一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及石英坩堝的制造方法，特別涉及一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方 法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 多晶硅鑄錠以石英坩堝為容器，先后經(jīng)過(guò)加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火、冷卻等工序。目 前多晶硅純度大于6N (99. 9999wt%)而普通石英坩堝的純度不足3N (99. 9wt%)，雖然鑄錠 時(shí)有氮化硅涂層隔離，但仍有大量雜質(zhì)滲透到硅錠里，尤其Fe等金屬對(duì)硅錠品質(zhì)有嚴(yán)重影 響，導(dǎo)致少子壽命偏低，在少子壽命掃描圖像中呈現(xiàn)紅色，稱之為紅區(qū)。以至于在硅錠靠近 坩堝四個(gè)拐角處的小方錠(A區(qū))及靠近正側(cè)面的小硅錠（B區(qū)）的光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于中心 部位（C區(qū))，使整錠的轉(zhuǎn)會(huì)效率大大降低，成為制約多晶硅電池發(fā)展的瓶頸，降低甚至消除 i甘禍對(duì)娃徒的污染是提尚多晶娃電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵一環(huán)。市場(chǎng)上的尚純石英砂純度多為 4. 5N，且價(jià)格不菲，6N以上的高純石英砂每公斤數(shù)百甚至上千元，做成整體高純坩堝成本太 無(wú)法承受。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方法，突 破超高純石英原料的瓶頸，生產(chǎn)超高純石英坩堝，增加附著力，并且穩(wěn)定性更高，堅(jiān)固耐用， 強(qiáng)度更高，更加有效的阻止雜質(zhì)進(jìn)入鑄錠中，徹底消除側(cè)面紅區(qū)、減少底部紅區(qū)，提高轉(zhuǎn)換 效率，有效降低使用成本。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方法，其 中，其制備過(guò)程為： 第①步，選擇普通石英坩堝(純度小于3N)，用磨光機(jī)磨光，使用超純水沖洗，并將沖洗 后的坩堝放入濃度為10-20%的混合溶液中浸泡10-20小時(shí)； 第②步，將硅酮、環(huán)氧樹脂、大豆卵磷脂、聚丙烯酸、甲殼胺、聚苯乙烯，以 0. 5-1:1-2:0. 1-1 :0. 3-0. 5:0. 1-0. 3 :0. 2-0. 5的質(zhì)量配比混合，并將混合物與超純水以 1:0. 2-0. 3的比例攪拌30分鐘-1小時(shí)均勻秤配料，使用毛刷將配料涂抹在第①步得到的坩 堝內(nèi)表面，厚度約為0. l-〇. 8mm，備用； 第③步，選擇不同粒徑的高純硅粉，加入相對(duì)于高純硅粉質(zhì)量的〇. 5-1. 5倍量的超純 水混合得到高純硅粉料漿，加入0. 002-0. 03倍量的酸溶液，浸泡0. 5 -144小時(shí)，真空烘干 后的尚純娃粉待用； 第④步，烘干后的高純硅粉與超純水、硅溶膠質(zhì)量配比按1:1~4:1~2混合，加入 0. 001-0. lwt%的有機(jī)分散劑，充分?jǐn)嚢?-10小時(shí)后靜置2~24小時(shí)得到料漿； 第⑤步，采用噴涂、涂刷、滾涂、流延等方式將第④步得到的所述料漿均勻復(fù)合在②步 得到的普通石英坩堝的內(nèi)表面，復(fù)合層厚度為0. l_2mm，并于50-120°C干燥；此處可以使用 噴涂、涂刷、滾涂或者流延的方式都可以。
[0008] 第⑥步，將步驟⑤所得到的坩堝放入電窯里燒結(jié)，并保持充分的氧化氣氛，燒成制 度依次進(jìn)行如下：1~5小時(shí)25-200度，3~10小時(shí)200-600度，5~10小時(shí)600-900度，2~8小 時(shí)900-1100度，3~5小時(shí)1100-1200度，隨后自然冷卻至室溫； 第⑦步，燒成好的高純坩堝用超純水清洗，用微波干燥后包裝待用。
[0009] 其中，第③步中的所述高純硅粉的純度大于6N，所述高純硅粉中各組分的重量份 數(shù)比為：D50為20~30 μ m的30-40重量份，D50為10-20 μ m的10-15重量份，D50小于10 μ m 的45-60重量份。
[0010] 其中，第③步中的所述高純硅粉中各組分的重量份數(shù)比為：D50為30 μL?的30重 量份，D50為15 μ m的10重量份，D50為5 μ m的60重量份。
[0011] 其中，第③步中的所述高純硅粉中各組分的重量份數(shù)比為：D50為25 ym的35重 量份，D50為20 μ m的15重量份，D50為8 μ m的50重量份。
[0012] 其中，所述第①步中的所述混合溶液為NaF、鹽酸、1，4-二氧六環(huán)、過(guò)氧化氫的混 合溶液，其質(zhì)量配比為：1-1. 5:1-2:0. 3-0. 5:0. 2-1。
[0013] 其中，第②步中，將硅酮、環(huán)氧樹脂、大豆卵磷脂、聚丙烯酸、甲殼胺、聚苯乙烯，以 0. 8:1:0. 5 :0. 5:0. 2 :0. 5 的質(zhì)量配比混合。
[0014] 其中，所述第④步中的有機(jī)分散劑組分為乳酸、油酸酰、乙二醇，其質(zhì)量比為1-2 : 0.5-1:3-4〇
[0015] 其中，第③步中所述酸溶液為濃度0. 5-10wt%的氫氟酸；或者為0. 5-10wt%的氫氟 酸、鹽酸的混合酸，其質(zhì)量比為1:0. 1-1. 5 ;或者為0. 5-lOwt%的氫氟酸、鹽酸、硝酸的混合 酸，其質(zhì)量比為：1-1. 5:2-3:2-2. 5。
[0016] 其中，第①至⑦步的制備過(guò)程，防塵、防風(fēng)、無(wú)污染。
[0017] 本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是：本發(fā)明以高純硅(純度大于6N)為原料，經(jīng)過(guò)一系列處 理過(guò)程后復(fù)合在進(jìn)過(guò)處理過(guò)的普通石英坩堝內(nèi)表面，普通石英坩堝經(jīng)過(guò)溶液處理，去除雜 質(zhì)，提高后期料漿的附著均勻度，并且通過(guò)一系列的添加劑處理，使得穩(wěn)定性更高，強(qiáng)度更 高，在坩堝內(nèi)表面形成一層致密、超高純的石英復(fù)合層，生產(chǎn)出超高純石英坩堝，增加附著 力，并且穩(wěn)定性更高，堅(jiān)固耐用，強(qiáng)度更高，更加有效的阻止雜質(zhì)進(jìn)入鑄錠中，從而消除坩堝 雜質(zhì)對(duì)鑄錠的影響，不但實(shí)現(xiàn)了側(cè)面零紅區(qū)、硅錠A、B區(qū)轉(zhuǎn)換效率提高，從而接近C區(qū)，而且 底部紅區(qū)同比減少約17_，硅錠的良率提高約5%。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019] 針對(duì)上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方法，突 破超高純石英原料的瓶頸，生產(chǎn)超高純石英坩堝的制備方法，增加附著力，并且穩(wěn)定性更 高，堅(jiān)固耐用，強(qiáng)度更高，更加有效的阻止雜質(zhì)進(jìn)入鑄錠中，徹底消除側(cè)面紅區(qū)、減少底部紅 區(qū)，提高轉(zhuǎn)換效率，有效降低使用成本。
[0020] 本發(fā)明提供了一種超高純石英陶瓷坩堝的制備方法，其制備過(guò)程為： 第①步，選擇普通石英坩堝(純度小于3N)，用磨光機(jī)磨光，使用超純水沖洗，并將沖洗 后的坩堝放入濃度為10-20%的混合溶液中浸泡10-20小時(shí)； 第②步，將硅酮、環(huán)氧樹脂、大豆卵磷脂、聚丙烯酸、甲殼胺、聚苯乙烯，以 0. 5-1:1-2:0. 1-1 :0. 3-0. 5:0. 1-0. 3 :0. 2-0. 5 的質(zhì)量配比混合，并與超純水以 1:0. 2-0. 3 的比例攪拌30分鐘-1小時(shí)均勻成配料，使用毛刷將所述配料涂抹在第①步得到的坩堝內(nèi) 表面，厚度約為0. 1-0. 8mm，備用； 第③步，選擇不同粒徑的高純硅粉，加入相對(duì)于高純硅粉質(zhì)量的〇. 5-1. 5倍量的超純 水混合得到高純硅粉料漿，加入0. 002-0. 03倍量的酸溶液，浸泡0. 5 -144小時(shí)，真空烘干 后的尚純娃粉待用； 第④步，烘干后的高純硅粉與超純水、硅溶膠質(zhì)量配比按1:1~4:1~2混合，加入 0. 001-0. lwt%的有機(jī)分散劑，充分?jǐn)嚢?-10小時(shí)后靜置2~24小時(shí)得到料漿； 第⑤步，采用噴涂、涂刷、滾涂或流延等方式將第④步得到的所述料漿均勻復(fù)合在②步 得到的普通石英坩堝的內(nèi)表面，復(fù)合層厚度為0. l_2mm，并于50-120°C干燥； 第⑥步，將步驟⑤所得到的坩堝放入電窯里燒結(jié)，并保持充分的氧化氣氛，燒成制度依 次進(jìn)行如下：1~5小時(shí)25-200度，3~10小時(shí)200-600度，5~10小時(shí)600-900度，2~8小時(shí) 900-1100度，3~5小時(shí)1100-1200度，隨后自然冷卻至室溫； 第⑦步，燒成好的高純坩堝用超純水清洗，用微波干燥后包裝待用。
[0021] 其中，第③步中的所述高純硅粉的純度大于6N，所述高純硅粉中各組分的重量份 數(shù)比為：D50為20~30 μ m的30-40重量份，D50為10-20 μ m的10-15重量份，D50小于10 μ m 的45-60重量份。
[0022] 其中，第③步中的所述高純硅粉中各組分的重量份數(shù)比為：D50為30 μπι的30重 量份，D50為15 μ m的10重量份，D50為5 μ m的60重量份。
[0023] 其中，第③步中的所述高純硅粉中各組分的重量份數(shù)比為：D50為25 μπι的35重 量份，D50為20 μ m的15重量份，D50為8 μ m的50重量份。
[0024] 其中，所述第①步中的所述混合溶液為NaF、鹽酸、1，4-二氧六環(huán)、過(guò)氧化氫的混 合溶液，其質(zhì)量配比為：1-1. 5:1-2:0. 3-0. 5:0. 2-1。
[0025] 其中，第②步中，將硅酮、環(huán)氧樹脂、大豆卵磷脂、聚丙烯酸、甲殼胺、聚苯乙烯，以 0. 8:1:0. 5 :0. 5:0. 2 :0. 5 的質(zhì)量配比混合。
[0026] 其中，所述第④步中的有機(jī)分散劑組分為乳酸、油酸酰、乙二醇，其質(zhì)量比為1-2 : 0.5-1:3-4〇
[0027] 其中，第③步中所述酸溶液為濃度0. 5-10wt%的氫氟酸；或者為0. 5-10wt%的氫氟 酸、鹽酸的混合酸，其質(zhì)量比為1:0. 1-1. 5 ;或者為0. 5-lOwt%的氫氟酸、鹽酸、硝酸的混合 酸，其質(zhì)量比為：1-1. 5:2-3:2-2. 5。
[0028] 其中，第①至⑦步的制備過(guò)程，防塵、防風(fēng)、無(wú)污染。
[0029] 下面列舉實(shí)施例進(jìn)行陳述： 實(shí)施例1超高純石英陶瓷坩堝1 制備過(guò)程為： 第①步，選擇普通石英坩堝(純度小于3N)，用磨光機(jī)磨光，使用超純水沖洗，并將沖洗 后的謝堝放入濃度為15%的混合溶液，混合溶液為NaF、鹽酸、1，4-二氧六環(huán)、過(guò)氧化氫的混 合溶液，其質(zhì)量配比為：1:1:0.4:0. 5,浸泡15小時(shí)； 第②步，將硅酮、環(huán)氧樹脂、大豆卵磷脂、聚丙烯酸、甲殼胺、聚苯乙烯，以1:1:0. 1 : 0. 3:0. 1 :0. 4的質(zhì)量配比混合，并與超純水以1:0. 2的比例攪拌30分鐘均勻，使用毛刷將 所述混合物涂抹在第①步得到的坩堝內(nèi)表面，厚度約為〇. 5mm，備用； 第③步，選擇不同粒徑的高純硅粉，高純硅粉的純度大于6N，高純硅粉中各組分的重量 份數(shù)比為：D50為25 μ m的700g，D50為15 μ m的280g，D50為6 μ m的900g，加入相對(duì)于高 純硅粉質(zhì)量的2500g超純水混合得到高純硅粉料漿，加入IOg酸溶液，其中，酸溶液為濃度 0. 5wt%的氫氟酸，浸泡20小時(shí)，真空烘干后的高純硅粉待用； 第④步，烘干后的高純硅粉l〇〇〇g，超純水1500g、硅溶膠1500g混合，加入Ig有機(jī)分散 劑，其中，有機(jī)分散劑組分為乳酸、油酸酰、乙二醇，其質(zhì)量比為1 :〇. 5:3,充分?jǐn)嚢?小時(shí)后 靜置10小時(shí)得到料漿； 第⑤步