1. Състав и структурни свойства на стопения кварц
1.1 Аморфна мрежа и термична стабилност
(Кварцови тигли)
Кварцовите тигли са високотемпературни контейнери, направени от интегриран силициев диоксид, изкуствена форма на силициев диоксид (SiO ₂) получени от топенето на естествени кварцови кристали при температурни нива надвишаващи 1700 °C.
За разлика от кристалния кварц, интегрираният силициев диоксид има аморфна триизмерна мрежа от споделящи ъгли SiO ₄ тетраедри, което осигурява изключителна устойчивост на термичен удар и сигурност на размерите при бързо регулиране на температурата.
Тази неподредена атомна рамка предпазва от лоното по кристалографските равнини, което прави интегрирания силициев двуокис по-малко уязвим на счупване по време на термичен велосипед в сравнение с поликристалните порцеланови материали.
Продуктът показва нисък коефициент на термично развитие (~ 0.5 × 10 ⁻⁶/ К), един от най-ниските сред инженерните материали, позволявайки му да издържи на тежки термични наклони без разрушаване– жизненоважна сграда в производството на полупроводници и слънчеви клетки.
Интегрираният силициев диоксид допълнително поддържа изключителна химическа инертност срещу повечето киселини, втечнени стомани, и шлаки, въпреки че може бавно да се гравира от флуороводородна киселина и гореща фосфорна киселина.
Високата му точка на омекване (~ 1600– 1730 °C, в зависимост от чистотата и OH материала) позволява непрекъсната работа при повишени температури, необходими за процесите на развитие на кристали и рафиниране на стомана.
1.2 Определяне на чистотата и контрол на микронутриентите
Ефективността на кварцовите тигли се основава в голяма степен на химическата чистота, особено фокусът на металните замърсители като желязото, натрий, калий, лек алуминий, и титан.
Също и следи (компоненти на милион ниво) от тези примеси могат да се преместят в разтопен силиций по време на кристалното развитие, влошаване на електрическите сгради от получения полупроводников материал.
Качествата с висока чистота, използвани в производството на електронни устройства, обикновено се състоят от над 99.95% SiO ₂, с алкални стоманени оксиди, ограничени до много по-малко от 10 ppm и преходни метали по-долу 1 ppm.
Замърсителите произтичат от суровина от суров кварц или инструменти за обработка и се намаляват чрез внимателно избор на минерални източници и методи за пречистване като киселинно излугване и защита от флотация.
Освен това, хидроксилната (ОХ) уеб съдържанието в разтопен силициев диоксид влияе върху неговите термомеханични действия; видовете с високо съдържание на OH осигуряват по-добра UV трансмисия, но по-ниска термична стабилност, докато версиите с ниско съдържание на OH са предпочитани за високотемпературни приложения поради минимизираното образуване на мехурчета.
( Кварцови тигли)
2. Производствен процес и микроструктурен дизайн
2.1 Стратегии за електрофузия и формоване
Кварцовите тигли се генерират главно чрез електрофузия, процес, при който кварцов прах с висока чистота се подава в въртяща се графитна форма и плесен в електрически дъгов нагревател.
Електрическа дъга, генерирана между въглеродните електроди, размразява кварцовите битове, които се втвърдяват слой по слой, за да създадат безпроблемно, плътна форма на тигел.
Тази техника генерира финозърнест, хомогенна микроструктура с минимални мехурчета и стрии, от съществено значение за постоянна топла циркулация и механична стабилност.
Различни подходи като плазмен синтез и пламенен синтез се използват за специализирани приложения, изискващи ултра ниско замърсяване или детайли на профили за плътност на стените.
След кастинг, тигелите преминават през контролирано охлаждане (отгряване) за елиминиране на вътрешните напрежения и спиране на спонтанното счупване по време на разтвора.
Повърхностна обработка, състоящ се от смилане и изсветляване, осигурява точност на размерите и намалява местата на нуклеация за нежелана кристализация по време на употреба.
2.2 Инженеринг на кристален слой и контрол на непрозрачността
Определяща характеристика на съвременните кварцови тигли, особено тези, използвани при насочено втвърдяване на мултикристален силиций, е изработената рамка на вътрешния слой.
По време на производството, вътрешната повърхност често се разглежда, за да се рекламира развитието на тънък, контролиран слой от кристобалит– високотемпературен полиморф на SiO TWO– при първоначално отопление на дома.
Този кристобалитен слой действа като дифузионно препятствие, намаляване на директното взаимодействие между разтопения силиций и основния интегриран силициев диоксид, като по този начин се намалява замърсяването с кислород и метали.
Освен това, видимостта на тази кристална фаза подобрява непрозрачността, подобряване на абсорбцията на инфрачервеното лъчение и рекламиране на още по-последователна циркулация на температурата в размразяването.
Разработчиците на Crucible щателно стабилизират дебелината и връзката на този слой, за да предотвратят разцепване или разцепване поради промени в обема по време на етапните преходи.
3. Практическа ефективност при високотемпературни приложения
3.1 Задължение в процесите на разработване на силициеви кристали
Кварцовите тигли са от съществено значение при производството на монокристален и мултикристален силиций, работи като основен контейнер за втечнен силиций в Czochralski (CZ) и системи за насочено втвърдяване (ДС).
В процеса CZ, зародишният кристал се потапя точно във втечнен силиций, съхраняван в кварцов тигел, и бавно се изтегля нагоре, докато се върти, което позволява да се развият монокристални слитъци.
Въпреки че тигелът не говори директно с растящия кристал, взаимодействията между втечнен силиций и SiO ₂ стенни повърхности водят до разтваряне на кислород в стопилката, което може да повлияе на живота на доставчика на услуги и механичната якост на готовите пластини.
В процедурите на DS за фотоволтаичен силиций, масивните кварцови тигли правят възможно контролираното охлаждане на стотици килограми втечнен силиций в слитъци с форма на блок.
тук, покрития като силициев нитрид (Si пет N ЧЕТИРИ) се нанасят върху вътрешната повърхност, за да се избегне свързването и да се подпомогне лесното изстрелване на втвърдения силиконов блок след охлаждане.
3.2 Устройства за унищожаване и ограничения на експлоатационния живот
Въпреки тяхната твърдост, кварцовите тигли се разграждат през дублирани високотемпературни цикли поради няколко свързани устройства.
Плътно течение или изкривяване възниква при продължителна директна експозиция 1400 °C, причинявайки изтъняване на стените и загуба на геометрична честност.
Рекристализацията на разтопен силициев диоксид направо в кристобалит създава вътрешен стрес и тревоги в резултат на увеличаване на обема, вероятно причинявайки счупвания или разцепване, които замърсяват размразяването.
Химическата ерозия възниква от намаляването на реакциите между втечнен силиций и SiO TWO: SiO ДВЕ + Si → 2SiO(ж), генериране на летлив силициев моноксид, който напуска и уврежда повърхността на стената на тигела.
Развитие на балон, задвижвани от уловени газове или ОН групи, допълнително застрашава структурната издръжливост и топлопроводимостта.
Тези пътища на влошаване ограничават разнообразието от цикли на повторна употреба и изискват точен контрол на процеса за оптимизиране на живота на тигела и добива на елементи.
4. Възникващи разработки и технически адаптации
4.1 Покрития и промени на съединенията
За подобряване на производителността и дълголетието, усъвършенстваните кварцови тигели интегрират функционални покрития и композитни структури.
Базираните на силиций противозалепващи слоеве и покрития със силициев диоксид подобряват освобождаването и намаляват отделянето на кислород по време на топенето.
Някои производители интегрират цирконий (ZrO ₂) частици в повърхността на стената на тигела, за да се увеличи механичната якост и устойчивост на девитрификация.
Изследванията са непрекъснати точно в напълно прозрачни или градиентно структурирани тигели, разработени за подобряване на преноса на лъчиста топлина в оформленията на слънчеви отоплителни системи от следващо поколение.
4.2 Устойчивост и предизвикателства при рециклирането
С нарастваща нужда от полупроводниковата и фотоволтаичната промишленост, дълготрайната употреба на кварцови тигли се превърна в проблем.
Използваните тигли, замърсени със силиконови отлагания, трудно се рециклират поради опасност от кръстосано замърсяване, което води до значително генериране на отпадъци.
Инициативите се концентрират върху разработването на рециклируеми облицовки на тигели, подсилени почистващи процедури, и системи за рециклиране със затворен цикъл за възстановяване на силициев диоксид с висока чистота за допълнителни приложения.
Тъй като ефективността на устройството изисква все по-висока чистота на материала, задължението на кварцовите тигли със сигурност ще продължи да напредва с напредъка в науката за продуктите и дизайна на процесите.
В обобщение, кварцовите тигли представляват жизненоважен потребителски интерфейс между ресурсите и високоефективните електронни продукти.
Тяхната единствена по рода си комбинация от чистота, термична якост, и структурният стил позволява производството на модерни технологии, базирани на силиций, които захранват съвременни компютърни системи и системи за възобновяема енергия.
5. Доставчик
Advanced Ceramics основана на октомври 17, 2012, е високотехнологично предприятие, ангажирано с научноизследователска и развойна дейност, производство, обработка, продажби и технически услуги на относителни керамични материали като алуминиеви керамични топки. Нашите продукти включват, но не се ограничават до керамични продукти от борен карбид, Керамични продукти от борен нитрид, Керамични продукти от силициев карбид, Керамични продукти от силициев нитрид, Керамични изделия от циркониев диоксид, и т.н. Ако се интересувате, моля не се колебайте да се свържете с нас.([email protected])
Етикети: кварцови тигли,тигел от стопен кварц,кварцов тигел за силиций
Всички статии и снимки са от интернет. Ако има проблеми с авторските права, моля, свържете се с нас навреме, за да изтриете.
Запитване до нас