熔融石英坩埚因其热稳定性好、热膨胀系数和导热系数低、高温下不与硅发生化学反应等优点，被广泛用于多晶硅锭的生产。 此外，石英陶瓷还具有良好的介电强度，是良好的电绝缘体和光波反射器。 由于上述优异性能，熔融石英陶瓷自问世以来得到了迅速的推广和应用，其应用领域涉及冶金、化工、电气工程、航空航天等工业领域。
1.熔融石英坩埚简介。
太阳能电池作为一种清洁能源，在世界范围内受到广泛关注。 如下图1-1所示，多晶硅是工业化比例最高的材料，因为它的转化效率和收率较高，对原材料的要求相对较低。
熔融石英坩埚是一种熔融石英陶瓷，广泛应用于太阳能光伏行业的多晶硅锭技术，因为现在的多晶硅锭基本上是方形的，所以熔融石英坩埚常被称为石英方形坩埚在多晶硅锭的工艺中，熔融石英坩埚的使用环境非常恶劣， 要承受1550°C的高温，一次连续工作50h以上，因此石英坩埚所用的原料纯度和各种性能较高，因此坩埚的生产工艺难度较大。是多产品硅生产过程中的关键耗材。目前市场上的主流产品有G5系列和G6系列，尺寸分别为883mmx883mmx420mm、480mm、1040mmx1040mmx500mm。 随着光伏产业的快速发展，G6系列坩埚逐渐成为多产品硅锭容器的主流需求。 目前，石英锅的发展趋势是体积大、壁薄，因此对坩埚的生产提出了更高的工艺要求。
根据中国电子材料工业协会最近的一项调查，目前我国石英坩埚主要生产企业有六家，其产能如表1-2所示。
石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅锭生产过程中的关键消耗部件，虽然目前多晶硅原料高企和多晶硅短缺让行业似乎忽视了其他问题，但石英陶瓷坩埚是多晶硅生产过程中除成本消耗最大的辅助材料， 但也受制于他人，仍是企业面临的重要问题。此外，我国进口坩埚的数量仍然占据很大比例，因此实现坩埚国产化，从而大幅降低多级硅锭的生产成本仍然是许多企业不断努力的目标。
二、石英陶瓷坩埚的制备工艺。
石英陶瓷坩埚有四种成型方法：注浆成型、注塑成型、压滤成型和注射凝固成型。
1.灌浆成型
滑模铸造是利用多孔模具（多为石膏模具）的吸水特性，将配置好的浆料注入模具中，吸收水分形成具有一定强度的生坯。 这种成型方式的优点是设备简单，成本低，方便制备尺寸大、形状复杂的产品。 一般来说，注浆类型主要分为单面注浆和双面注浆抽吸。
在这种成型工艺中，为了获得高质量的坯体，对浆料的主要要求是：（1）流动性好，即浆料粘度要小，能保证浆料在注浆过程中容易流向模型的各个部位; （2）稳定性好，保证浆料各组分的一致性，以及成型后坯体的均匀性; （3）一定的触变性，即经过一定时间后，浆料的粘度变化不宜过大，便于运输和储存; （4）固含量高，保证成型后坯体的强度，降低干燥后坯体的收缩率; （5）过滤性好，保证浆料中的水介质能被石膏模吸收; （6）不含气泡，故浆料一般应在注浆前脱气。
2.注塑
注塑成型是在柱塞或螺杆推力的作用下将注塑机中的塑料熔化到模具中，然后冷却以获得产品的过程。 其原理是：固体塑料按一定熔点熔化，通过注塑机的压力以一定的速度注入模具，模具经水道冷却，使塑料固化，得到与设计模具型腔相同的产品。 这种成型方法的优点是可以成型结构均匀、尺寸准确、形状复杂的零件; 缺点是成型过程中采用的模具设计工艺复杂，在干燥过程中难以排除产品中的有机添加剂。
3.压滤机成型
压滤机成型（PSC）是在注浆成型的基础上在压力下发展起来的成型工艺。 其原理是将浆料注入多孔模具中，通过施加压力将浆料中的液体介质过滤掉，得到一定形状的主体。
虽然从原理上看，压滤机成型类似于压力灌浆，即利用外界压力使陶瓷浆料除去部分液体介质而形成，所以从广义上讲，压滤机成型可以看作是压力注浆成型。 但两者之间有这个显著的区别：一是压滤机成型采用非常薄的多孔过滤层，因此对浆料介质含量的要求不如压力灌浆那么严格，浆料的流变性能和颗粒级配可以在很宽的范围内调节，以利于高性能产品的成型; 二是压滤机成型时压力可调范围更宽; 第三，对于形状复杂的零件，为了获得均匀的生坯体结构，可以在压滤机成型过程中调整不同零件的模型结构和渗透系数等参数，使不同的零件具有不同的固化速率。
4.注塑
凝胶铸造是美国在20世纪末发明的一种新的成型工艺，应用于陶瓷制备。 其原理是将有机聚合物和交联剂配置成前驱体的水溶液或非水溶液，在前驱体中分散一定量的陶瓷粉末，得到具一定固体含量的悬浮液; 然后加入一定量的引发剂和催化剂，充分混合后，将浆料倒入一定形状的模具中; 通过有机单体的聚合反应，整个体系形成三维网状结构，分散在其中的陶瓷粉体原位固化，形成一定形状的生坯体。 所谓原位固化，是指颗粒之间的力或体系内载体性质的变化，使悬浮体变成固体，颗粒在体系中的位置是固定的。 在这个过程中，整个系统几乎没有体积收缩，系统中载流子的数量也没有量变。
根据所用介质的不同，注射凝固成型可分为非水性注射成型和水性注射凝结。 非水注射成型工艺适用于陶瓷颗粒在成型过程中会与水发生反应的系统。 水性注射成型工艺适用于石英陶瓷和大多数其他陶瓷的成型，是一种具有良好发展前景的成型工艺[18]。 对于水性注射成型工艺，应用最广泛的有机高分子单体是丙烯酰胺，它可以吸附在颗粒表面，加入交联剂、引发剂和催化剂后发生单体聚合反应，使颗粒原位固化，形成致密的绿色坯料。
资料来源**：天津大学; 张晓燕， 杜海燕.
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