熔融石英坩堝因其熱穩定性好、熱膨脹係數和導熱係數低、高溫下不與矽發生化學反應等優點，被廣泛用於多晶矽錠的生產。 此外，石英陶瓷還具有良好的介電強度，是良好的電絕緣體和光波反射器。 由於上述優異效能，熔融石英陶瓷自問世以來得到了迅速的推廣和應用，其應用領域涉及冶金、化工、電氣工程、航空航天等工業領域。
1.熔融石英坩堝簡介。
太陽能電池作為一種清潔能源，在世界範圍內受到廣泛關注。 如下圖1-1所示，多晶矽是工業化比例最高的材料，因為它的轉化效率和收率較高，對原材料的要求相對較低。
熔融石英坩堝是一種熔融石英陶瓷，廣泛應用於太陽能光伏行業的多晶矽錠技術，因為現在的多晶矽錠基本上是方形的，所以熔融石英坩堝常被稱為石英方形坩堝在多晶矽錠的工藝中，熔融石英坩堝的使用環境非常惡劣， 要承受1550°C的高溫，一次連續工作50h以上，因此石英坩堝所用的原料純度和各種效能較高，因此坩堝的生產工藝難度較大。是多產品矽生產過程中的關鍵耗材。目前市場上的主流產品有G5系列和G6系列，尺寸分別為883mmx883mmx420mm、480mm、1040mmx1040mmx500mm。 隨著光伏產業的快速發展，G6系列坩堝逐漸成為多產品矽錠容器的主流需求。 目前，石英鍋的發展趨勢是體積大、壁薄，因此對坩堝的生產提出了更高的工藝要求。
根據中國電子材料工業協會最近的一項調查，目前我國石英坩堝主要生產企業有六家，其產能如表1-2所示。
石英陶瓷坩堝是太陽能多晶矽錠生產過程中的關鍵消耗部件，雖然目前多晶矽原料高企和多晶矽短缺讓行業似乎忽視了其他問題，但石英陶瓷坩堝是多晶矽生產過程中除成本消耗最大的輔助材料， 但也受制於他人，仍是企業面臨的重要問題。此外，我國進口坩堝的數量仍然佔據很大比例，因此實現坩堝國產化，從而大幅降低多級矽錠的生產成本仍然是許多企業不斷努力的目標。
二、石英陶瓷坩堝的製備工藝。
石英陶瓷坩堝有四種成型方法：注漿成型、注塑成型、壓濾成型和注射凝固成型。
1.灌漿成型
滑模鑄造是利用多孔模具（多為石膏模具）的吸水特性，將配置好的漿料注入模具中，吸收水分形成具有一定強度的生坯。 這種成型方式的優點是裝置簡單，成本低，方便製備尺寸大、形狀複雜的產品。 一般來說，注漿型別主要分為單面注漿和雙面注漿抽吸。
在這種成型工藝中，為了獲得高質量的坯體，對漿料的主要要求是：（1）流動性好，即漿料粘度要小，能保證漿料在注漿過程中容易流向模型的各個部位; （2）穩定性好，保證漿料各組分的一致性，以及成型後坯體的均勻性; （3）一定的觸變性，即經過一定時間後，漿料的粘度變化不宜過大，便於運輸和儲存; （4）固含量高，保證成型後坯體的強度，降低乾燥後坯體的收縮率; （5）過濾性好，保證漿料中的水介質能被石膏模吸收; （6）不含氣泡，故漿料一般應在注漿前脫氣。
2.注塑
注塑成型是在柱塞或螺桿推力的作用下將注塑機中的塑料熔化到模具中，然後冷卻以獲得產品的過程。 其原理是：固體塑料按一定熔點熔化，通過注塑機的壓力以一定的速度注入模具，模具經水道冷卻，使塑料固化，得到與設計模具型腔相同的產品。 這種成型方法的優點是可以成型結構均勻、尺寸準確、形狀複雜的零件; 缺點是成型過程中採用的模具設計工藝複雜，在乾燥過程中難以排除產品中的有機新增劑。
3.壓濾機成型
壓濾機成型（PSC）是在注漿成型的基礎上在壓力下發展起來的成型工藝。 其原理是將漿料注入多孔模具中，通過施加壓力將漿料中的液體介質過濾掉，得到一定形狀的主體。
雖然從原理上看，壓濾機成型類似於壓力灌漿，即利用外界壓力使陶瓷漿料除去部分液體介質而形成，所以從廣義上講，壓濾機成型可以看作是壓力注漿成型。 但兩者之間有這個顯著的區別：一是壓濾機成型採用非常薄的多孔過濾層，因此對漿料介質含量的要求不如壓力灌漿那麼嚴格，漿料的流變性能和顆粒級配可以在很寬的範圍內調節，以利於高效能產品的成型; 二是壓濾機成型時壓力可調範圍更寬; 第三，對於形狀複雜的零件，為了獲得均勻的生坯體結構，可以在壓濾機成型過程中調整不同零件的模型結構和滲透係數等引數，使不同的零件具有不同的固化速率。
4.注塑
凝膠鑄造是美國在20世紀末發明的一種新的成型工藝，應用於陶瓷製備。 其原理是將有機聚合物和交聯劑配置成前驅體的水溶液或非水溶液，在前驅體中分散一定量的陶瓷粉末，得到具一定固體含量的懸浮液; 然後加入一定量的引發劑和催化劑，充分混合後，將漿料倒入一定形狀的模具中; 通過有機單體的聚合反應，整個體系形成三維網狀結構，分散在其中的陶瓷粉體原位固化，形成一定形狀的生坯體。 所謂原位固化，是指顆粒之間的力或體系內載體性質的變化，使懸浮體變成固體，顆粒在體系中的位置是固定的。 在這個過程中，整個系統幾乎沒有體積收縮，系統中載流子的數量也沒有量變。
根據所用介質的不同，注射凝固成型可分為非水性注射成型和水性注射凝結。 非水注射成型工藝適用於陶瓷顆粒在成型過程中會與水發生反應的系統。 水性注射成型工藝適用於石英陶瓷和大多數其他陶瓷的成型，是一種具有良好發展前景的成型工藝[18]。 對於水性注射成型工藝，應用最廣泛的有機高分子單體是丙烯醯胺，它可以吸附在顆粒表面，加入交聯劑、引發劑和催化劑後發生單體聚合反應，使顆粒原位固化，形成緻密的綠色坯料。
資料來源**：天津大學; 張曉燕， 杜海燕.
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