坩堝這種物品，自古以來(lái)就是熔化或測試金屬的容器，現代則常用于進(jìn)行各種化學(xué)實(shí)驗及熔融、煅燒金屬和礦石。根據用途的不同，坩堝可由各種能夠熔化或改變其內容物的材料構成，比如說(shuō)在太陽(yáng)能行業(yè)中，常用到的坩堝就主要由熔融石英所構成。佑鑫石英這種熔融石英坩堝具有高純度、耐溫性強等優(yōu)點(diǎn)，是多晶硅鑄錠過(guò)程中不可替代的關(guān)鍵消耗性部件。
熔融石英坩堝及其在多晶硅鑄錠過(guò)程中的損耗
熔融石英陶瓷概述
熔融石英陶瓷是以熔融石英為原料，佑鑫石英采用陶瓷生產(chǎn)工藝制備的熔融石英材料，也可以看作是石英玻璃的“升級版”。除了保留了石英玻璃制品本身的許多優(yōu)良性質(zhì)外，它還具有其他優(yōu)良性能，具體如下：
?、贌崤蛎浵禂档?，具有較好的體積穩定性及熱震穩定性，在20℃到1000℃空氣或水之間冷熱交換次數可大于20次。
?、诹己玫幕瘜W(xué)穩定性，除了氫氟酸及300℃以上的濃磷酸外，幾乎所有酸和金屬熔體都對它沒(méi)有作用。
?、蹖嵯禂档?，隨著(zhù)溫度的變化，石英陶瓷的導熱率幾乎不變。
?、芸箯潖姸入S溫度的升高而增加，非常適合在高溫下使用。
?、菔⑻沾膳黧w在干燥及燒成時(shí)收縮很小，適合制造大件制品。
?、揠娮璐?、電性質(zhì)好，可應用絕緣材料。
石英玻璃與石英陶瓷的物理性能比較
由于熔融石英坩堝所處的使用環(huán)境相當苛刻，需要承受1550℃的高溫并一次性連續工作50h以上，因此對石英坩堝所采用的原料純度及各項性能要求較高，制作上也較有難度。到底要如何才能得到一個(gè)合格的熔融石英坩堝，這里頭確實(shí)有不少學(xué)問(wèn)。
熔融石英坩堝的制作
據了解，包括熔融石英坩堝在內的石英陶瓷的生產(chǎn)工藝過(guò)程主要有：制漿→成型→生坯干燥→燒結→加工→成品。在這里主要講講前三步。
制漿方面，一般是將高純石英原料按一定顆粒配比入磨制漿，如果想降低成本的話(huà)，也有人建議可以使用石英玻璃廠(chǎng)生產(chǎn)制品的廢邊角料作為原料。另外，由于熔融石英粉體是一種憎液物質(zhì)，在水中不容易分散，為了使粉料成漿并具有良好的流動(dòng)性需要大量的水，但制備高致密度及強度的坯體要求漿料固相含量必須要高，因此必須選擇合適的分散劑才能保證其流動(dòng)性。
熔融石英砂
成型方面，在國內外石英陶瓷的生產(chǎn)中，佑鑫石英一般普遍采用注漿成型工藝，也有離心澆注成型、蠟澆注成型、等靜壓成型、搗打成型等工藝。然而采用上述工藝制備的制品中普遍存在著(zhù)顯微結構不均勻、難以制作形狀復雜的制品、生產(chǎn)周期長(cháng)、成本高、效率低等缺點(diǎn)。目前石英陶瓷比較成熟的成型工藝為振動(dòng)壓力注漿成型工藝和凝膠注模成型工藝。
?、僬駝?dòng)壓力注漿成型工藝
振動(dòng)壓力注漿成型工藝是在傳統注漿成型工藝基礎上改進(jìn)而成的。石英陶瓷料漿與傳統料漿相比具有流動(dòng)性差、觸變形強等特點(diǎn)，因而在成型大件、厚實(shí)制品時(shí)氣泡不易排除，易造成制品內部存在缺陷;另外，長(cháng)時(shí)間吸漿還易造成顆粒偏析而使坯體密度和結構不均勻。
振動(dòng)壓力注漿成型工藝是在傳統注漿成型工藝基礎上引入振動(dòng)裝置，通過(guò)使料漿發(fā)生振動(dòng)作用來(lái)加速料漿中氣泡的排除，同時(shí)料漿的振動(dòng)還可使石英陶瓷顆粒發(fā)生重排，達到緊密堆積的效果，從而顯著(zhù)提高坯體密度。目前振動(dòng)壓力注漿成型工藝已經(jīng)比較成熟，中材高新公司已把該成型工藝成功地應用到石英陶瓷輥等大件制品的生產(chǎn)中。
?、谀z注模成型工藝
凝膠注模成型工藝的思路是將傳統的注漿成型工藝與有機化學(xué)理論相結合，通過(guò)制備出低粘度高固相體積含量的料漿，然后在引發(fā)劑的作用下，使料漿中的有機單體發(fā)生聚合反應形成大分子網(wǎng)絡(luò )結構，從而使模具內的料漿發(fā)生快速原位凝固，形成機械強度高的陶瓷坯體。
相對于注漿成型工藝而言，凝膠注模成型工藝生產(chǎn)周期短，制品的結構和密度均勻，坯體的強度高，因而能夠制作復雜形狀的陶瓷部件。該工藝的另外一大優(yōu)勢是所需設備簡(jiǎn)單，投資很少。
燒結方面，陶瓷生產(chǎn)中的燒結工序一般都對陶瓷的物理化學(xué)性能有很大的影響。石英陶瓷普遍采用常壓燒結，即在常壓下，石英陶瓷坯體在高溫的作用下通過(guò)介質(zhì)擴散形成致密體。
其他熔融石英陶瓷制品
但在高溫燒結過(guò)程中，亞穩態(tài)的熔融石英中會(huì )析出晶態(tài)的β方石英晶體，在隨之的冷卻過(guò)程中發(fā)生β相方石英到α相方石英的二級相變，帶來(lái)月2.8%的體積變化。由于析出的方石英晶體與非晶熔融石英存在一定的熱膨脹系數的差異，而且相變帶來(lái)的體積效應使得石英材料內部產(chǎn)生一定的局部應力甚至裂紋，最終使得石英陶瓷產(chǎn)品的整體力學(xué)性能大大降低，甚至導致燒結過(guò)程裂紋的產(chǎn)生及制品的破壞；除此之外，與非晶熔融石英相比，晶態(tài)方石英熱學(xué)性能及電學(xué)性能均大大降低，嚴重限制了石英陶瓷的高溫使用性能。
因此石英陶瓷在燒結過(guò)程中的關(guān)鍵就是要注意防止石英原料的非晶態(tài)遭到破壞。有研究稱(chēng)，石英粉體顆粒尺寸越小，陶瓷就越容易發(fā)生析晶，因此探索合理的顆粒級配條件，在保證石英陶瓷致密度的同時(shí)，減少小顆粒的粉體的比例具有重要的研究意義。
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