[发明专利]石英坩埚原料、石英坩埚原料的制备方法以及石英坩埚

说明书

技术领域

本发明属石英坩埚领域，具体涉一种石英坩埚原料、石英坩埚原料的制备方法以及一种石英坩埚。

背景技术

石英坩埚是太阳能多晶硅铸锭中不可替代的消耗品，目前，市场主流制备方法为注浆成型工艺，属于典型的陶瓷湿法成型工艺，对注浆原料的性能要求较高。工艺性能良好的石英坩埚原料是获得高密度、微观结构均匀、无缺陷坯体的关键，也是提高材料的烧结性能和力学性能的重要因素。

湿法成形技术的关键是如何制备固相含量高、粘度低、均匀稳定的浓悬浮浆料。石英坩埚原料的固相含量高（固相体积分数大于50%），成型后素坯密度就大，素坯烧成后收缩小，尺寸变化小，而且强度也高。石英坩埚原料粘度低，即流动性好，才能保证注浆时石英坩埚原料能在石膏模具型腔中的流动，并易于流到模具型腔的各个部位，充满型腔，以得到外观完整的素坯。另外，石英坩埚原料的稳定性要好，注浆过程中不出现分层现象，确保素坯成型后各部分成分组成、密度相同。

然而，石英坩埚原料的高固相含量和低粘度是一对矛盾的对立体，一般固相含量越高，固相颗粒间相对移动时，碰撞机会增加，碰撞阻力增大，流动性差，粘度也越大。再者，石英坩埚为大型铸件，熔融石英砂粉体细度达到微米级，固相粉体越细，含量越高，颗粒间的平均距离越小，吸引力越大，位移时所需克服的阻力越大，并且容易团聚沉降，使得流动性差，粘度大。因此，要制备出高固相含量、低粘度、稳定的石英坩埚原料并非易事。

发明内容

为了解决现有技术中制备的石英坩埚原料难以兼顾高固相含量及低粘度的技术问题，本发明提供一种石英坩埚原料及其制备方法，石英坩埚原料中石英砂固相含量高、粘度较低、稳定性好。

本发明提供一种石英坩埚原料，包括石英混料和分散剂水溶液，石英混料包括熔融石英砂粉体和水；分散剂水溶液包括分散剂和水，分散剂包括水溶性低聚合度有机物和水溶性线型长链高分子有机物；水溶性低聚合度有机物的聚合度低于50，水溶性线型长链高分子有机物的聚合度为50-5000。

本发明提供一种石英坩埚原料的制备方法，包括：将熔融石英砂粉体与水混合，球磨，得到石英混料，再将石英混料与分散剂水溶液一起，混合搅拌，得到石英坩埚原料。

本发明还提供一种石英坩埚，该石英坩埚由本发明所提供的石英坩埚原料注浆成型烧结得到。

本发明的发明人意外发现，以聚合度低于50的水溶性低聚合度有机物和聚合度为50-5000的水溶性线型长链高分子有机物的混合物作为分散剂，制备所得的石英坩埚原料固相含量高、粘度低、稳定性好，为注浆成型石英坩埚的生产提供了性能优异的原料，同时能够有效的提高石英坩埚产品的良率与性能。推测其原因为：聚合度为50-5000的水溶性线型长链高分子有机物能有效吸附SiO₂颗粒，并伸展于水介质中，极大作用地阻止了微小颗粒因热运动产生碰撞而再次团聚。与聚合度低于50的水溶性低聚合度有机物混合后，由于长、短分子链相结合的空间位阻作用，阻止了固相颗粒的相互碰撞和团聚，降低了石英坩埚原料的粘度，改善了流动性和稳定性，同时也提高了石英坩埚的性能。

本发明制备的石英坩埚原料中，本发明的发明人尤其发现，以聚乙二醇和阿拉伯树胶的混合物作为分散剂时，所得石英坩埚原料在具备较高固相含量的同时，粘度更低、稳定性更好，推测其原因为：具有短链分子结构的聚乙二醇填补阿拉伯树胶长分子链间形成的空隙，与微小的SiO₂颗粒表面发生吸附作用，阻止了颗粒的团聚，而且，聚乙二醇和阿拉伯树胶能够更好的溶于酸性石英坩埚原料体系中，更为有效的吸附SiO₂颗粒，且不影响表面电荷，也降低了颗粒聚集的几率。从表1中数据可以看出，以阿拉伯树胶与聚乙二醇的混合作为分散剂的石英坩埚原料，在68.4%的较高固含量下，同时还能达到120mPa·s以下的粘度和5s以下的流速。即采用阿拉伯树胶与聚乙二醇的混合作为分散剂，通过阿拉伯树胶和聚乙二醇与SiO₂颗粒的共同作用，可以获得最佳的分散效果，从而使制得的石英坩埚原料具有较高的固相含量、较低的粘度以及较好的稳定性。从表2中的数据也可以看出，以阿拉伯树胶与聚乙二醇的混合作为分散剂的石英坩埚原料，制备所得的石英坩埚，体积密度更大、显气孔率更低、抗折强度及耐压强度更高，即所得石英坩埚的性能更好。

 

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。