坩堝這種物品，自古以來就是熔化或測試金屬的容器，現(xiàn)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(jù)用途的不同，坩堝可由各種能夠熔化或改變其內(nèi)容物的材料構(gòu)成，比如說在太陽能行業(yè)中，常用到的坩堝就主要由熔融石英所構(gòu)成。佑鑫石英這種熔融石英坩堝具有高純度、耐溫性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是多晶硅鑄錠過程中不可替代的關(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?shù)低，具有較好的體積穩(wěn)定性及熱震穩(wěn)定性，在20℃到1000℃空氣或水之間冷熱交換次數(shù)可大于20次。

　?、诹己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)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有作用。

　?、蹖?dǎo)熱系數(shù)低，隨著溫度的變化，石英陶瓷的導(dǎo)熱率幾乎不變。

　?、芸箯潖?qiáng)度隨溫度的升高而增加，非常適合在高溫下使用。

　　⑤石英陶瓷坯體在干燥及燒成時收縮很小，適合制造大件制品。

　?、揠娮璐?、電性質(zhì)好，可應(yīng)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(dāng)苛刻，需要承受1550℃的高溫并一次性連續(xù)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合格的熔融石英坩堝，這里頭確實(shí)有不少學(xué)問。

　　熔融石英坩堝的制作

　　據(jù)了解，包括熔融石英坩堝在內(nèi)的石英陶瓷的生產(chǎn)工藝過程主要有：制漿→成型→生坯干燥→燒結(jié)→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，也有人建議可以使用石英玻璃廠生產(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性需要大量的水，但制備高致密度及強(qiáng)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性。

　　熔融石英砂

　　成型方面，在國內(nèi)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顯微結(jié)構(gòu)不均勻、難以制作形狀復(fù)雜的制品、生產(chǎn)周期長、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壓力注漿成型工藝和凝膠注模成型工藝。

　　①振動壓力注漿成型工藝

　　振動壓力注漿成型工藝是在傳統(tǒng)注漿成型工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。石英陶瓷料漿與傳統(tǒng)料漿相比具有流動性差、觸變形強(qiáng)等特點(diǎn)，因而在成型大件、厚實(shí)制品時氣泡不易排除，易造成制品內(nèi)部存在缺陷;另外，長時間吸漿還易造成顆粒偏析而使坯體密度和結(jié)構(gòu)不均勻。

　　振動壓力注漿成型工藝是在傳統(tǒng)注漿成型工藝基礎(chǔ)上引入振動裝置，通過使料漿發(fā)生振動作用來加速料漿中氣泡的排除，同時料漿的振動還可使石英陶瓷顆粒發(fā)生重排，達(dá)到緊密堆積的效果，從而顯著提高坯體密度。目前振動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(yīng)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(tǒng)的注漿成型工藝與有機(jī)化學(xué)理論相結(jié)合，通過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(jī)單體發(fā)生聚合反應(yīng)形成大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使模具內(nèi)的料漿發(fā)生快速原位凝固，形成機(jī)械強(qiáng)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(jié)構(gòu)和密度均勻，坯體的強(qiáng)度高，因而能夠制作復(fù)雜形狀的陶瓷部件。該工藝的另外一大優(yōu)勢是所需設(shè)備簡單，投資很少。

　　燒結(jié)方面，陶瓷生產(chǎn)中的燒結(jié)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(jié)，即在常壓下，石英陶瓷坯體在高溫的作用下通過介質(zhì)擴(kuò)散形成致密體。

　　其他熔融石英陶瓷制品

　　但在高溫?zé)Y(jié)過程中，亞穩(wěn)態(tài)的熔融石英中會析出晶態(tài)的β方石英晶體，在隨之的冷卻過程中發(fā)生β相方石英到α相方石英的二級相變，帶來月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(shù)的差異，而且相變帶來的體積效應(yīng)使得石英材料內(nèi)部產(chǎn)生一定的局部應(yīng)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(dǎo)致燒結(jié)過程裂紋的產(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(yán)重限制了石英陶瓷的高溫使用性能。

　　因此石英陶瓷在燒結(jié)過程中的關(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，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，減少小顆粒的粉體的比例具有重要的研究意義。