电弧法生产石英坩埚技术.doc

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1、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、水洗、超声清洗、涂钡、包装入库。加料部分模具废渣回收封装入库成品出炉喷砂切割分离酸洗水洗酸雾废水超声清洗氢氟酸抽真空熔制尺寸检验石英砂涂钡粉尘石英渣检验循环使用粉尘烘干电加热烘干废气（水蒸气）废水池石灰乳氟化钙钢线厂废水处理站园区废水处理厂吸附塔石灰乳氟化钙工

2、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，设置专门喷房；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

3、。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

4、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

5、形的旋转装置回转到电极棒处，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、

6、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，这种间距有一个最佳值。（1）弧太长时，由于SIO2蒸气等气体阻隔，将易断弧，此时电极响声大，震动大，易掉渣；（2）弧太短时，电极烧失严重，产生黑烟，温度也低。因此，起弧电压很重要，线电压要大于180V才易气弧，起弧后相电压应维持在140~150V之间。2、电弧电流和电极直径（需要确定是的公式的单位？？）优质电极所允许的最大电流密度一般按0.8~0.9A/mm2，以此可以计算出所需电弧电流。目前电极棒直径的确定是根据生产实践经验得出，亦可根据确定了的电流，按公式D=1.08I-2来确定电极直

7、径。离心成型的转速。转速低时，粉料不能靠离心力附于石墨模成型；转速太高时，则坩埚底部在离心力下甩向周边，造成底部偏薄。比较实用的计算公式：R=A/Di-2R—转速；A—常数；Di—粉料成型内径。3、熔制时间的确定主要是由经验得出，8~20in（1in=2.54cm）坩埚可以遵循下列直线公式。t=AD+Bt—熔制所需时间；A,B—实验所得数据；D—坩埚直径。五、真空制度的确定要在粉料开始熔化前即施以强有力的真空、大的抽气速率及不低于1.33Pa的真空度是保证高透明度的前提，抽真空时间要视对透明层的厚度要求，一般在3~5min即可。成型棒尺寸的

8、确定通常将成型棒外径设定为3δ（δ系坩埚壁厚），精密的计算是基于石英粉料的堆积密度得出的，UNIMIN公司的石英粉的堆积密度为1.46，国产80目针状料的堆集密度为1.37。工艺