用于多晶硅鑄錠的高效免噴涂熔融石英坩堝的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石英坩堝制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于多晶硅鑄錠的高效免噴涂熔融 石英坩堝的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能多晶硅的迅猛發(fā)展，大大加快了多晶硅熔融鑄錠所使用的熔融石英坩堝的 研究發(fā)展。行業(yè)內(nèi)由于坩堝成品率的問題，目前所生產(chǎn)的石英坩堝大多是未噴涂的，使用者 在用這種坩堝時(shí)必須自備噴涂設(shè)備，在成品坩堝內(nèi)部噴上一層氮化硅涂層，然后在i〇〇〇°C 以上燒結(jié)24個(gè)小時(shí)以上才能開始裝入純硅料進(jìn)行使用。市場(chǎng)上也有少量免噴涂石英坩堝， 但這只是在坩堝生產(chǎn)后繼續(xù)噴涂并燒結(jié)，工藝并沒有改變，而且這種工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)，耗能 巨大?，F(xiàn)行坩堝生產(chǎn)中的打磨工序是在坩堝燒結(jié)以后進(jìn)行，由于燒結(jié)后的坩堝硬度很高，導(dǎo) 致對(duì)設(shè)備和磨具的要求也高，而且打磨過程中需要用大量的水進(jìn)行冷卻。另外用普通的免 噴涂熔融石英坩堝難以生產(chǎn)高轉(zhuǎn)換效率的硅錠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種用于多晶硅鑄錠的高效免噴涂熔融 石英坩堝的制造方法，該法可使石英坩堝的生產(chǎn)周期縮短，減化了客戶使用坩堝的工藝，大 大降低了能耗，提高了坩堝成品率，同時(shí)提高了硅錠的轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到：
[0005] -種用于多晶硅鑄錠的高效免噴涂熔融石英坩堝的制造方法:對(duì)免噴涂熔融石英 坩堝的毛坯打磨、清潔預(yù)處理，然后在該毛坯內(nèi)底面上依次噴涂40~60目和70~90目的高 純石英砂顆粒，再在毛坯的內(nèi)表面噴涂〇. 2~0.7_的氮化硅涂層，最后將該毛坯在梭式窯 爐中于1090~1180 °C下燒結(jié)14~24小時(shí)，即得。
[0006] 本方法中必需在氮化硅涂層內(nèi)按順序噴涂一定厚度的兩層高純石英砂顆粒層，所 采用的高純石英粉的粒徑分別為40~60目和70~90目，進(jìn)一步優(yōu)選45~50目和80~85目。 進(jìn)一步的，噴涂40~60目（優(yōu)選45~50目）高純石英砂顆粒后得到的高純石英砂層的厚度為 0.6~1.0mm，噴涂70~90目（優(yōu)選80~85目）高純石英砂顆粒后得到的高純石英砂層的厚度 為0.7~1. 1mm。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過在氮化娃涂層內(nèi)按順序噴涂特定厚度和特定粒徑的兩層高 純石英砂顆粒層，進(jìn)一步配合低溫?zé)Y(jié)條件，可以大幅提高坩堝的成品率至80 %左右，并使 所制備的硅錠的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)18%左右，而這兩層高純石英砂顆粒層的粒徑和厚度如不 在特定的范圍內(nèi)時(shí)，則成品率降低超過10 %，且所制備的硅錠的光電轉(zhuǎn)換效率只在一般水 平。
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了更具體的用于多晶硅鑄錠的高效免噴涂熔融石英坩堝的制 造方法，其包括如下步驟：
[0008] (1)將塊狀及粒狀高純?nèi)廴谑⒃弦黄鹜ㄟ^球磨研磨進(jìn)行濕法造粒，研磨后的 料衆(zhòng)粒徑為1 Own~50μηι;
[0009] (2)將料漿充分?jǐn)嚢韬螅偌尤敕蹱罡呒內(nèi)廴谑⒃匣旌暇鶆?，然后注入石膏?具中進(jìn)行充分的脫水成型，脫模；
[0010] (3)脫模后的坯體在180°C以下進(jìn)行干燥，制得毛坯；
[0011] (4)對(duì)毛坯進(jìn)行打磨、清潔預(yù)處理；
[0012] (5)在毛坯內(nèi)底面噴涂20~100目的高純石英砂顆粒；
[0013] (6)在毛坯內(nèi)表面噴涂0.2~0.7mm的氮化硅涂層；
[0014] (7)將噴有氮化硅涂層的毛坯在梭式窯爐中于1000~1300°C下燒結(jié)14~24小時(shí)。
[0015]本發(fā)明的高純?nèi)廴谑⒃希浼兌纫话阍?9.9%以上。本方法可得到高效免噴 涂熔融石英坩堝。
[0016] 步驟（1)中，塊狀高純?nèi)廴谑⒃吓c粒狀高純?nèi)廴谑⒃系馁|(zhì)量比為25~30: 70~75,所述塊狀高純?nèi)廴谑⒃系牧綖?0~60nm，所述粒狀高純?nèi)廴谑⒃系牧?徑為5~20nm。
[0017] 步驟(1)中濕法造粒過程中加入兩種高純?nèi)廴谑⒃腺|(zhì)量20~30%的水。
[0018]粉狀高純?nèi)廴谑⒃吓c步驟（1)中所述料漿的質(zhì)量比為30~40:70~60,所述粉 狀高純?nèi)廴谑⒃狭綖?0~200目。
[0019]步驟(2)中料漿在加入粉狀高純?nèi)廴谑⒃锨俺浞謹(jǐn)嚢?2小時(shí)以上，優(yōu)選為72 ~200小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選為100~170小時(shí)。該步驟中的脫水成型時(shí)間一般為5~20小時(shí)，優(yōu)選 為10~15小時(shí)。
[0020] 步驟(3)中干燥溫度優(yōu)選為100~180 °C。
[0021]步驟(4)中的預(yù)處理包括對(duì)坯體進(jìn)行打磨和清潔步驟，打磨過程特別是采用砂輪 打磨毛坯底部，該打磨過程一般只需5~25分鐘;清潔過程特別是清潔毛坯內(nèi)表面。
[0022] 步驟(5)中在所述毛坯內(nèi)底面上按順利依次噴涂45~50目和80~85目的高純石英 砂顆粒，噴涂45~50目高純石英砂顆粒后得到的高純石英砂層的厚度為0.6~1.0mm，噴涂 80~85目高純石英砂顆粒后得到的高純石英砂層的厚度為0.7~1. 1mm。
[0023]步驟(6)中所述氮化娃涂層為20~25wt%的Si3N4水溶液，該氮化娃涂層的厚度優(yōu) 選為0 · 5mm 〇
[0024]步驟(7)結(jié)束后可采用超聲波無(wú)損探傷或X射線檢查燒結(jié)好的石英坩堝，檢測(cè)坩堝 的成品率及其他性能。
[0025] 本方法在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上，將打磨步驟從成品后處理提至毛坯預(yù)處理，不僅大 大降低了處理難度，而且減少了處理設(shè)備和用料消耗。本法克服了由于成品率低而將氮化 硅后涂的限制，將毛坯燒結(jié)和氮化硅涂層制備合二為一，在其他步驟的配合下，不僅簡(jiǎn)化了 工藝流程，更極大地減少了能源消耗和設(shè)備投入，還提高了坩堝的制備成品率，使成品率從 60 %左右提高至80 %左右。同時(shí)又提高了所制備的硅錠的轉(zhuǎn)換效率，使轉(zhuǎn)換效率從17 %左 右提尚至18%左右。
[0026]本發(fā)明的方法與無(wú)噴涂坩堝相比，因?yàn)閷③釄迳a(chǎn)中的燒結(jié)和氮化硅涂層的燒結(jié) 合二為一，縮短了生產(chǎn)周期，較之前縮短了 30%;簡(jiǎn)化了客戶的生產(chǎn)工藝，提高了客戶的生 產(chǎn)效率;提高了成品率、成品光電轉(zhuǎn)換效率及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
[0027]本方法與現(xiàn)有的免噴涂坩堝相比，大大降低了能耗，較之前節(jié)省了40%以上。
[0028]本方法與現(xiàn)有的免噴涂坩堝相比，大大提高了所制備的硅錠的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0029] 本工藝與現(xiàn)有的工藝相比，提前進(jìn)行底部研磨預(yù)處理杜絕了水資源的浪費(fèi)，降低 了處理難度，也提高了原料的利用率。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 將500kg粒徑為50~60mm的塊狀高純?nèi)廴谑⒃虾?500kg粒徑為10~20mm的粒 狀高純?nèi)廴谑⒃?塊狀及粒狀高純?nèi)廴谑⒃系馁|(zhì)量組分:二氧化硅>99.9%，氧化 錯(cuò)<2000ppm,氧化鐵<50ppm,氧化鈉<50ppm,其它組分為原料中不可避免的雜質(zhì)；下同），投 入球磨機(jī)中加入500kg的水進(jìn)行濕法研磨，研磨后的料衆(zhòng)粒徑控制在1 Ομπι~30μηι。
[0032]將料漿導(dǎo)出球磨機(jī)后進(jìn)行攪拌120小時(shí)，檢查料漿的物理及化學(xué)性能；再加入 1349kg的干粉（100目粉狀高純?nèi)廴谑⒃?進(jìn)行充分?jǐn)嚢?攪拌均勻后轉(zhuǎn)入澆注罐注入 石膏模具中，在模具中靜置10個(gè)小時(shí)后進(jìn)行脫模。