本发明专利技术涉及具有多边形开口，特别是正方形或矩形开口的电弧熔炼石英坩埚及其制造方法，其包括：在具有多边形开口的中空模具（3）中将粉末状二氧化硅成型，其中所述模具（3）带有多个穿过其底部（10）及其壁（12，13，14，15）的通道，所述通道分布其整个内表面，以构造预制坯；然后通过在预制坯内部的电弧熔化二氧化硅，在熔化开始时穿过模具和预制坯吸气，由此在预制坯内表面的每一点生成至少0.15米/秒的气体速度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及具有多边形的坩埚及其制备方法。现今，许多工业应用，特别是在半导体、太阳能(光伏)领域中或用于氧化铝粉末、磷光粉或贵金属的煅烧的应用，使用石英坩埚。特别地区别制造这些坩埚的两种方法一种利用二氧化硅的熔化，另一种制备粉浆，接着烧结(“注浆成型法(slip cast)”法)。注浆成型” 甘埚具有表面是稍微多孔的缺点。这种表面可以通过火焰或电弧上釉，但在上釉面(英文为“glazed surface”)下方仍有残留微气泡。上釉也是相对昂贵的手工操作。这种技术允许足够简单地获得具有正方形、圆形或矩形形状的坩埚。致密上釉面非常精致并且不大于O. 5毫米厚度。 至于具有圆形开口的熔炼石英i甘祸(creusets en silice fondue),区分下列两种方法-制备中空二氧化硅锭，接着在模具中吹塑所述锭；这种技术的缺点是产生具有表面缺陷，如破裂气泡、变形、高孔隙率的产品；-通过在旋转模具(自成坩埚、石墨模具、金属模具、冷却金属模具)中在空气中电弧熔化制备。可由此获得具有极好表面外观的工件。这些表面被称作“上釉面”并且不含气泡。通过电弧熔化石英粉是非常普遍的制造具有优异表面质量的石英坩埚的方法。本领域技术人员能立刻认出电弧熔炼石英坩埚，因为其具有所谓“上釉”表面的非常均匀的表面外观。对于根据现有技术的用于制造具有圆形开口的坩埚的电弧熔化，将原料引入围绕要制造的坩埚的旋转轴旋转的中空模具中，离心力使石英粉分布和保持在这种模具的壁上。在整个熔化过程期间保持通常高于150 RPM的这种旋转。将粉末置于多孔模具中，穿过该模具施加吸力。电弧加热随后允许熔化二氧化硅和由此制造坩埚。由于它们的表面质量，许多工业使用通过电弧制成的坩埚，它们在使用中的表面反应性也比注浆成型坩埚(creusets slipcast)或通过铸造途径获得的坩埚(熔化锭，接着吹塑)低得多。它们的使用寿命也更长，且制成的产品质量更高，特别是在被来自坩埚的二氧化硅污染方面更如此。这种技术现今仅用于制造具有圆形开口的工件。当坩埚用于粉末煅烧领域中时，在相同面积上可以排列比圆形坩埚更多的正方形坩埚(多21%)。因此圆形坩埚的使用意味着容量、能量和生产率的损失。JP58088129教导了通过电弧熔化制造方形坩埚的方法。根据这种方法，不施加吸力。在不存在吸力的情况下，在坩埚壁中必然产生高孔隙率，以致不可能在从坩埚内部起至少1. 5毫米的深度内获得至少2. 15的密度(masse volumique)。本专利技术涉及具有多边形开口的电弧熔炼石英坩埚。该坩埚具有多边形开口，即具有至少三条边(或4或5或6条边)，通常四边，特别是正方形、矩形或菱形，并其制备方法使用电弧熔化。多边形，特别是规则形状，允许容易并列多个坩埚，以占据最大面积。正方形和矩形是优选的。如果多边形的边略圆，仍在本申请的范围内。类似地，如果多边形的角是略圆形的，仍在本申请的范围内。通常地，在多边形具有四边并且是正方形或矩形的情况下，在最终坩埚的上边沿处，多边形的角(坩埚上边沿处的两条相邻侧壁之间的角)具有低于25毫米的曲率半径。本专利技术的坩埚具有使用电弧制造的特有外观。此外，电弧的使用导致在从坩埚内部起的高深度内的高二氧化硅密度。熔化二氧化硅的理论密度为2. 2克/立方厘米并在实践中极难通过熔化以外的方法达到这一值。使用电弧熔化整个坩埚允许在从坩埚内部(坩埚侧壁和底部)起至少1. 5毫米或甚至至少2毫米的深度内获得至少2. 15克/立方米的密度。根据本专利技术，使用与用于制造具有圆形开口的坩埚相同的电弧法，只是使用充足吸力以保持赋予粉末的形状而不需要旋转或甚至不利用旋转。这种吸力也是在从坩埚内部起至少1. 5毫米或甚至至少2毫米深度内的极高密度的来源。实际上，该吸力除去任何气体，其不再以气泡形式留在坩埚中。此外，该吸力也用于对抗等离子体的冲击波，其倾向于使在模具中，特别是在底部成型的粉末位移。优选使用具有极高透气性的模具，其允许以通过穿过模具的吸力将粉末压向壁以防止电弧冲击波扭曲二氧化硅粉末预制坯。为了能施加这种吸力，模具可带有散布在所有壁(侧壁和底部)上的许多孔。 不排除熔化期间的模具旋转，但其不是必不可少的，并在任何情况下都为低速旋转。根据本专利技术，吸力必须足以使流经成型粉末的气体至少在二氧化硅开始熔化时具有至少O. 15米/秒，优选至少O. 2 !11/8，甚至至少0.3 m/s的速度。因此在最迟在电弧在未来坩埚的内部体积中开始工作时(粉末在此阶段成型或“预制坯”)以这种速度施加吸力。已观察到，这种吸入速度已确保粉末保持其坩埚形状而不需要如具有圆形开口的坩埚的情况中常做的那样围绕垂直或基本垂直的轴施加旋转。可以通过热丝式风速计(英文为“HotWire Anemometer”)，例如TESTO公司出售的TESTO 425在预制坯表面测量流经粉末的气体的速度。在二氧化硅熔化开始时施加穿过预制坯的这种吸力，因为在预制坯的内表面上快速形成气密的二氧化硅皮，由此堵塞预制坯和终止使用吸力的可能性。施加吸力至少持续到在预制坯内部面上形成气密的二氧化硅皮。因此本专利技术还涉及制造坩埚的方法，包括-在具有多边形开口的中空模具中将粉末状二氧化硅成型，所述模具带有多个穿过其底部及其壁的通道，所述通道分布其整个内表面，用于构造预制坯，然后-通过在预制坯内部的电弧熔化二氧化硅，在熔化开始时穿过模具和预制坯的通道吸气，以在预制坯内表面的每一点生成至少O. 15米/秒，优选至少O. 2米/秒，甚至至少O. 3米/秒的气体速度。不排除施加旋转，例如中速旋转，其优选低于200转/分钟(RPM)，更优选低于150RPM，再更优选低于100 RPM，甚至低于50 RPM，甚至O。旋转倾向于使模具内容物为抛物线形状，这不利于恰当维持多边形，尤其是在角处。实际上，已经观察到，旋转越快，相邻侧壁之间形成的角越来越偏离直角(正方形或矩形多边形的情况)。围绕穿过预制坯或最终坩埚的重心的轴任选施加旋转。这种轴可以是垂直或倾斜的，在这种情况下，与垂直线的角度通常小于15°。这种轴通常垂直于预制坯和最终坩埚的底部，因此垂直于预制坯和最终坩埚的开口。如果在本专利技术的方法的实施过程中不施加旋转，将预制坯和最终坩埚设置以使其开口(及其底部)是水平的或与水平呈小于15°角。特别在熔化期间施加可能的旋转。其也可以在熔化之前以及在冷却过程中施加。为了实施本专利技术的方法，可以使用一种装置，其包含-具有多边形开口的中空模具，其带有多个穿过其底部及其壁并分布在其侧壁和底部的整个内表面(模具内部侧)上的通道；-用于吸出模具中存在的气体的系统，其与所述在所述模具外侧的通道连接，-用于将二氧化硅粉末引入模具的系统，-用于在模具中使二氧化硅粉末成型的系统，-在模具中生成气体等离子体的电极。如果必要，该装置可包含用于使中空模具围绕穿过预制坯或坩埚的重心的轴施加旋转的系统。这种轴可以是垂直或倾斜的，在这种情况下，与垂直线的角度通常小于15°。这种轴通常垂直于预制坯或最终坩埚的底部。如果这种气体不是空气，该装置可包含用于控制构成在模具中的气氛的气体(类型和流速)的系统。但是，通常，该气氛是空气并因此不需要气体控制系统。 该中空模具可以由金属(特别是不锈钢或镍合金类型，如INC0N本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.27 FR 10561611.具有多边形开口的电弧熔炼石英坩埚，其特征在于其在从坩埚内部起至少1.5毫米的深度内具有至少2. 15的密度。2.如前一权利要求中所述的坩埚，其特征在于所述多边形具有四个边。3.如前述权利要求任一项中所述的坩埚，其特征在于其开口的面积大于O.25平方米。4.如前一权利要求中所述的坩埚，其特征在于其开口的面积大于O.5平方米，特别是大于O. 9平方米。5.如前述权利要求之一中所述的坩埚，其特征在于其开口的面积大于其底部的面积。6.如前述权利要求之一中所述的i甘祸，其特征在于在其内和/或外表面上被金属或金属氧化物或氢氧化物或氮化物或碳化物或氮氧化物或氧碳化物或碳氮化物或氧碳氮化物的层涂覆。7.如前一权利要求中所述的坩埚，其特征在于所述层由钡或氧化钡或氢氧化钡或氧化钇或氮化硅制成。8.制造具有多边形开口的电弧熔炼石英坩埚的方法，其包括 -在具有多边形开口的中空模具中将粉末状二氧化硅成型，其中所述模具带有多个穿过其底部及其壁的通道，所述通道分布其整个内表面，以构造预制坯，然后 -通过在预制坯内部的电弧熔化二氧化硅，在熔化开始时穿过模具和预制坯的通道吸气，以...
【专利技术属性】
技术研发人员：L莫兰，
申请(专利权)人：圣戈班石英有限公司，
类型：
国别省市：
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