文档介绍：电弧法生产石英坩埚技术
电弧法生产石英坩埚
坩埚制造机结构图
一、用途:
电弧法生产的石英坩埚主要用于:1)单晶硅的拉制;2)彩色荧光粉的烧结容器;3)颜色玻璃融制用耐火坩埚。目前,全球的硅单晶生产均采用电弧坩埚。
工艺流程:项目生产产品为石英圆坩埚,主要工艺步骤为模具加料、坩埚熔制炉熔制、成品出炉、尺寸检验、酸洗、水
工艺流程图
①加料:在石墨模具中加入所需重量石英砂,将模具导入熔制炉内;
②熔制阶段:先抽真空,然后通过3根石墨电极起电弧,熔制阶段温度约1700摄氏度。抽真空带出部分石英砂粉尘,
需收集处理。
③成品出炉:经过30~40分钟的熔制阶段后,将电弧关闭,模具退出熔制炉;
尺寸检验:使用卡钳及卡尺检验尺寸大小,合格产品进入下一步工序;
④喷砂:用喷枪将石英砂喷在坩埚表面,用来去除表面的附着物,喷出的砂由除尘器收集后重复使用,人工操作,设臵
专门喷房;
⑤切割:坩埚熔制完毕后,模具带着坩埚退出熔制炉,由工人用锤子轻轻敲打模具外表面,使坩埚脱离模具,石墨模具
重复使用。一般使用寿命为十几炉。当石墨模具出现严重裂缝或变形时作报废处理;
⑥检验:人工检验坩埚尺寸等规格;
⑦清洗:先酸洗,将坩埚没入(6~8%)HF酸洗槽内洗,然后取出没入清水中水洗,然后进行高压清洗及超声波清洗,
去除表面残余离子;
⑧涂钡:将氢氧化钡粉末溶于水,坩埚放入涂钡机内,氢氧化钡均匀喷涂于坩埚内表面。氢氧化钡极易与空气中的CO2
反应生BaCO3, 坩埚表面的涂层即为BaCO3。 Ba(OH)2、BaCO3均很稳定,涂钡过程中无Ba离子产生,但Ba(OH)2溶液,BaCO3i沉淀都是对人体有危害的剧毒物质,操作过程需作好防护。
⑨包装入库:使用纸箱包装,叉车将坩埚送入仓库。
二、使用要求:
坩埚的软化点,使用过程中的析晶点,内层气泡提出了更高的要求。并同时运用多项专利技术:、
(1) 用Ba(OH)2内涂层的办法解决使用过程中的析晶点问题;
(2) 用Ba(OH)2外涂层的办法解决使用过程中的软化变形问题;
(3) 用真空法,并提高抽气速率来解决内层气泡问题。
(4) 用二次高温烧料法解决气泡问题,用向起弧中的石墨棒吹气的方法解决坩埚内壁的白色附着物问题。
三、生产原理:
(1) 毛坯的生产:将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转成型模内(在金属水冷套内插入石墨模具),利用离心力
作用和成型棒手工成型,将已成坩埚形的旋转装臵回转到电极棒处,然后将电极起弧并插入已成型的粉料腔内,使用其快速熔化成坩埚形状的熔融石英,经冷却后取出,即完成一个石英坩埚的毛坯生产。
(2) 制品成型:电极起弧插入已成型的石英粉料腔内,可以手动或自动升降电极,以保证坩埚上下部的均匀熔化和电
极烧蚀后的补偿,从而制造出稳定形状的制品。
旋转成型和回转机构是将两个金属水冷套(内放石墨模)安放在一个大的回转盘上,已达到一个处在熔化过程中,另一个进行成型操作,从而可提高生产效率一倍。
如果采用多孔石墨,并施以真空,则可以生产出内层透明外层不透明的国际通用规格的高质量坩埚。
四、工艺参数的确定
1、起弧电压和电流
电极间电压的大小决定了弧长或电极间距,这种间距有一个