of quartz pincers pot mould
CN107986769B (en) * 2017-12-13 2021-06-15 苏州浩焱精密模具有限公司 Preparation method of quartz crucible mold
RU2688705C1 (en) * 2018-08-22 2019-05-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of producing quartz crucibles
RU2811141C1 (en) * 2023-11-21 2024-01-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет Method for producing quartz crucibles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006142548A (en) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100818679B1 (en) Quartz glass crucible and method for the production thereof
JP3751326B2 (en) Manufacturing method of high purity transparent quartz glass
US10843954B2 (en) Synthetic opaque quartz glass and method for producing the same
JP4903288B2 (en) Silica container and method for producing the same
JP4951040B2 (en) Silica container and method for producing the same
JP5167073B2 (en) Silica container and method for producing the same
JPH02500972A (en) Improvements in and related to vitreous silica
KR20010098761A (en) Method for manufacture of a component made of opaque synthetic quartz glass, and quartz glass tube manufactured according to the method
US20030121283A1 (en) Optical glass silica soot particles and method of making same
RU2333900C1 (en) Method of production of quartz crucibles
JP2003252634A (en) Dispersion liquid containing silicon - titanium mixed oxide powder, its manufacturing method, molded form manufactured from it, its manufacturing method, glass molded form, its manufacturing method and its use
TW200300180A (en) Method for the production of a silica glass crucible with crystalline regions from a porous silica glass green body
JPH0940434A (en) High purity quartz glass and production thereof
RU2688705C1 (en) Method of producing quartz crucibles
EP2460772B1 (en) Method of manufacturing granulated silica powder, method of manufacturing vitreous silica crucible
JPS62212234A (en) Production of glass
JPH04219333A (en) Production of quartz glass
JP5595615B2 (en) Silica container for pulling single crystal silicon and manufacturing method thereof
JPH11302026A (en) Heat resistant synthetic silica glass for intercepting impurity metal
JPS62212233A (en) Production of glass
JP2000314034A (en) High purity crystalline inorganic fiber, its formed product and production thereof
JPS6158823A (en) Preparation of transparent quartz glass
JPH0575703B2 (en)
JPH0912322A (en) High-purity transparent quartz glass and its production
RU2811141C1 (en) Method for producing quartz crucibles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131201