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首页 / 专利分类库 / 玻璃;矿棉或渣棉 / 一种石英坩埚及其生产方法

一种石英坩埚及其生产方法

申请号 CN202311824350.5 申请日 2023-12-27 公开(公告)号 CN117800575A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 宁夏鑫晶新材料科技有限公司; 发明人 吴伟华; 周勇; 方志远; 杨绍文;
摘要 本 发明 公开了一种 石英 坩埚 ,包括透明层和气泡层,气泡层套设于透明层的外部,且透明层和气泡层为高纯石英溶液填充并 固化 连接。因为透明层和气泡层为石英溶液填充连接,所以能够进行单独预制后再连接到一起,因为透明层和气泡层的生产所需的 真空 条件不同,所以在最适宜的真空条件下对透明层和气泡层进行分别预制,最后填充连接,能够使得透明层和气泡层的生产不受彼此生产真空条件的限制,从而提高了石英坩埚的生产 质量 。本发明还公开了一种石英坩埚生产方法。
权利要求

1.一种石英坩埚,其特征在于,包括透明层和气泡层,所述气泡层套设于所述透明层的外部,且所述透明层和所述气泡层为高纯石英溶液填充并固化连接。
2.如权利要求1所述的石英坩埚,其特征在于,所述透明层包括第一直壁部和第一弧底部,所述气泡层包括第二直壁部和第二弧底部,所述第一直壁部和所述第一弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第二直壁部和所述第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第一直壁部和所述第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第一弧底部和所述第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接。
3.如权利要求2所述的石英坩埚,其特征在于,所述第一弧底部还包括第一弧部和第一底部,所述第二弧底部还包括第二弧部和第二底部,所述第一弧部和所述第二弧部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第一弧部的顶部与所述第一直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第一弧部的底部与所述第一底部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第二弧部的顶部与所述第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,所述第二弧部的底部与所述第二底部为高纯石英溶液填充并固化连接。
4.如权利要求3所述的石英坩埚,其特征在于,所述高纯石英溶液为高温高纯石英溶液。
5.如权利要求1所述的石英坩埚,其特征在于,所述高纯石英溶液的Si O2含量大于等于
99.9%。
6.一种石英坩埚生产方法,其特征在于,包括:
真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的内层石英砂融化,得到透明层,所述负压条件为0≤真空度≥0.5MPa;
在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的外层石英砂融化,得到气泡层;
将高纯石英溶液填充至所述透明层和所述气泡层之间。
7.如权利要求6所述的石英坩埚生产方法,其特征在于,还包括:
真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部和第一弧底部;
在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部和第二弧底部;
将高纯石英溶液填充至第一直壁部和第一弧底部之间,形成透明层;
将高纯石英溶液填充至第二直壁部和第二弧底部之间,形成气泡层。
8.如权利要求7所述的石英坩埚生产方法,其特征在于,还包括:
真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部、第一弧部和第一底部;
在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于所述模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部、第二弧部和第二底部;
将高纯石英溶液填充至第一弧部和第一底部之间,形成第一弧底部;
将高纯石英溶液填充至第二弧部和第二底部之间,形成第二弧底部。
9.如权利要求7所述的石英坩埚生产方法,其特征在于,还包括:
打磨第一直壁部的底部和第一弧底部的顶部;
打磨第二直壁部的底部和第二弧底部的顶部。
10.如权利要求8所述的石英坩埚生产方法,其特征在于,还包括:
打磨第一弧部的顶部和底部,打磨第一直壁部的底部,打磨第一底部的顶部;
打磨第二弧部的顶部和底部,打磨第二直壁部的底部,打磨第二底部的顶部。

说明书全文

一种石英坩埚及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石英坩埚生产技术领域,尤其涉及一种石英坩埚及其生产方法。

背景技术

[0002] 石英坩埚是光伏行业制备太阳能电池片、发展大规模集成电路必不可少的基础材料,且该行业也正在向更大直径、更长寿命的石英坩埚制造方向发展。单晶石英坩埚的结构一般分为内层透明层以及外层气泡层。其中,坩埚透明层直接接触高纯硅液,需要表层气泡尽可能少;而气泡层的作用是均匀辐射来自加热器件的热量以及保温,需要气泡均匀分布且不会膨胀破裂。而目前,石英坩埚的两层结构是通过旋转模具真空法来控制的。
[0003] 现有技术中通常采用一次性成型法,制造出具有透明层及气泡层这样具有双层复合结构的石英坩埚,但此方法受到模具内模真空条件的大幅限制,不利于石英坩埚中单独透明层及气泡层的质量提升,而倾向于平衡石英坩埚中的透明层及气泡层质量,最终限制了石英坩埚的整体质量。
[0004] 现有技术还包括使用其他坩埚对石英坩埚进行嵌套组合的方法来实现石英坩埚的两层结构,此方法使用石墨胶、纤维绳等网兜结构对其他坩埚和石英坩埚进行连接,这种非一体式的组合坩埚结构非常不稳定,且易于引入石墨或有机物等杂质,存在污染硅液的潜在险。
[0005] 因此,如何提高石英坩埚的生产质量,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

[0006] 有鉴于此,本发明的第一个目的在于提供一种石英坩埚,以提高石英坩埚的生产质量;
[0007] 本发明的第二个目的在于提供一种石英坩埚生产方法。
[0008] 为了实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:
[0009] 一种石英坩埚,包括透明层和气泡层,气泡层套设于透明层的外部,且透明层和气泡层为高纯石英溶液填充并固化连接。
[0010] 可选地,在上述的石英坩埚中,透明层包括第一直壁部和第一弧底部,气泡层包括第二直壁部和第二弧底部,第一直壁部和第一弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接,第二直壁部和第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一直壁部和第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧底部和第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接。
[0011] 可选地,在上述的石英坩埚中,第一弧底部还包括第一弧部和第一底部,第二弧底部还包括第二弧部和第二底部,第一弧部和第二弧部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧部的顶部与第一直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧部的底部与第一底部为高纯石英溶液填充并固化连接,第二弧部的顶部与第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,第二弧部的底部与第二底部为高纯石英溶液填充并固化连接。
[0012] 可选地,在上述的石英坩埚中,高纯石英溶液为高温高纯石英溶液。
[0013] 可选地,在上述的石英坩埚中,高纯石英溶液的Si O2含量大于等于99.9%。
[0014] 本发明提供的石英坩埚,因为透明层和气泡层为高纯石英溶液填充连接,所以能够进行单独预制后再连接到一起,因为透明层和气泡层的生产所需的真空条件不同,所以在最适宜的真空条件下对透明层和气泡层进行分别预制,最后填充连接,能够使得透明层和气泡层的生产不受彼此生产真空条件的限制,从而提高了石英坩埚的生产质量。
[0015] 为了实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:
[0016] 一种石英坩埚生产方法,包括:
[0017] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到透明层,负压条件为0≤真空度≥0.5MPa;
[0018] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到气泡层;
[0019] 将高纯石英溶液填充至透明层和气泡层之间。
[0020] 可选地,在上述的石英坩埚生产方法中,还包括:
[0021] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部和第一弧底部;
[0022] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部和第二弧底部;
[0023] 将高纯石英溶液填充至第一直壁部和第一弧底部之间,形成透明层;
[0024] 将高纯石英溶液填充至第二直壁部和第二弧底部之间,形成气泡层。
[0025] 可选地,在上述的石英坩埚生产方法中,还包括:
[0026] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部、第一弧部和第一底部;
[0027] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部、第二弧部和第二底部;
[0028] 将高纯石英溶液填充至第一弧部和第一底部之间,形成第一弧底部;
[0029] 将高纯石英溶液填充至第二弧部和第二底部之间,形成第二弧底部。
[0030] 可选地,在上述的石英坩埚生产方法中,还包括:
[0031] 打磨第一直壁部的底部和第一弧底部的顶部;
[0032] 打磨第二直壁部的底部和第二弧底部的顶部。
[0033] 可选地,在上述的石英坩埚生产方法中,还包括:
[0034] 打磨第一弧部的顶部和底部,打磨第一直壁部的底部,打磨第一底部的顶部;
[0035] 打磨第二弧部的顶部和底部,打磨第二直壁部的底部,打磨第二底部的顶部。
[0036] 本发明提供的石英坩埚生产方法,分两步分别生产透明层和气泡层,再将石英溶液填充至透明层和气泡层之间,形成双层复合结构的石英坩埚,能够提高透明层和气泡层的生产质量,从而提高石英坩埚的生产质量。
[0037] 需要说明的是,采用一次性成型法生产石英坩埚的过程中往往会因为真空条件的限制导致石英坩埚双层结构中的气泡分布不符合预期要求,如:①无法提供较高真空度。模具内模的高真空度有利于石英坩埚内层石英砂间隙中的空气排除,可实现石英坩埚内表面的低气泡,有利于透明层的生产,但高真空度可能会导致石英砂层产生形状变化以及使得透明层厚度难以控制,从而不利于控制石英坩埚气泡层的气泡含量及尺寸;②真空条件切换。石英坩埚的透明层和气泡层所需的真空条件截然不同,前期需要合适的真空度,后期则完全不需要真空,这样真空条件的切换有利于平衡透明层及气泡层的质量,但实际上大幅限制了石英坩埚单独两层的可调节性和质量上限。附图说明
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 图1为本发明实施例公开的透明层的整体结构图;
[0040] 图2为本发明实施例公开的气泡层的整体结构图;
[0041] 图3为本发明实施例公开的石英坩埚的整体结构图;
[0042] 图4为本发明实施例公开的一种实施例的石英坩埚结构图;
[0043] 图5为本发明实施例公开的另一种实施例的石英坩埚结构图;
[0044] 图6为本发明实施例公开的一种实施例的石英坩埚的生产方法图;
[0045] 图7为本发明实施例公开的另一种实施例的石英坩埚的生产方法图;
[0046] 其中:
[0047] 透明层100,第一直壁部101,第一弧底部102,第一弧部1021,第一底部1022,气泡层200。

具体实施方式

[0048] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出新颖性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0049] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作,因此不能理解为本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0050] 如图1‑图5所示,本发明公开的石英坩埚,包括透明层100和气泡层200,气泡层200套设于透明层100的外部,且透明层100和气泡层200为高纯石英溶液填充并固化连接。具体地,当透明层100和气泡层200采用高纯石英溶液填充连接前,透明层100和气泡层200为分体式设计,当透明层100和气泡层200采用高纯石英溶液填充连接后,透明层100和气泡层200共同形成具有双层复合结构的一体式石英坩埚。进一步地,操作人员可根据使用需要分别调节透明层100和气泡层200的尺寸,以满足不同的使用需求。本发明提供的石英坩埚,因为透明层100和气泡层200为高纯石英溶液填充连接,所以能够进行单独预制后再连接到一起,因为透明层100和气泡层200的生产所需的真空条件不同,所以在最适宜的真空条件下对透明层100和气泡层200进行分别预制,最后填充连接,能够使得透明层100和气泡层200的生产不受彼此生产真空条件的限制,从而提高了石英坩埚的生产质量。
[0051] 为了优化上述技术方案,透明层100包括第一直壁部101和第一弧底部102,气泡层200包括第二直壁部和第二弧底部,第一直壁部101和第一弧底部102为高纯石英溶液填充并固化连接,第二直壁部和第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一直壁部101和第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧底部102和第二弧底部为高纯石英溶液填充并固化连接。具体地,第一直壁部101、第一弧底部102、第二直壁部和第二弧底部可以分别单独成型,再依次连接,形成完整的透明层100和气泡层200,再将透明层100和气泡层200通过高纯石英溶液填充连接,形成完整的石英坩埚。具体地,将透明层100和气泡层
200均分为两部分单独生产,能够使得其生产不受石英坩埚生产设备的型号限制和模具的尺寸限制,即打破了大尺寸石英坩埚制造所需设备及工艺的限制,且可以较灵活地实现石英坩埚的制造及拼接,大幅降低了设备、工艺、地域、时间等技术条件的限制,同时保证了石英坩埚的生产质量。
[0052] 为了优化上述技术方案,第一弧底部102还包括第一弧部1021和第一底部1022,第二弧底部还包括第二弧部和第二底部,第一弧部1021和第二弧部为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧部1021的顶部与第一直壁部101为高纯石英溶液填充并固化连接,第一弧部1021的底部与第一底部1022为高纯石英溶液填充并固化连接,第二弧部的顶部与第二直壁部为高纯石英溶液填充并固化连接,第二弧部的底部与第二底部为高纯石英溶液填充并固化连接。具体地,第一直壁部101、第一弧部1021、第一底部1022、第二直壁部、第二弧部和第二底部可以分别单独成型,再依次连接,形成完整的透明层100和气泡层200,再将透明层
100和气泡层200通过高纯石英溶液填充连接,形成完整的石英坩埚。具体地,通过进一步分段预制生产石英坩埚所需的结构,即先制造出小型石英坩埚预制件(第一直壁部101、第一弧部1021、第一底部1022、第二直壁部、第二弧部和第二底部),再进行同比例拼接,从而成型完整的石英坩埚,能够进一步解除生产大型石英坩埚所必需的大型生产设备的需要,从而降低了石英坩埚的生产难度,提高了石英坩埚的生产效率,同时能够保证石英坩埚的生产质量。
[0053] 为了优化上述技术方案,石英溶液为高温高纯石英溶液。具体地,高温高纯石英溶液能够有效地将小型石英坩埚预制件(第一直壁部101、第一弧部1021、第一底部1022、第二直壁部、第二弧部和第二底部)连接在一起,在不掺入杂质的前提下形成完整的石英坩埚,从而提高了石英坩埚的生产质量,同时高温高纯石英溶液在冷却后成为固态,能够强化固定连接的效果。
[0054] 为了优化上述技术方案,高纯石英溶液的Si O2含量大于等于99.9%。具体地,使用高纯的石英溶液(Si O2≥99.9%),能够避免掺入杂质,从而提高石英坩埚的生产质量。
[0055] 如图6‑图7所示,本发明公开的石英坩埚生产方法,包括:
[0056] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到透明层100,负压条件为0≤真空度≥0.5MPa;
[0057] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到气泡层200;
[0058] 将高纯石英溶液填充至透明层100和气泡层200之间。
[0059] 具体地,为了得到气泡含量更少的石英坩埚透明层100,操作人员所使用的负压条件可以超过制造一体式石英坩埚的负压条件,即使得真空度≥0.5MPa。
[0060] 具体地,将模具内膜进行抽真空操作,大幅降低模具内部的石英砂颗粒间的空隙并增加其堆积密度以排除空气,直到内层石英砂在电弧热量的作用下形成石英坩埚的透明层100。
[0061] 具体地,在空气或微负压条件下,外层石英砂颗粒间隙被空气填充,使得外层石英砂与空气在电弧热量的作用下形成石英坩埚的气泡层200。
[0062] 具体地,将上述分别生产的透明层100和气泡层200之间填充高纯石英溶液,形成具有双层结构的石英坩埚。先单独制造出高质量的石英坩埚的透明层100及气泡层200,摆脱了模具内模真空条件的限制,从而提高了石英坩埚的生产质量。
[0063] 为了优化上述技术方案,还包括:
[0064] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部101和第一弧底部102;
[0065] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部和第二弧底部;
[0066] 将高纯石英溶液填充至第一直壁部101和第一弧底部102之间,形成透明层100;
[0067] 将高纯石英溶液填充至第二直壁部和第二弧底部之间,形成气泡层200。
[0068] 具体地,通过石英溶液进行透明层100和气泡层200的连接,从而形成完整的石英坩埚,通过高纯石英溶液进行第一直壁部101和第一弧底部102、第二直壁部和第二弧底部的连接,从而形成完整的透明层100和气泡层200,每次连接均使用高温高纯的石英溶液,能够避免掺入杂质,从而提高石英坩埚的生产质量。
[0069] 为了优化上述技术方案,还包括:
[0070] 真空条件或者负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的内层石英砂融化,得到第一直壁部101、第一弧部1021和第一底部1022;
[0071] 在空气或微负压条件下,使用电弧放热使布置于模具内部的外层石英砂融化,得到第二直壁部、第二弧部和第二底部;
[0072] 将高纯石英溶液填充至第一弧部1021和第一底部1022之间,形成第一弧底部102;
[0073] 将高纯石英溶液填充至第二弧部和第二底部之间,形成第二弧底部。
[0074] 具体地,根据实际使用需要,操作人员可将第一直壁部101、第二直壁部、第一弧底部102和第二弧底部分为多段进行分开生产,再使用高温高纯的石英溶液将其依次连接,形成完整的透明层100和气泡层200,再使用高温高纯的石英溶液对透明层100和气泡层200之间进行填充,形成完整的石英坩埚,提高了石英坩埚的生产效率。
[0075] 为了优化上述技术方案,还包括:
[0076] 打磨第一直壁部101的底部和第一弧底部102的顶部;
[0077] 打磨第二直壁部的底部和第二弧底部的顶部。
[0078] 为了优化上述技术方案,还包括:
[0079] 打磨第一弧部1021的顶部和底部,打磨第一直壁部101的底部,打磨第一底部1022的顶部;
[0080] 打磨第二弧部的顶部和底部,打磨第二直壁部的底部,打磨第二底部的顶部。
[0081] 具体地,在使用石高纯英溶液连接第一直壁部101和第一弧底部102、第二直壁部和第二弧底部、第一直壁部101和第一弧部1021、第一弧部1021和第一底部1022、第二直壁部和第二弧部、第二弧部和第二底部之前,先对其连接处进行打磨,能够提高其连接的稳定性,进一步提高石英坩埚的生产质量。
[0082] 本发明提供的石英坩埚生产方法,分两步分别生产透明层100和气泡层200,再将高纯石英溶液填充至透明层100和气泡层200之间,形成双层复合结构的石英坩埚,能够提高透明层100和气泡层200的生产质量,从而提高石英坩埚的生产质量。
[0083] 需要说明的是,本发明提供的石英坩埚及其生产方法可用于石英坩埚生产技术领域或其他领域。其他领域为除石英坩埚生产技术领域之外的任意领域。上述仅为示例,并不对本发明提供的石英坩埚及其生产方法的应用领域进行限定。
[0084] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0085] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0086] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0087] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。