[發明專利]石英玻璃坩堝及其制造方法

有效

• 申請號: 00804068.0
• 申請日: 2000-12-14
• 公開（公告）號: CN1341080A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發明（設計）人: W·維德克;J·萊斯特
• 申請（專利權）人: 赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司
• 主分類號: C03B19/09
• 分類號: C03B19/09;C30B15/10;C30B35/00;C03C3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,譚明勝

本發明涉及一種石英玻璃坩堝，該坩堝帶有一圍繞旋轉軸的對稱的不透明石英玻璃坩堝體，其外區為不透明石英玻璃，外區徑向向內向透明石英玻璃的內區過濾，透明石英玻璃的密度至少為2.15g/cm³。

其次，本發明涉及一種石英玻璃坩堝的制造方法：通過制造一種能圍繞旋轉軸旋轉的并具有一內壁的模具；將SiO₂顆粒放入模具中并在模具的內壁上形成顆粒層；并在模具旋轉下從內向外加熱顆粒層，并形成帶不透明外區的玻璃化坩堝體。

一種類型的石英玻璃坩堝在DE-A144?40?104已有報導。已知的石英玻璃坩堝由有不透明外區的坩堝基體構成，外區徑向向內向平滑的、耐磨的，致密的內區過濾。內區的厚度在1-2mm范圍內，其密度至少為2.15g/cm³。石英玻璃坩堝按照滑泥澆鑄方法制造。為此，石英玻璃在加水的條件下破碎為粒度在70μm以下的粉末狀物料。在這種情況下將得到的滑泥澆濤到石英玻璃坩堝的石膏陰模中，干燥后得到的坩堝坯在1350℃-1450℃溫度下燒結。燒結之后不透明的和多孔的坩堝基體的選定表面部位進一步在1650℃-2200℃范圍下進行溫度處理，使多孔的不透明的基體材料轉化為透明的石英玻璃，其密度至少為2.15g/cm³。按這種方式坩堝基體得到所提及的不透明外區，外區徑向向內向平滑的、耐磨的和致密的內區過濾。

前言所提及那種方法在DE-C197?10?672中已有報導。其中用于拉伸硅-單晶的石英玻璃坩堝的制造是按照Czrochralski-方法根據所謂的“撒入過程”進行敘述的。首先在旋轉熔模的內壁形成一層由天然石英顆粒構成的顆粒層，并在形成不透明的基體條件下玻璃化。為了生成透明的平滑內層，將合成的石英粉撒入熔模中，石英粉在基體的內壁上沉積并藉助電弧使其熔化為致密透明的內層。因此，這樣制得的石英玻璃坩堝由不透明的基體和透明致密的內層組成，內層構成石英玻璃坩堝的內表面。構成內層的原材料與構成基體的原材料不同。在單獨的工序中形成的內層的作用特別是在于防止雜質從基體遷移至內表面。

前言中敘述的石英玻璃坩堝，由于其雜質含量不適于要求高純度的用途。透明內壁的制造要求費用高昂的附加溫度處理。不透光的外區實質上不透過可見光譜區的光，但對于紅外光譜區(下文稱為IR-區)的光則是基本透明的。IR-區的射線損失在坩堝壁上時產生明顯的溫度梯度。但是通過提高坩堝內熔融物的溫度對射線損失的補償可能使坩堝壁變軟、變形，并導致壁下陷，從而使坩堝的壽命縮短。對具有大內容量的坩堝這種問題特別明顯，大容量坩堝的壽命通常比小坩堝長。

上述按照撒入過程制造石英玻璃坩堝的方法同樣要求用單獨的工序制造內層，因而費用亦是較高的。

本發明的目的在于制造一種石英玻璃坩堝，其特征在于高的純度和高的不透明度，即在IR-區的低的透射，而且還提出一種簡單的、費用合理的制造方法。

至于石英玻璃坩堝，該目的是通過引言中提及的本發明的坩堝達到的，即該坩堝體由合成石英顆粒制造，其比表面積(按BET)為0.5m²/g-40m²/g、搗實密度至少為0.8g/cm³，該顆粒由SiO₂-基粒的至少部分多孔的聚集體構成。

本發明的石英玻璃坩堝完全由合成制造的SiO₂組成。由于這種高純原料，石英玻璃坩堝總特征是純度高。勿需采取措施防止雜質從石英玻璃坩堝遷移到內含的熔融物中。

坩堝體包括由不透明石英玻璃外區和透明石英玻璃內區。外區和內區是相互連接的整體區域。即在外區和內區之間無任何明顯的確定的界面。

本發明的石英玻璃坩堝由合成SiO₂顆粒制成。通過相應的顆粒裝料的玻璃化得到不透明的外區和透明的內區。在玻璃化過程中，玻璃化鋒面從內向外轉移。顆粒中的開孔和孔道在此過程中將被封閉，氣體朝模內壁的方向排出。基于內區范圍內劇烈的溫度作用(較高的溫度和較長的加熱時間)，這類無孔的或這類少孔的內區具有的密度至少為2.15g/cm³。此密度接近透明石英玻璃的密度。因此內區的機械性質和化學性質相當于致密的透明石英玻璃，例如機構強度和硬度、抗腐蝕和抗化學侵蝕。