Плавленый Кварцевый Тигель: Свойства, Применение И Процесс Приготовления

Введение в кремнеземы с плавленым кварцем

Свойства и применение

Тигли из плавленого кварца отличаются исключительной термической стабильностью, характеризуются низким коэффициентом теплового расширения и превосходной теплопроводностью.Благодаря такому уникальному сочетанию свойств тигли остаются инертными и не вступают в химическую реакцию с кремнием при повышенных температурах, что делает их незаменимыми при производстве слитков поликремния.Термическая стойкость тиглей из плавленого кварца имеет решающее значение в условиях, когда они должны выдерживать температуру свыше 1550°C и работать непрерывно более 50 часов, как это происходит в солнечной фотоэлектрической промышленности.

Помимо тепловых свойств, тигли из плавленого кварца обладают превосходной диэлектрической прочностью, что делает их эффективными электроизоляторами и отражателями световых волн.Эти электрические и оптические свойства расширяют область их применения, особенно в отраслях, где изоляция и отражение света имеют решающее значение, например, в электротехнике и аэрокосмической промышленности.

Универсальность тиглей из плавленого кварца подчеркивается их широким применением в различных отраслях, включая металлургию, химическую переработку и высокотехнологичные производства.Их способность сохранять структурную целостность в экстремальных условиях привела к быстрому распространению с момента их создания.Многогранная природа тиглей из плавленого кварца гарантирует, что они не только незаменимы в индустрии солнечных батарей, но и играют ключевую роль в других высокотемпературных и высокотехнологичных областях применения.

Свойство	Описание
Термическая стабильность	Сохраняет структурную целостность при высоких температурах (до 1550°C)
Низкое тепловое расширение	Минимальные изменения размеров при изменении температуры
Теплопроводность	Эффективная теплопередача, необходимая для равномерного нагрева
Химическая инертность	Не вступает в реакцию с кремнием при высоких температурах
Диэлектрическая прочность	Высокая, что делает его отличным электроизолятором
Отражение световых волн	Эффективный отражатель, полезный в оптических приложениях

В приведенной выше таблице указаны основные свойства тиглей из плавленого кварца, каждое из которых способствует их широкому применению в различных промышленных контекстах.Их надежная работа в различных условиях подчеркивает их значение как важнейшего компонента в современном технологическом прогрессе.

Применение солнечных элементов в промышленности

В отрасли солнечных элементов большое внимание уделяется решениям в области экологически чистой энергии, и солнечные элементы играют ключевую роль в этом переходе.На рисунке 1-1 показаны основные классификации солнечных элементов, подчеркивающие доминирующее положение поликремния благодаря его высокой эффективности преобразования и выходу, а также относительно низким требованиям к сырью.Таким образом, этот материал достиг самых высоких темпов индустриализации.

Солнечные элементы

В солнечной фотоэлектрической промышленности тигель из плавленого кварца является важнейшим компонентом технологии литья слитков поликремния.Учитывая преимущественно квадратную форму слитков поликремния, эти тигли часто называют кварцевыми квадратными тиглями.Условия эксплуатации этих тиглей исключительно жесткие, они должны выдерживать температуру до 1550°C и работать в непрерывном режиме более 50 часов.

Свойство	Требование
Допустимая температура	1550°C
Непрерывная работа	>50 часов
Чистота материала	Высокая

Чистота сырья и различные эксплуатационные характеристики кварцевого тигля имеют первостепенное значение.Эти факторы не только определяют эффективность производства слитков поликремния, но и подчеркивают значимость тигля в отрасли.Жесткие требования к тиглям подчеркивают их незаменимую роль в обеспечении эффективности и надежности процессов производства солнечных элементов.

Тенденции рынка и усилия по локализации

На современном рынке доминирующими продуктами являются кварцевые тигли серий G5 и G6 с размерами 883 ммx883 ммx420 мм/480 мм и 1040 ммx1040 ммx500 мм, соответственно.Стремительное развитие фотоэлектрической промышленности привело к тому, что тигли серии G6 стали востребованы для многопрофильного литья кремниевых слитков.Преобладающая тенденция в разработке кварцевых тиглей - увеличение размеров и уменьшение толщины стенок, что накладывает повышенные технологические требования на производство тиглей.

Недавнее исследование Китайской ассоциации промышленности электронных материалов выявило шесть основных отечественных производителей кварцевых тиглей, чьи производственные мощности подробно представлены в таблице 1-2.Кварцевые керамические тигли являются ключевыми расходными компонентами в процессе литья слитков солнечного поликремния.Несмотря на высокую стоимость поликремниевого сырья и дефицит поставок, кварцевый керамический тигель остается самым дорогим вспомогательным материалом в производстве поликремния, помимо самого кремния.Такая высокая стоимость и зависимость от внешних факторов являются серьезными проблемами для предприятий.

Более того, значительная доля импортных тиглей в Китае подчеркивает, что многие предприятия продолжают бороться за локализацию тиглей.Успешная локализация тиглей позволит существенно снизить себестоимость производства слитков поликремния, что делает ее важнейшей задачей для отрасли.

Процесс подготовки кварцевого керамического тигля

Шликерное литье

Шликевое формование, в частности шликерное литье, использует водопоглощающие свойства пористых форм, преимущественно гипсовых.Процесс заключается в заливке специально разработанной суспензии в эти формы, где вода впитывается, в результате чего образуется заготовка с определенным уровнем прочности.Этот метод обладает рядом преимуществ, включая простоту оборудования, экономичность и возможность производства крупногабаритных изделий сложной формы.

В целом, литье с применением суспензии можно разделить на одностороннее впрыскивание суспензии и двустороннее всасывание суспензии.Чтобы обеспечить производство высококачественных заготовок, шликер должен отвечать нескольким важнейшим требованиям:

Хорошая текучесть:Вязкость суспензии должна быть низкой, что обеспечивает легкое протекание по форме в процессе цементирования.
Стабильность:Постоянство компонентов суспензии имеет решающее значение для поддержания однородности формованных заготовок.
Тиксотропия:Суспензия должна обладать определенной степенью тиксотропии, то есть ее вязкость не должна чрезмерно увеличиваться с течением времени, что облегчает транспортировку и хранение.
Высокое содержание твердых частиц:Более высокое содержание твердых частиц в суспензии повышает прочность формованной заготовки и уменьшает усадку при сушке.
Эффективная фильтрация:Суспензия должна обеспечивать эффективное поглощение воды гипсовыми формами.
Без пузырьков:Перед затиркой шлам обычно подвергается дегазации для удаления пузырьков воздуха.

Эти свойства в совокупности обеспечивают эффективное формование суспензии в высококачественные сложные формы, что делает формование суспензии универсальной и эффективной технологией в различных областях промышленности.

Литье под давлением

Литье под давлением - это процесс, при котором расплавленный пластик впрыскивается в форму под давлением, обычно с помощью плунжерного или винтового механизма.После остывания пластик застывает, в результате чего получается изделие, соответствующее дизайну полости формы.Этот метод особенно удобен для производства деталей с однородной структурой, точными размерами и сложными формами.

Принцип литья под давлением заключается в расплавлении твердого пластика при определенной температуре, а затем в подаче его в пресс-форму под давлением с контролируемой скоростью.Система охлаждения пресс-формы обеспечивает застывание пластика, точно повторяя его дизайн.

Несмотря на свои преимущества, литье под давлением имеет свои сложности.Процесс проектирования пресс-формы сложен и требует точного проектирования, чтобы конечный продукт соответствовал спецификациям.Кроме того, процесс может быть затруднен наличием органических добавок, которые трудно удалить на этапе сушки.

Преимущества	Недостатки
Производство деталей с однородной структурой, точными размерами и сложными формами	Сложный процесс проектирования пресс-формы
Подходит для крупносерийного производства	Сложность удаления органических добавок при сушке

В целом, литье под давлением дает значительные преимущества при производстве деталей, но при этом возникают технические проблемы, которые необходимо решать для достижения оптимальных результатов.

Литье на фильтр-прессе

Фильтровальное формование под давлением (ФФП) - это передовая технология формования, основанная на принципах впрыска суспензии под давлением.Этот метод предполагает впрыскивание суспензии в пористую форму, где жидкая среда впоследствии отфильтровывается под давлением, в результате чего образуется фигурная заготовка.Несмотря на концептуальное сходство с затиркой под давлением, которая также основана на приложении давления для удаления жидкой среды из керамической суспензии, при формовании с помощью фильтр-пресса используется значительно более тонкий пористый фильтрующий слой.Это отличие позволяет более гибко регулировать реологические свойства и градацию частиц суспензии, что упрощает формование высокоэффективных изделий.

Одним из ключевых преимуществ формования на фильтр-прессе является его способность выдерживать более широкий диапазон давлений по сравнению с традиционными методами цементации под давлением.Такая адаптивность очень важна для формования сложных форм, поскольку позволяет регулировать структуру модели и коэффициенты проницаемости для достижения различной скорости затвердевания в разных частях формы.Благодаря точной настройке этих параметров производители могут обеспечить однородную структуру заготовок, что очень важно для производства сложных и высококачественных компонентов.

Таким образом, формование с помощью фильтр-пресса - это универсальный и точный подход к формованию керамики, особенно подходящий для задач, требующих сложных форм и высокопроизводительных изделий.Способность работать с широким диапазоном свойств и давлений суспензий делает его ценным методом в передовых производственных процессах.

Литье под давлением

Литье под давлением - это сложный процесс, в котором используется расплавленный пластик, подаваемый в форму под давлением для создания изделий с точными размерами и сложными формами.Этот метод особенно выгоден для производства компонентов с однородной структурой, поскольку позволяет создавать сложные конструкции, которых трудно достичь с помощью других методов литья.

Принцип литья под давлением прост: твердый пластик расплавляется при определенной температуре, а затем впрыскивается в форму под контролируемым давлением.В пресс-форме, оснащенной системой охлаждения, пластик застывает, в результате чего получается изделие, повторяющее дизайн полости пресс-формы.Этот процесс высокоэффективен и широко используется в различных отраслях промышленности благодаря способности производить высококачественные детали в больших количествах.

Однако этот процесс не лишен сложностей.Проектирование и изготовление пресс-формы может быть сложным и дорогостоящим, требующим точного проектирования, чтобы конечный продукт соответствовал всем спецификациям.Кроме того, наличие органических добавок в пластике может создать трудности в процессе сушки, так как эти добавки сложно полностью удалить.

Кварцевый тигель

В контексте производства керамики литье под давлением было адаптировано для создания керамических компонентов с помощью процесса, известного как гелевое литье.Этот метод использует принципы органической полимеризации и полимеризации на месте для формирования трехмерных сетчатых структур, которые удерживают керамические частицы на месте, в результате чего получаются плотные керамические заготовки сложной формы.Универсальность этого метода позволяет использовать его для широкого спектра керамических материалов, включая кварцевую керамику, которая особенно ценится за свои тепловые и электрические свойства.

Особого внимания заслуживает использование акриламида в качестве основного органического полимера-мономера при литье в водный гель.Акриламид адсорбируется на поверхности керамических частиц, где он подвергается полимеризации в присутствии сшивающих агентов, инициаторов и катализаторов.Эта реакция приводит к полимеризации частиц in situ, в результате чего образуется прочная и плотная керамическая заготовка.Процесс высоко контролируется, обеспечивая минимальное уменьшение объема и отсутствие изменений в несущей среде, что очень важно для сохранения целостности конечного продукта.

В целом, литье под давлением, особенно в его гелевом варианте, представляет собой значительное достижение в производстве керамики, обеспечивая точность, универсальность и возможность изготовления сложных форм с высокой структурной целостностью.