中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英坩堝是石英玻璃制品中的細(xì)分產(chǎn)品，由高純石英砂通過(guò)模具定型，使用電弧熔融法高溫制作而成。石英坩堝具有耐高溫、使用時(shí)間長(zhǎng)、高純度等特點(diǎn)，主要用于光伏高純單晶硅棒的拉制的輔助性耗材，是單晶硅棒拉制過(guò)程中用于盛裝熔融硅液的關(guān)鍵性消耗品。近年來(lái)，光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，帶動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游的石英坩堝及高純石英砂產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)。
石英坩堝的構(gòu)造分為不透明層、真空透明層及內(nèi)涂層，其中石英坩堝內(nèi)層砂對(duì)純度要求高，達(dá)4N8（大于99.998%），且對(duì)氣液包裹體、晶格雜質(zhì)、穩(wěn)定性也有較高要求。全球高純石英砂的生產(chǎn)地主要集中在美國(guó)、挪威、中國(guó)等國(guó)家。主要生產(chǎn)企業(yè)包括美國(guó)尤尼明、挪威 TQC 和中國(guó)石英股份。中國(guó)石英礦物資源雖然豐富，但高純石英礦床少且規(guī)模較小，高品質(zhì)脈石英僅占石英礦資源的0.93%，受制于原材料的限制，國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)能力受到一定的影響。目前，中外層石英砂的品質(zhì)要求相對(duì)較低，已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。4N8及以上高端石英砂市場(chǎng)幾乎被國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)產(chǎn)高純砂純度和穩(wěn)定性亟待進(jìn)一步提高。
在此背景下，國(guó)內(nèi)石英行業(yè)除積極多渠道尋找礦源，不斷擴(kuò)張產(chǎn)能，提升提純技術(shù)之外，一部分企業(yè)開(kāi)始布局不同賽道，以高純含硅化合物為原料、采用化學(xué)方法制備合成石英砂。目前，合成砂的技術(shù)路線(xiàn)包括氣相合成法、液相合成法、氟硅酸法、化學(xué)沉淀法、溶膠凝聚法、四氯化硅水解法等。
氟硅酸是磷酸和無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)的副產(chǎn)品，用以生產(chǎn)氟硅酸鹽、氟化鹽、氟硼酸酸鹽、無(wú)水氟化氫、四氟化硅等，現(xiàn)也用多種方式提取二氧化硅。應(yīng)盛榮等以氟硅酸和液態(tài)氨為原料，氟硅酸經(jīng)過(guò)脫色、去雜、脫游離酸、去除無(wú)機(jī)雜質(zhì)、過(guò)濾等一系列提純過(guò)程后，與液氨發(fā)生氨化反應(yīng)，所得硅膠固體經(jīng)過(guò)清洗、分離、干燥后可以制備出高純石英砂。用該石英砂制作的石英坩堝，通過(guò)單晶拉制試驗(yàn)證明高溫狀態(tài)使用壽命達(dá)220小時(shí)以上，達(dá)到進(jìn)口坩堝水平。
氣相合成法又稱(chēng)為氣相沉積法或火焰水解法，其工藝路線(xiàn)與白炭黑制備路線(xiàn)相似，即以四氯化硅（SiCl4）或甲基氯硅烷等硅基材料作為原料，在1200-1600℃條件下與氫氣、氧氣混合，發(fā)生水解反應(yīng)得到霧狀的無(wú)定型產(chǎn)品。沉淀法是以硅酸鈉與二氧化碳或酸溶液為原料，在一定的溫度下，得到偏硅酸沉淀，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、高溫煅燒等工藝過(guò)程得到SiO2，此工藝路線(xiàn)相對(duì)成熟，已有工業(yè)化應(yīng)用。四氯化硅水解法是指高純?cè)显谝合鄺l件下與純水發(fā)生水解反應(yīng)，在經(jīng)洗滌、過(guò)濾、煅燒等工序得到高純SiO2粉體。
合成石英砂與天然砂在純度、雜質(zhì)元素含量等方面差別較大。未來(lái)，石英坩堝將朝著長(zhǎng)壽命、高品質(zhì)、高溫定性、低成本等方向發(fā)展，坩堝強(qiáng)度需求更高，坩堝抗腐蝕速率、強(qiáng)度、氣泡數(shù)量控制需要進(jìn)一步優(yōu)化，內(nèi)層石英砂供應(yīng)緊缺，坩堝成本占整個(gè)拉晶成本比例逐步提升，坩堝品質(zhì)的穩(wěn)定性將極大影響拉晶單產(chǎn)、晶棒品質(zhì)。而受限于合成成本、設(shè)備材質(zhì)、生產(chǎn)周期、產(chǎn)品穩(wěn)定性等因素，國(guó)內(nèi)合成石英砂尚處于研發(fā)階段，合成石英砂在配方、熔制工藝、拉晶熱場(chǎng)將面臨極大的挑戰(zhàn)。
2025年3月27日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025第三屆集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將在江蘇東海召開(kāi)，江蘇雙良低碳產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的光伏創(chuàng)新中心主任黃晶晶，將做題為《合成石英砂在光伏級(jí)石英坩堝應(yīng)用進(jìn)展》的報(bào)告，屆時(shí)他將詳細(xì)介紹光伏石英坩堝對(duì)合成砂的需求及合成砂的研究進(jìn)展情況。
參考來(lái)源：
黃晶晶.光伏用石英坩堝技術(shù)展望
《光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝高純內(nèi)層砂》（征求意見(jiàn)稿）編制說(shuō)明
銀波.化學(xué)法制備高純石英砂工藝與應(yīng)用研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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