[發明專利]一種石英陶瓷坩堝的制造方法

在審

• 申請號: 201710162036.3
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107032771A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 鄒亞靜
• 申請（專利權）人: 鄒亞靜
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/636;B33Y40/00;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所11399
• 代理人: 朱健,陳國軍

技術領域

本發明涉及石英陶瓷技術領域，具體涉及一種石英陶瓷坩堝的制造方法。

背景技術

石英陶瓷又稱熔融石英陶瓷、石英玻璃陶瓷、石英玻璃燒結制品、熔融石英燒結制品,它是采用熔融石英或石英玻璃為原料,經粉碎、成形、燒成等一系列陶瓷工藝制備的制品,于20世紀60年代初最先由美國開發成功并投入批量生產。

石英陶瓷具有成本低、高溫荷重軟化溫度高、熱膨脹系數小、熱穩定性好、耐化學侵蝕性好、介電性高及電阻大等優良特性。石英陶瓷因具有極低的熱膨脹系數，其抗熱沖擊性能優異，同時具有優良的化學穩定性和極強的耐酸腐蝕性(除氫氟酸和熱硫酸之外不溶于其它酸)，因此石英坩堝廣泛應用于各種稀有金屬、貴金屬、特種玻璃等冶煉以及光伏行業的多晶硅鑄錠方面。尤其在多晶硅鑄錠所用的石英坩堝，因其尺寸大(1200*1200mm)，壁薄(約20mm)，制作難度較大。可以制成玻璃水平鋼化爐用石英陶瓷輥、浮法玻璃窯用閘板磚、浮法玻璃退火爐用空心輥、鑄鋼用水口、金屬帶材熱處理爐用空心輥、有色金屬冶煉用水口、塞棒、流槽、坩堝、焦爐爐門，以及上升管內襯、玻璃工業用料碗、勻料筒、攪拌棒、料盆、旋轉管、雷達天線罩等,廣泛應用于宇宙飛船、火箭、導彈、雷達、原子能、電子、鋼鐵、煉焦、有色金屬及玻璃等工業領域。

傳統制作石英陶瓷坩堝的工藝中，均用熔融石英塊料作為原料，在制作過程中也會產生不合格的廢品，而這些廢品不能再利用，只能廢棄，造成了資源的浪費。

關于多晶鑄錠用石英坩堝的成型方法，目前大都采用兩種工藝：注漿工藝和注凝工藝。注漿工藝屬于傳統工藝，它有如下特點：工藝成熟；結構不均勻；生坯強度低；密度較高；成品率低成本高。越來越無法滿足日趨發展的鑄錠工藝要求。注凝工藝是近幾年新興的工藝，它的特點是：生坯強度高；結構均勻；適合做大尺寸坩堝；但其密度低、工藝復雜、成本較高。隨著鑄錠工藝的提高對坩堝純度要求日益苛刻、坩堝成本的降低也不斷提出新的要求，注漿工藝和注凝工藝都無法一次成型高純復合坩堝、成本壓力也日益增大。因此，急需一種全新工藝來滿足坩堝工藝簡單、低成本、高純度、高密度、結構均勻的坩堝來滿足鑄錠市場不斷發展的需求。

此外傳統的石英陶瓷坩堝內表面不夠光滑，容易粘料，較難清潔，使用成本高。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術中存在的缺陷，提供一種工藝簡單、低成本、高純度、高密度、石英陶瓷坩堝內表面光滑、不容易粘料、易清潔結、構均勻的石英陶瓷坩堝制造方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種石英陶瓷坩堝的制造方法，所述制造方法包括如下工藝步驟：

S1：原料的選取，分別選用純度為：99.9％普通純度的熔融石英砂、99.995％高純度的熔融石英砂和99.9999％超高純度熔融石英砂中的一種、或兩種、或三種作為主要原料，每種純度的熔融石英砂分別按照不同粒度進行配置，其中每種粒度的熔融石英砂所占的質量百分比分別為：

2～0.5mm粒度的熔融石英砂所占的質量百分比為5％～35％；

0.5～0.1mm粒度的熔融石英砂所占的質量百分比為15％～40％；

0.1～0.09mm粒度的熔融石英砂所占的質量百分比為10％～35％；

小于0.09mm粒度的熔融石英砂所占的質量百分比為10％～35％；

S2：漿料制備，將步驟S1中配比的熔融石英砂均勻混合后加入10～30wt％的超純水和0.2～10wt％的粘結劑，然后在球磨機或攪拌機中充分混合制成料漿；

S3：生坯成型，將S2步驟中制得的漿料注入成型噴涂設備，通過調節噴涂壓力和噴槍移動速度調節每次噴涂的厚度，通過機械臂在模具內壁上進行循環噴涂，直至達到設定的壁厚，根據設定的純度要求，控制坩堝內壁層與外壁層的熔融石英砂純度，其中內壁層用高純度和/或超高純度的料漿噴涂，外壁層用普通純度的漿料噴涂，噴涂結束后將坩堝生坯從模具中取出；

S4：生坯干燥，將S3步驟中制成的坩堝生坯在40～150℃的溫度下干燥4～20小時；

S5：燒結，將S4步驟中得到的坩堝生坯放入燒結窯爐中，坩堝生坯在燒結窯爐中由常溫升溫至1100～1200℃，然后在1100～1200℃下保溫2～8小時。

為了提高坩堝內壁層的質量，同時又能降低坩堝的制造成本，優選的技術方案是，所述S3步驟中的成型噴涂設備分為外壁成型噴涂設備和內壁成型噴涂設備，外壁成型噴涂設備是注入漿料普通純度的熔融石英砂漿料的噴涂設備，內壁成型噴涂設備又分為注入高純度的熔融石英砂漿料的噴涂設備和注入的超高純度熔融石英砂漿料的噴涂設備。