電弧法生產(chǎn)石英坩堝技術(shù)

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1、電弧法生產(chǎn)石英坩堝坩堝制造機(jī)結(jié)構(gòu)圖一、用途：電弧法生產(chǎn)的石英坩堝主要用于：1）單晶硅的拉制；2）彩色熒光粉的燒結(jié)容器；3）顏色玻璃融制用耐火坩堝。目前，全球的硅單晶生產(chǎn)均采用電弧坩堝。工藝流程：項(xiàng)目生產(chǎn)產(chǎn)品為石英圓坩堝，主要工藝步驟為模具加料、坩堝熔制爐熔制、成品出爐、尺寸檢驗(yàn)、酸洗、水洗、超聲清洗、涂鋇、包裝入庫。加料部分模具廢渣回收封裝入庫成品出爐噴砂切割分離酸洗水洗酸霧廢水超聲清洗氫氟酸抽真空熔制尺寸檢驗(yàn)石英砂涂鋇粉塵石英渣檢驗(yàn)循環(huán)使用粉塵烘干電加熱烘干廢氣（水蒸氣）廢水池石灰乳氟化鈣鋼線廠廢水處理站園區(qū)廢水處理廠吸附塔石灰

2、乳氟化鈣工藝流程圖①加料：在石墨模具中加入所需重量石英砂，將模具導(dǎo)入熔制爐內(nèi)；②熔制階段：先抽真空，然后通過3根石墨電極起電弧，熔制階段溫度約1700攝氏度。抽真空帶出部分石英砂粉塵，需收集處理。③成品出爐：經(jīng)過30~40分鐘的熔制階段后，將電弧關(guān)閉，模具退出熔制爐；尺寸檢驗(yàn)：使用卡鉗及卡尺檢驗(yàn)尺寸大小，合格產(chǎn)品進(jìn)入下一步工序；④噴砂：用噴槍將石英砂噴在坩堝表面，用來去除表面的附著物，噴出的砂由除塵器收集后重復(fù)使用，人工操作，設(shè)置專門噴房；⑤切割：坩堝熔制完畢后，模具帶著坩堝退出熔制爐，由工人用錘子輕輕敲打模具外表面，使坩堝脫離模

3、具，石墨模具重復(fù)使用。一般使用壽命為十幾爐。當(dāng)石墨模具出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫或變形時(shí)作報(bào)廢處理；⑥檢驗(yàn)：人工檢驗(yàn)坩堝尺寸等規(guī)格；⑦清洗：先酸洗，將坩堝沒入（6~8%）HF酸洗槽內(nèi)洗，然后取出沒入清水中水洗，然后進(jìn)行高壓清洗及超聲波清洗，去除表面殘余離子；⑧涂鋇：將氫氧化鋇粉末溶于水，坩堝放入涂鋇機(jī)內(nèi)，氫氧化鋇均勻噴涂于坩堝內(nèi)表面。氫氧化鋇極易與空氣中的CO2反應(yīng)生BaCO3，坩堝表面的涂層即為BaCO3。Ba(OH)2、BaCO3均很穩(wěn)定，涂鋇過程中無Ba離子產(chǎn)生，但Ba(OH)2溶液，BaCO3i沉淀都是對人體有危害的劇毒物質(zhì)，操作過程需

4、作好防護(hù)。⑨包裝入庫：使用紙箱包裝，叉車將坩堝送入倉庫。二、使用要求：坩堝的軟化點(diǎn)，使用過程中的析晶點(diǎn)，內(nèi)層氣泡提出了更高的要求。并同時(shí)運(yùn)用多項(xiàng)專利技術(shù)：、（1）用Ba（OH）2內(nèi)涂層的辦法解決使用過程中的析晶點(diǎn)問題；（2）用Ba（OH）2外涂層的辦法解決使用過程中的軟化變形問題；（3）用真空法，并提高抽氣速率來解決內(nèi)層氣泡問題。（4）用二次高溫?zé)戏ń鉀Q氣泡問題，用向起弧中的石墨棒吹氣的方法解決坩堝內(nèi)壁的白色附著物問題。三、生產(chǎn)原理：（1）毛坯的生產(chǎn)：將高純石英粉裝入可任意傾動(dòng)角度的旋轉(zhuǎn)成型模內(nèi)（在金屬水冷套內(nèi)插入石墨模具），利

5、用離心力作用和成型棒手工成型，將已成坩堝形的旋轉(zhuǎn)裝置回轉(zhuǎn)到電極棒處，然后將電極起弧并插入已成型的粉料腔內(nèi)，使用其快速熔化成坩堝形狀的熔融石英，經(jīng)冷卻后取出，即完成一個(gè)石英坩堝的毛坯生產(chǎn)。（2）制品成型：電極起弧插入已成型的石英粉料腔內(nèi)，可以手動(dòng)或自動(dòng)升降電極，以保證坩堝上下部的均勻熔化和電極燒蝕后的補(bǔ)償，從而制造出穩(wěn)定形狀的制品。旋轉(zhuǎn)成型和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是將兩個(gè)金屬水冷套（內(nèi)放石墨模）安放在一個(gè)大的回轉(zhuǎn)盤上，已達(dá)到一個(gè)處在熔化過程中，另一個(gè)進(jìn)行成型操作，從而可提高生產(chǎn)效率一倍。如果采用多孔石墨，并施以真空，則可以生產(chǎn)出內(nèi)層透明外層不透明

6、的國際通用規(guī)格的高質(zhì)量坩堝。四、工藝參數(shù)的確定1、起弧電壓和電流電極間電壓的大小決定了弧長或電極間距，這種間距有一個(gè)最佳值。（1）弧太長時(shí)，由于SIO2蒸氣等氣體阻隔，將易斷弧，此時(shí)電極響聲大，震動(dòng)大，易掉渣；（2）弧太短時(shí)，電極燒失嚴(yán)重，產(chǎn)生黑煙，溫度也低。因此，起弧電壓很重要，線電壓要大于180V才易氣弧，起弧后相電壓應(yīng)維持在140~150V之間。2、電弧電流和電極直徑（需要確定是的公式的單位？？）優(yōu)質(zhì)電極所允許的最大電流密度一般按0.8~0.9A/mm2，以此可以計(jì)算出所需電弧電流。目前電極棒直徑的確定是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出

7、，亦可根據(jù)確定了的電流，按公式D=1.08I-2來確定電極直徑。離心成型的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速低時(shí)，粉料不能靠離心力附于石墨模成型；轉(zhuǎn)速太高時(shí)，則坩堝底部在離心力下甩向周邊，造成底部偏薄。比較實(shí)用的計(jì)算公式：R=A/Di-2R—轉(zhuǎn)速；A—常數(shù)；Di—粉料成型內(nèi)徑。3、熔制時(shí)間的確定主要是由經(jīng)驗(yàn)得出，8~20in（1in=2.54cm）坩堝可以遵循下列直線公式。t=AD+Bt—熔制所需時(shí)間；A,B—實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)；D—坩堝直徑。五、真空制度的確定要在粉料開始熔化前即施以強(qiáng)有力的真空、大的抽氣速率及不低于1.33Pa的真空度是保證高透明度的前提，

8、抽真空時(shí)間要視對透明層的厚度要求，一般在3~5min即可。成型棒尺寸的確定通常將成型棒外徑設(shè)定為3δ（δ系坩堝壁厚），精密的計(jì)算是基于石英粉料的堆積密度得出的，UNIMIN公司的石英粉的堆積密度為1.46，國產(chǎn)80目針狀料的堆集密度為1.37。工藝