一种注凝成型熔融石英坩埚制造技术

本实用新型专利技术提供了一种注凝成型熔融石英坩埚，包括石英坩埚主体和包覆于所述石英坩埚主体外表面上的熔融石英砂陶瓷层，且所述熔融石英砂陶瓷层中石英砂的平均粒度小于所述石英坩埚主体中石英砂的平均粒度。熔融石英砂陶瓷层更加致密，从而提高了坩埚外表面的致密度和强度，减少了坩埚外表面容易发生开裂直至碎裂的几率。

A fused quartz crucible for injection molding

The utility model provides a gelcasting of fused quartz crucible, including quartz crucible body and coated on the outer surface of the main body of the quartz crucible melting quartz ceramic layer, the average particle size and average particle size of quartz sand layer fused quartz sand in the ceramics is smaller than that of the quartz crucible body of Nakashi Eisa. The ceramic layer of fused silica sand is more compact, thus improving the density and strength of the outer surface of the crucible, and reducing the possibility of cracking and fragmentation on the outer surface of the crucible.

【技术实现步骤摘要】
一种注凝成型熔融石英坩埚
本技术涉及熔融石英坩埚的制造
，具体涉及一种注凝成型熔融石英坩埚的制造方法。
技术介绍
熔融石英陶瓷坩埚是多晶硅铸锭过程中的易耗品，每台多晶炉每年需要陶瓷方坩埚约120支。07年国内坩埚需求～12万支每年，如今年最近两年又呈爆发式增长。目前市场上熔融石英坩埚的主流技术注浆成型(slipcasting)。注浆成型是传统的成型工艺，其特点是产品密度高(1.89-2.0g/cm3)，强度较高。但注浆成型工艺有无法克服的诸多缺点：1,注浆用的石膏模质量不稳定，时有波动以致影响坩埚质量；2,注浆成型的生坯强度低，生产大尺寸坩埚难度很大；3,注浆成型结构不均匀，甚至有夹层，强度较低；4模具使用次数有限，模具成本很高；5,烧成后坩埚底部需要打磨，成本大幅度提高；6,成型温度湿度等的要求很高。目前880坩埚是市场主流，但1024坩埚甚至更大的坩埚是日后发展的方向。注浆成型成型做这样大型坩埚难度很大，凸显注浆法的局限性。注凝成型(gelcasting)是新型的陶瓷制备工艺，该工艺具有生坯强度高、生产周期短、可一次成型等显著优点，生产大型熔融石英坩埚具有无可比拟的优势。国内很少厂家用注凝成型制备石英陶瓷坩埚，并且与注浆成型生产的坩埚相比，注凝成型的坩埚密度偏低(约1.80g/cm3)，过低的密度对坩埚的性能有严重影响。特别是在使用过程中,坩埚外表面因接触高温作用，使得坩埚外表面容易发生开裂，直至碎裂。
技术实现思路
因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中坩埚外表面容易发生开裂直至碎裂的缺陷。为此，本技术提供了一种注凝成型熔融石英坩埚，包括石英坩埚主体和包覆于所述石英坩埚主体外表面上的熔融石英砂陶瓷层，且所述熔融石英砂陶瓷层中石英砂的平均粒度小于所述石英坩埚主体中石英砂的平均粒度。优选的，所述熔融石英砂陶瓷层2为低粒度石英砂烧结层。优选的，所述熔融石英砂陶瓷层中石英砂的粒度在30微米以内。优选的，所述石英坩埚主体的厚度为10-20mm。优选的，所述熔融石英砂陶瓷层的厚度为0.1-1mm。本技术技术方案，具有如下优点：由熔融石英砂烧结形成熔融石英砂陶瓷层，其更加致密，从而提高了坩埚外表面的致密度和强度，减少了坩埚外表面容易发生开裂直至碎裂的几率。上述注凝成型熔融石英坩埚的制作包括以下步骤：步骤S1、将熔融石英砂、水、丙烯酰胺和交联剂混合并充分搅拌，得到料浆；步骤S2、在不锈钢模具的内表面上涂覆粒度在30微米以内的熔融石英砂，再向所述不锈钢模具内浇注所述浆料；步骤S3、将浇注后的不锈钢模具置于烘箱中进行保温固化，并脱模得到坩埚坯体；步骤S4、对所得坩埚坯体依次进行干燥和烧成，得到注凝成型熔融石英坩埚。优选的，步骤S1包括：将40-50份块状熔融石英砂投入研磨机中加水研磨，粒度控制在30微米以内；上述浆料陈化10天后，再向料将中加入20-25份粒度50～100微米、25-35份粒度为250～350微米的熔融石英砂，然后加入丙烯酰胺、交联剂充分搅拌直至料浆温度达到30～45摄氏度。优选的，步骤S2中，先对料浆进行真空除泡，再压力注入不锈钢模具，同时辅以震动，震动频率为20～40次/分钟，振幅～3毫米，浇注完成后静止15～30分钟。优选的，步骤S3中，把浇注后的不锈钢模具至于40～100度的烘箱中，保温1～5小时。优选的，步骤S4中，脱模后先在湿度大于80％的环境下干燥1～12小时，然后在100～200度的烘箱中干燥20～30小时；将干燥后的生坯放入窑炉烧成，先在氧化气氛中保护6～10小时、而后在还原气氛中保护5～50小时，烧成温度1000～1300度，烧成时间为15～56小时，所得坩埚即为熔融石英陶瓷坩埚。优选的，在不锈钢模具的内表面上涂覆粒度在30微米以内的熔融石英砂的步骤包括：将粒度在30微米以内的熔融石英砂和有机涂覆溶剂混合均匀，得到涂覆浆料；将涂覆浆料涂覆至不锈钢模具的内表面上。优选的，在不锈钢模具的内表面上涂覆所形成熔融石英砂层的厚度为5-30mm。优选的，粒度在30微米以内的熔融石英砂和有机涂覆溶剂按照体积比1:5-1：15混合。优选的，所述有机涂覆溶剂为聚氨酯涂覆剂或丙烯酸酯胶粘剂。优选的，得到涂覆浆料的步骤中，将粒度在30微米以内的熔融石英砂、有机涂覆溶剂和有机减水剂按照体积比1:5-15：0.1-0.5混合均匀。上述制造方法，在不锈钢模具的内表面上涂覆粒度在30微米以内的熔融石英砂，再向所述不锈钢模具内浇注浆料，浆料中水、丙烯酰胺和交联剂会向所涂覆熔融石英砂扩散及分散，再经过后续浇注、保温固化、干燥和烧成后，所涂覆熔融石英砂会烧结形成更加致密的一层熔融石英砂陶瓷层，从而提高了坩埚外表面的致密度和强度，减少了坩埚外表面容易发生开裂直至碎裂的几率。上述工艺攻克了注凝成型制备石英陶瓷坩埚密度偏低的难题，所得产品的密度1.88-1.99g/cm3，与注浆成型所得坩埚的密度一致。综合而言工艺具有如下特点：1、生坯强度高，合格率高；2、坩埚的密度高，与注浆成型所得坩埚密度一致；3、浇注方便、成型周期短；4、一次成型，无需过多加工，故成本远低于注浆成型；5、结构均匀、强度高；6、生产大型坩埚(1024mm及以上尺寸)具有无可比拟的优势；7、投入少、见效快、风险低，与注浆成型相比，无论是场地还是设备都少很多。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术的实施方式中提供的注凝成型熔融石英坩埚的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术提供的注凝成型熔融石英坩埚，包括石英坩埚主体1和包覆于所述石英坩埚主体1外表面上的熔融石英砂陶瓷层2，且所述熔融石英砂陶瓷层2中石英砂的平均粒度小于所述石英坩埚主体1中石英砂的平均粒度。下面将结合实施例具体描述本技术提供的注凝成型熔融石英坩埚及其制作工艺。实施例1本实施例提供的注凝成型熔融石英坩埚，包括石英坩埚主体和包覆于所述石英坩埚主体外表面上的熔融石英砂陶瓷层，所述石英坩埚主体的厚度为10mm；所述熔融石英砂陶瓷层的厚度为0.5mm。其制作步骤包括：将粒度在25微米以内的熔融石英砂和聚氨酯涂覆剂按照体积比1:5混合，将涂覆浆料涂覆至不锈钢模具的内表面上，所形成熔融石英砂层的厚度为30mm。将50份块状高纯石英砂(其组份的质量百分比为：二氧化硅＞99.75％，氧化铁＜38ppm，氧化铝＜950ppm，其他为不可避免的杂质，如钾氧化物、钠氧化物、镁氧化物或钙氧化物等)投入球磨机中进行湿法球磨，粒径控制在10微米以内，陈化8天后再加入60微米、220微米的高纯熔融石英砂各25份，然后加入丙烯酰胺单体、过氧化二异丙苯交联剂充分搅拌，充分搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注凝成型熔融石英坩埚，其特征在于，包括石英坩埚主体(1)和包覆于所述石英坩埚主体(1)外表面上的熔融石英砂陶瓷层(2)，且所述熔融石英砂陶瓷层(2)中石英砂的平均粒度小于所述石英坩埚主体(1)中石英砂的平均粒度。

【技术特征摘要】
1.一种注凝成型熔融石英坩埚，其特征在于，包括石英坩埚主体(1)和包覆于所述石英坩埚主体(1)外表面上的熔融石英砂陶瓷层(2)，且所述熔融石英砂陶瓷层(2)中石英砂的平均粒度小于所述石英坩埚主体(1)中石英砂的平均粒度。2.根据权利要求1所述的注凝成型熔融石英坩埚，其特征在于，所述熔融石英砂陶瓷层(2)为低粒度石英砂烧结层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹亚静，
申请(专利权)人：邹亚静，
类型：新型
国别省市：重庆,50