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Title:
CRUCIBLE FOR MELTING CRYSTALLINE SILICON, METHOD FOR PRODUCING CRUCIBLE AND SPRAY COATING LIQUID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/036864
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a crucible for melting crystalline silicon, a method for producing the crucible and a spray coating liquid, belongs to the technical field of crucibles, is used for solving the problem that the coating of the existing crucible is easy to peel off and damage during the use process, so impurities cannot be well prevented from permeating, and aims to provide the spray coating liquid for a coating of a crucible for melting crystalline silicon. The spray coating liquid comprises silicon nitride, a sintering additive, and an organic binder, an inorganic binder and a sintering binder which can be bound with a crucible body at normal temperature. Further provided is a crucible which adopts the spray coating liquid. The crucible comprises a crucible body, the internal surface of the crucible body is coated with a coating, and the coating is formed by spraying the spray coating liquid. Also provided is a method for producing the crucible, which produces the crucible for melting crystalline silicon through spray coating, drying, burning off and sintering. The crucible can be repeatedly used, and the coating is not easy to peel off and damage, so the impurities, particularly oxygen element in the crucible body can be effectively prevented from permeating.

Inventors:
ZHANG LIQIANG (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/080128
Publication Date:
March 13, 2014
Filing Date:
July 25, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ZHANG LIQIANG (CN)
International Classes:
C30B35/00; C04B41/87; F27B14/10
Domestic Patent References:
WO2007003354A12007-01-11
Foreign References:
CN102797042A2012-11-28
CN102527594A2012-07-04
CN102167626A2011-08-31
CN102417308A2012-04-18
Attorney, Agent or Firm:
TAIZHOU FANGYUAN PATENT ATTORNEY FIRM (CN)
台州市方圆专利事务所 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1.一种用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在于, 包括坩埚本体 ( 1 ), 所述的坩埚本体 (1 ) 的内表面涂覆有涂层 (2 ), 所述的涂 层(2 )由喷涂液喷涂而成, 所述喷涂液包含氮化硅、烧结添加剂、 在常温下能够与坩埚本体(1 )粘结的有机粘结剂、 无机粘结剂和 烧结粘结剂。

2.根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述的喷涂液包含以下成份的重量份:

氮化硅: 100 ; 烧结添加剂: 0. 05〜6. 0; 无机粘结剂: 0. 05〜6. 0; 有机粘结剂: 0. 5〜50 ;

烧结粘结剂: 1. 0〜40。

3.根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述喷涂液中还包含分散剂。

4. 根据权利要求 3所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述分散剂选自有机硅、 聚乙烯醇、 聚丙烯酸中的一种或几 种。

5.根据权利要求 1或 3或 4所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在于, 所述喷涂液中还包含膨胀剂。

6. 根据权利要求 5所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述的膨胀剂为氨基甲酸乙酯、 氨基乙酸乙酯中的一种或几 种。

7. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述的无机粘结剂为纳米无机粘结剂。

8.根据权利要求 1或 7所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特 征在于, 所述的无机粘结剂选自莫来石、 胶体二氧化硅、 氟硅酸 钠、 磷酸氧化物中的一种或几种。

9. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征在 于, 所述的烧结粘结剂为纳米金属氧化物。

10.根据权利要求 1或 9所述的用于熔解晶体硅的坩埚,其特 征在于, 所述的烧结粘结剂选自氧化铝、 氧化钙、 氧化镁、 二氧 化硅中的一种或多种。

1 1. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征 在于, 所述的有机粘结剂选自聚乙烯醇、 甲基丙烯酸正丙酯、 甲 基丙烯酸正丁酯中的一种或几种。

12. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征 在于, 所述的烧结添加剂选自稀土或稀土氧化物中一种或几种。

13. 根据权利要求 12所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征 在于, 所述的稀土氧化物选自氧化钇、 氧化镧、 氧化镨、 氧化铒 中的一种或几种。

14.根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚,其特征在 于, 所述坩埚本体 (1 ) 采用含氧化铝的原料制成。

15. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征 在于, 所述坩埚本体 (1 ) 采用含氧化钇的原料制成。

16. 根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚, 其特征 在于, 所述坩埚本体 (1 ) 采用含氧化锆的原料制成。

17.根据权利要求 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚,其特征在 于, 所述坩埚本体 (1 ) 采用含氮化硅的原料制成。

18.根据权利要求 1或 3或 14或 15或 16或 17所述的用于熔 解晶体硅的坩埚, 其特征在于, 所述的涂层的平均厚度不小于 lmm 0

19.一种用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的喷涂液, 其特征在 于, 所述喷涂液包含氮化硅、 烧结添加剂、 在常温下能够与坩埚 本体 (1 ) 粘结的有机粘结剂、 无机粘结剂和烧结粘结剂。

20. 根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述喷涂液包含以下成分的重量份:

氮化硅: 100 ; 烧结添加剂: 0. 05〜6. 0; 无机粘结剂: 0. 05〜6. 0; 有机粘结剂: 0. 5〜50 ; 烧结粘结剂: 1 . 0〜40。

2 1.根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述喷涂液中还包含分散剂。

22.根据权利要求 2 1所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述分散剂选自有机硅、 聚乙烯醇、 聚丙 烯酸中的一种或几种。

23.根据权利要求 19或 2 1或 22所述的用于熔解晶体硅的坩 埚的涂层的喷涂液, 其特征在于, 所述喷涂液还包含膨胀剂。

24.根据权利要求 23所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的膨胀剂为氨基甲酸乙酯、 氨基乙酸 乙酯中的一种或几种。

25. 根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的无机粘结剂为纳米无机粘结剂。

26.根据权利要求 19或 25所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂 层的喷涂液, 其特征在于, 所述的无机粘结剂选自莫来石、 胶体 二氧化硅、 氟硅酸钠、 磷酸氧化物中的一种或几种。

27. 根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的烧结粘结剂为纳米金属氧化物。

28. 根据权利要求 19或 27所述的用于熔解晶体硅的坩埚的 涂层的喷涂液, 其特征在于, 所述的烧结粘结剂选自氧化铝、 氧 化钙、 氧化镁、 二氧化硅中的一种或多种。

29. 根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的有机粘结剂选自聚乙烯醇、 甲基丙 烯酸正丙酯、 甲基丙烯酸正丁酯中的一种或几种。

30. 根据权利要求 19所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的烧结添加剂选自稀土或稀土氧化物 中一种或几种。

31. 根据权利要求 30所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 其特征在于, 所述的稀土氧化物选自氧化钇、 氧化镧、 氧化镨、 氧化铒中的一种或几种。

32.—种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 其特征在于, 该 方法包括以下歩骤:

A . 按照重量份比称取氮化硅、 烧结添加剂、 无机粘结剂、 烧 结粘结剂、 有机粘结剂、 分散剂和膨胀剂; 然后加入溶剂中, 混 合均匀, 制成喷涂液;

B . 将歩骤 A中的喷涂液喷涂在坩埚本体的内表面上, 并进行 干燥处理;

C . 重复歩骤 B—次或一次以上, 得到含有喷涂液胚膜的坩埚

D . 将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 升温烧除胚膜中 的有机粘结剂;

E . 在气体环境中, 升温进行烧结处理之后, 冷却, 得到用于 熔解晶体硅的坩埚。

33. 根据权利要求 32所述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方 法, 其特征在于, 在所述的歩骤 B之前先将坩埚本体的内表面进 行打磨处理、 清洗, 干燥。

34. 根据权利要求 32所述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方 法, 其特征在于, 歩骤 B和歩骤 C中重复歩骤 B时所述的喷涂液 的成分为相同或者不同。

35.根据权利要求 32-34 任意一项所述的用于熔解晶体硅的 坩埚的制备方法, 其特征在于, 歩骤 B中所述的干燥处理的温度 为 80 °C〜400 °C。

36.根据权利要求 32-34 任意一项所述的用于熔解晶体硅的 坩埚的制备方法, 其特征在于, 歩骤 E中所述的气体环境选自氧 化性气体环境、 中性气体环境、 还原性气体环境中的一种。

37. 根据权利要求 32-34任意一项所述的用于熔解晶体硅的 坩埚的制备方法, 其特征在于, 歩骤 E中所述的烧结处理的温度 为 400°C〜1400°C。

38. 根据权利要求 32所述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方 法, 其特征在于, 歩骤 E中所述的烧结处理为分段进行烧结处理, 所述的分段进行烧结处理的具体方法为: 首先在 400°C〜600°C进 行烧结处理,然后再在 500°C〜950°C进行烧结处理,最后再在 800 °C〜1400°C进行烧结处理。

Description:
一种用于熔解晶体硅的坩埚及其制备方法和喷 涂液 技术领域

本发明涉及一种坩埚, 尤其涉及一种用于熔解晶体硅的坩埚 及其制备方法和喷涂液, 属于坩埚技术领域。 背景技术

晶体硅是太阳能电池的主要原材料, 但是, 为了获得更高的 转换效率, 更低的光伏发电成本, 因此要求有纯度足够高的晶体 硅, 所以, 就要求有足够高质量的用于熔解晶体硅的坩埚 , 能够 防止杂质的影响或渗入。

现有的用于熔解晶体硅的坩埚,主要是采用石 英制成的坩埚, 由于石英原料的物理性质, 缺点是只能使用 (熔解) 1次就会破 损, 而且在使用过程中, 从制成坩埚的石英原料中会有杂质渗透, 特别是氧元素渗入到熔解状态的晶体硅中, 污染了硅, 导致晶体 硅的纯度降低, 而使该晶体硅制成太阳能电池之后, 电池的转换 效率降低, 增加了成本。 一直以来, 为了解决使用石英坩埚时所 存在的缺陷, 采用在石英坩埚内表面喷涂有涂层以防止氧元 素等 杂质的影响, 如采用氮化硅或氢氧化钡或钡酸盐在坩埚的内 表面 喷涂的方法, 使在内表面形成涂层。 但是, 在实际使用中由于坩 埚与晶体硅的热胀膨系数之间的差异, 容易导致涂层破损、 剥落 的缺点, 从而严重降低晶体硅生产效率, 甚至导致整个晶体硅的 报废。 如仅仅采用氮化硅涂层, 其机械上不牢固, 并可能在使用 期间或甚至在使用之前脱落或剥落, 不利于实际的生产和使用的 操作; 且涂层的厚度只能达到 300微米左右, 不能很好的防止氧 元素等杂质的渗透现象。 发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷, 目的在于提供一种 用于熔解晶体硅的坩埚及其制备方法和喷涂液 , 主要解决的技术 问题是能够实现防止杂质特别是氧元素的渗入 对晶体硅的污染、 在使用过程中涂层不易破损和剥落的目的。

本发明的目的之一是通过下列技术方案来实现 的: 一种用于 熔解晶体硅的坩埚, 包括坩埚本体, 所述的坩埚本体的内表面涂 覆有涂层, 所述的涂层由喷涂液喷涂而成, 所述喷涂液包含氮化 硅、 烧结添加剂、 在常温下能够与坩埚本体粘结的有机粘结剂、 无机粘结剂和烧结粘结剂。

一般的用于熔解晶体硅的坩埚, 氮化硅是涂层的基本原料, 但是不易与坩埚直接形成较好的粘合, 且形成的涂层厚度也只能 达到 300微米左右, 而本发明通过在喷涂液中添加烧结添加剂、 在常温下能够与坩埚本体粘结的有机粘结剂、 无机粘结剂和烧结 粘结剂, 解决了单独使用氮化硅时所存在的问题, 通过在喷涂液 中加入在常温下能够与坩埚本体粘结的有机粘 结剂, 从而更有效 的实现喷涂液与坩埚本体的粘结, 实现提高涂层厚度的效果和实 现使涂层在使用过程中不易剥落和破损的现象 。 解决现有的坩埚 在使用过程中涂层易剥落、 易破损的问题, 而且还能够形成更厚 的涂层厚度, 能够更有效的防止氧元素等杂质的渗透现象。 通过 在喷涂液中加入烧结添加剂, 能够促进在高温下喷涂液中的成分 与坩埚本体的粘结, 能够达到降低烧结温度的目的, 实现提高涂 层厚度的效果, 解决使用过程中涂层不易剥落和破损的现象, 加 入的烧结添加剂的还能够提高涂层的光泽度和 涂层的致密性。 采 用本发明的用于熔解晶体硅的坩埚生产晶体硅 ,得到的晶体硅中 氧元素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 l ppm。 同时, 本发 明的坩埚能够实现重复使用, 解决现有的坩埚只能实现一次性使 用的技术问题, 既能够实现降低生产成本的作用, 又能够保护有 限的地球自然资源。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的涂层厚度不小于 lmmo与现有的涂层只能达到 300微米左右相比, 大大的提高了涂 层的厚度, 能够有效的防止氧元素等杂质对晶体硅的污染 。 作为 优选, 所述的涂层的厚度为 3mn!〜 6mm。 能够更有效的防止氧元素 等杂质因毛细现象渗透涂层而影响晶体硅的纯 度。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 作为优选, 所述的喷涂 液包含以下成分的重量份:

氮化硅: 100; 烧结添加剂: 0.05〜6.0; 无机粘结剂: 0.05〜6.0; 有机粘结剂: 0.5〜50 ;

烧结粘结剂: 1.0〜40 ; 所述的有机粘结剂在常温下能够与坩 埚粘结。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 作为进一歩的优选, 所 述的喷涂液包含以下成分的重量份:

氮化硅: 100; 烧结添加剂: 1.0〜3.0; 无机粘结剂: 1.0〜3.0; 有机粘结剂: 1.0〜20 ;

烧结粘结剂: 1.0〜10 ; 所述的有机粘结剂在常温下能够与坩 埚形成粘结。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的喷涂液中还包含 分散剂。 能够使喷涂液中的组成成分分散更均匀, 不会发生凝结 现象。 作为优选, 所述的分散剂选自有机硅、 聚乙烯醇、 聚丙烯 酸中的一种或几种, 当然所述的分散剂并不限于上述范围。 作为 更进一歩的优选, 所述的分散剂的重量份为 0.01〜3.0。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的喷涂液中还包含 膨胀剂。 使烧结后形成的涂层在使用过程中, 能够经受晶体硅熔 解和凝固过程中膨胀的压力, 使不易破损。 作为优选, 所述的膨 胀剂为氨基甲酸乙酯、氨基乙酸乙酯或者类似 物中的一种或几种。 作为进一歩的优选, 所述的膨胀剂加入的重量份 0.05〜5.0。 在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的喷涂液中还包含 溶剂。 所述的溶剂可以是水或有机溶剂。 作为优选, 所述有机溶 剂选自异丙醇、 丙醇、 乙醇等。 溶剂的重量不计算入喷涂液中重 量份。 并且所述的溶剂能够调节喷涂液的粘度。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述坩埚本体采用含氧 化铝的原料制成。 采用氧化铝能够使坩埚在使用过程中能够经受 晶体硅熔解和凝固过程中膨胀的压力的影响, 不易破损。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的坩埚本体采用含 氧化钇的原料制成。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的坩埚本体采用含 氧化锆的原料制成。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的坩埚本体采用含 氮化硅的原料制成。

当然, 在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的坩埚本体 采用含氧化铝、 氧化钇、 氧化锆、 氮化硅中的一种或几种原料制 成。 同样能够使制成的坩埚具有较好的耐膨胀性, 能够承受晶体 硅熔解和凝固过程中膨胀的压力, 保证坩埚及涂层不易破损和脱 在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 喷涂液中所述的烧结粘 结剂选自金属氧化物。 作为优选, 所述的金属氧化物为纳米金属 氧化物。 通过控制金属氧化物的粒径, 能够提高烧结过程中涂层 与坩埚本体之间的粘结力。 进一歩的优选, 所述的纳米金属氧化 物的粒径为 80〜800纳米。 更进一歩的优选, 所述的金属氧化物 选自氧化铝、 氧化钙、 氧化镁、 二氧化硅或者类似物中的一种或 多种。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 喷涂液中所述的无机粘 结剂为纳米无机粘结剂。 作为优选, 所述的无机粘结剂选自莫来 石、 胶体二氧化硅、 氟硅酸钠、 磷酸氧化物或者类似的物质中的 一种或几种。 能够增强坩埚本体与氮化硅、 烧结粘结剂、 烧结添 加剂之间的粘结。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 喷涂液中所述的有机粘 结剂只要在常温下能够与坩埚本体粘结, 均可作为本发明的有机 结粘剂。 从而能够有效的提高喷涂液与坩埚本体之间的 粘结性, 有利于提高涂层的厚度。 作为优选, 所述的在常温下能够与坩埚 粘结的有机粘结剂选自聚乙烯醇、 甲基丙烯酸正丙酯、 甲基丙烯 酸正丁酯或类似物中的一种或几种。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚中, 所述的烧结添加剂选自 稀土或稀土氧化物中一种或几种。 能够降低烧结时的温度, 节约 能源, 又能够增加烧结后涂层的致密性。 作为优选, 所述的稀土 选自钇、 铒、 锆、 镨中的一种或几种; 所述的添加剂选自氧化钇、 氧化镧、 氧化镨、 氧化铒或类似物中的一种或几种。

本发明的另一个目的在于提供一种用于熔解晶 体硅的坩埚的 制备方法, 该方法包括以下歩骤:

A.按照重量份比称取氮化硅、 烧结添加剂、 无机粘结剂、 烧 结粘结剂、 有机粘结剂、 分散剂和膨胀剂; 然后加入溶剂中, 混 合均匀, 制成喷涂液;

B.将歩骤 A中的喷涂液喷涂在坩埚本体的内表面上, 并进行 干燥处理;

C.重复歩骤 B—次或一次以上,得到含有喷涂液胚膜的坩 ;

D.将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 升温烧除胚膜中 的有机粘结剂;

E.在气体环境中, 再次升温进行烧结处理之后, 冷却, 得到 用于熔解晶体硅的坩埚。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 所述的坩埚 本体按照本领域常规的方法烧制而成即可。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 在所述的歩 骤 B之前先将坩埚本体的内表面打磨处理, 清洗, 干燥。 通过在 喷涂涂层之前将坩埚本体表面进行打磨处理, 能够增加坩埚本体 的表面粗糙度, 提高喷涂液与坩埚本体的粘结力, 更有效的提高 涂层与坩埚本体的结合力, 提高涂层的厚度, 防止涂层剥落现象。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 B和歩 骤 C中重复歩骤 B时所述的喷涂液的成分为相同或者不同。 也就 是说歩骤 C中所述的重复歩骤 B时采用的喷涂液的组成成分与歩 骤 B中的喷涂液的组成成分为相同或不同。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 B中所 述的喷涂液的粘度为相同或不同。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 B中所 述的干燥处理的温度为 80 °C〜400 °C。 其作用是使溶剂从涂层中 蒸发。 作为优选, 所述的干燥处理的温度为 100 °C〜150 °C, 所述 的干燥处理的升温速率为 0. 5 °C /min〜l . 0 °C /min。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 D中所 述的气体环境选自氧化性气体环境、 中性气体环境或还原性气体 环境中的一种。 作为优选, 歩骤 D中所述的气体环境为氧化性气 体环境。 所述的氧化性气体环境如空气气体环境、 氧气气体环境 等。 在氧化性气体环境下, 结合本发明的喷涂液, 烧除效果好。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 D中所 述的烧除胚膜中的有机粘结剂时的温度为 400 °C〜 1000 °C。 本发 明的有机粘结剂的作用在于在常温下, 能够使涂层增厚, 并保持 该厚度, 但是, 对于晶体硅来说, 有机粘结剂为为杂质, 所以需 要在烧结前去除。 在该温度范围内能够更有效的烧除涂层中的有 机粘结剂, 又能够促进烧结粘结剂与坩埚本体的烧结。作 为优选, 所述的烧除胚膜中的有机粘结剂时的温度为 500 °C〜700 °C。作为 进一歩的优选, 所述的烧除胚膜中的有机粘结剂是在氧化性气 体 环境中进行。 在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法中 , 歩骤 E中所 述的烧结处理的温度为 400 °C〜1400 °C。 作为优选, 所述的烧结 处理为分段进行烧结处理。 作为进一歩的优选, 所述的分段进行 烧结处理的具体方法为: 首先在 400 °C〜600 °C进行烧结处理, 然 后再在 500 °C〜950 °C进行烧结处理, 最后再在 800 °C〜1400 °C进 行烧结处理。

综上述所, 本发明与现有技术相比, 具有以下优点:

1.本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 通过对涂层材料的发明 和坩埚本体材料的选择, 涂层不易剥落且不易破损, 能够使本发 明的坩埚具有较好的耐膨胀性, 在用于熔解晶体硅过程中不会因 晶体硅熔解和凝固时, 膨胀的因素使涂层剥落的现象, 能够使制 备得到的坩埚实现重复使用的效果, 能够重复使用至少 10 次以 上, 与现有技术中的坩埚只能实现一次使用效果相 比, 提高了坩 埚的使用寿命, 既能够实现降低生产成本的作用, 又能够保护有 限的地球自然资源。

2.本发明的用于熔解晶体硅的坩埚,在晶体硅 熔解过程中, 能够有效的防止坩埚本体中氧元素等杂质对晶 体硅的渗透而污染 晶体硅的缺陷, 从而使得到的晶体硅用于太阳能电池时能够提 高 太阳能电池的转换效率, 减少硅原材料的使用量, 降低了太阳能 电池的生产成本, 且同样能够有效的利用自然资源。

3.本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 从最终结果看, 能够降 低太阳能电池的生产成本, 加快了太阳能普及速度, 减少石油类 资源的消耗, 保护了地球自然资源。

4.本发明的用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法 能够更有效 的使本发明的喷涂液喷涂和烧结在坩埚本体的 内表面, 工艺过程 相对易于操作, 有利于工业化生产。 且本发明的方法能够进一歩 保证坩埚表面形成的涂层的厚度, 同样能够提高坩埚防止坩埚本 体内氧元素等杂质对熔解状态晶体硅的污染和 渗透现象。 附图说明

图 1是本发明的一种用于熔解晶体硅的坩埚的立 图; 图 2是本发明的另一种用于熔解晶体硅的坩埚的 体图; 图 3是本发明的图 1所示的用于熔解晶体硅的坩埚的剖视图; 图中: 1.坩埚本体; 2.涂层; 具体实施方式

下面通过具体实施例, 对本发明的技术方案作进一歩具体的 说明, 但是本发明并不限于这些实施例。

本发明的一种用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的 喷涂液, 所述 喷涂液含有氮化硅、 烧结添加剂、 在常温下能够与坩埚本体 1粘 结的有机粘结剂、 无机粘结剂和烧结粘结剂。

作为优选, 本实施例中所述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂 层 的喷涂液包含以下成分的重量份:

氮化硅: 100; 烧结添加剂: 0.05〜6.0; 无机粘结剂: 0.05〜6.0; 有机粘结剂: 0.5〜50 ;

烧结粘结剂: 1.0〜40 ; 所述的有机粘结剂在常温下能够与坩 埚粘结。

更进一歩的优选, 所述的喷涂液包含以下成分的重量份: 氮化硅: 100; 烧结添加剂: 1.0〜3.0; 无机粘结剂: 1.0〜3.0; 有机粘结剂: 1.0〜20 ;

烧结粘结剂: 1.0〜10 ; 所述的有机粘结剂在常温下能够与坩 埚本体粘结。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的喷涂 液中, 还可以 包含分散剂或膨胀剂中的一种或两种, 分散剂能够提高喷涂液的 均匀性, 膨胀剂能够提高涂层的耐压力能力, 更能够经受晶体硅 熔解和凝固过程中膨胀压力, 不易破损。 作为优选, 所述的分散 剂选自有机硅、 聚乙烯醇、 聚丙烯酸中的一种或几种; 所述的膨 胀剂选自氨基乙酸乙酯或氨基甲酸乙酯中的一 种或两种。

在上述的用于熔解晶体硅的坩埚的涂层的喷涂 液中还包含溶 剂。 所述的溶剂为水或有机溶剂。 作为优选, 所述有机溶剂选自 异丙醇、 丙醇、 乙醇等。 溶剂的重量份不计算入喷涂液中重量份。

以下表 1是本发明的实施例中所用的喷涂液包含以下 分的 重量份; 表 1中所述的有机粘结剂为在常温下能够与坩埚 体粘 结的有机粘结剂;

表 1 :

上述表 1中所述的 " 一 " 表示没有加入该成分。

在上述表 1中所述的喷涂液中, 所述的烧结添加剂的加入, 其含: 烧结之后, 坩埚涂层的光泽度会 ίί

在上述表 1中所述的喷涂液中, 所述的在常温下能够与坩埚 本体粘结的有机粘结剂,从而更有效的实现喷 涂液与坩埚的粘结, 实现提高涂层厚度的效果和实现涂层不易剥落 和破损的现象。 随 着在常温下能够与坩埚本体粘结的有机粘结剂 的含量的增加, 烧 结之后, 坩埚涂层会呈现少量黑化现象; 在上述表 1中所述的喷涂液中,随着无机粘结剂含量的 加, 烧结之后形成的涂层有存在容易剥落的趋势, 会影响产品的成品 -;

在上述表 1中所述的喷涂液中,随着烧结粘结剂含量的 加, 烧结之后的形成的涂层有龟裂的现象, 会影响产品的成品率。 其 中, 表 1中相应的编号 1一 5中所述的 "烧结粘结剂"至少选两种 以上 (包括两种) 的烧结粘结剂。

表 1中编号 1中所述的烧结添加剂为稀土铒; 所述的在常温 下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为甲基丙烯酸 正丁酯; 所述的无 机粘结剂为莫来石; 所述的烧结粘结剂为粒径为 400纳米的氧化 铝和粒径为 400纳米的二氧化硅; 所述的分散剂为聚丙烯酸。

表 1中编号 2中所述的烧结添加剂为氧化镨; 所述的在常温 下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为聚乙烯醇; 所述的无机粘结剂 为胶体二氧化硅; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 300纳米的氧化 钙和氧化镁的混合物, 两者的重量比为 1 : 1 ; 所述的分散剂为有 机硅。

表 1中编号 3中所述的烧结添加剂为氧化钇和氧化铒的混 物, 氧化钇与氧化铒的重量比为 2 : 0. 5; 所述的在常温下能够与 坩埚粘结的有机粘结剂为甲基丙烯酸正丙酯; 所述的无机粘结剂 为氟硅酸钠; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 500纳米的氧化铝和 氧化镁的混合物, 氧化铝与氧化镁的重量比为 3 : 1; 所述的分散 剂为聚丙烯酸。

表 1中编号 4中所述的烧结添加剂为稀土镨和稀土铒的混 物, 镨与铒的重量比为 3 : 1; 所述的在常温下能够与坩埚粘结的 有机粘结剂为甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸 正丙酯的混合物, 重量比为 1 : 1; 所述的无机粘结剂为磷酸氧化铜; 所述的烧结粘 结剂为粒径均为 400纳米的氧化铝, 所述的分散剂为有机硅。

表 1中编号 5中所述的烧结添加剂为氧化镨、 氧化铒和氧化 镧的混合物, 氧化镨: 氧化铒: 氧化镧的重量比为 1 : 2: 1; 所 述的在常温下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为 聚乙烯醇与甲基丙 烯酸正丁酯的混合物, 两者的重量比为 1 : 1 ; 所述的无机粘结剂 为磷酸氧化锌;所述的烧结粘结剂为粒径均为 300纳米的氧化铝、 氧化钙和氧化镁的混合物, 重量比为 1 : 1: 1 ; 所述的分散剂为 有机硅和聚丙烯酸的混合物, 重量比为 1 : 1。

表 1中编号 6中所述的烧结添加剂为氧化钇; 所述的在常温 下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为聚乙烯醇; 所述的无机粘结剂 为粒径 300纳米的莫来石和粒径为 400纳米的胶体二氧化硅的混 合物, 两者的重量比为 1 : 1 ; 所述的烧结粘结剂为粒径为 400纳 米的氧化铝、 400纳米的氧化镁和粒径为 400纳米的二氧化硅, 重量比为 1 : 3: 1; 所述的分散剂为有机硅; 所述的膨胀剂为氨 基甲酸乙酯。

表 1中编号 7中所述的烧结添加剂为氧化镨、 氧化铒和氧化 镧的混合物, 氧化镨: 氧化铒: 氧化镧的重量比为 1 : 4: 2; 所 述的在常温下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为 聚乙烯醇与甲基丙 烯酸正丁酯的混合物, 两者的重量比为 3 : 1; 所述的无机粘结剂 为氟硅酸钠; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 300纳米的氧化铝和 氧化镁的混合物, 重量比为 1 : 1 ; 所述的分散剂为聚丙烯酸所述 的膨胀剂为氨基乙酸乙酯。

表 1中编号 8中烧结添加剂为氧化钇和氧化铒的混合物, 氧 化钇与氧化铒的重量比为 2 : 0. 5; 所述的在常温下能够与坩埚粘 结的有机粘结剂为甲基丙烯酸正丙酯; 所述的无机粘结剂为莫来 石; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 200纳米的氧化铝和氧化镁的 混合物, 氧化铝与氧化镁的重量比为 3 : 1; 所述的分散剂为聚丙 烯酸; 所述的膨胀剂为氨基甲酸乙酯和氨基乙酸乙酯 的混合物。

表 1中编号 9中所述的烧结添加剂为氧化钇; 所述的在常温 下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为甲基丙烯酸 正丁酯; 所述的无 机粘结剂为磷酸氧化锌;所述的烧结粘结剂为 800纳米的氧化镁; 所述的分散剂为聚丙烯酸; 所述的膨胀剂为氨基甲酸乙酯。

表 1中编号 10中所述的烧结添加剂为氧化钇和氧化铒的混 物, 氧化钇与氧化铒的重量比为 2 : 0. 5; 所述的在常温下能够与 坩埚粘结的有机粘结剂为甲基丙烯酸正丙酯; 所述的无机粘结剂 为胶体二氧化硅; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 500纳米的氧化 铝和氧化镁的混合物, 氧化铝与氧化镁的重量比为 3 : 1; 所述的 分散剂为聚丙烯酸; 所述的膨胀剂为氨基乙酸乙酯。

表 1中编号 1 1中所述的烧结添加剂为稀土钇;所述的在常 下能够与坩埚粘结的有机粘结剂为甲基丙烯酸 正丙酯; 所述的无 机粘结剂为磷酸氧化铜; 所述的烧结粘结剂为粒径均为 500纳米 的氧化铝; 所述的分散剂为有机硅; 所述的膨胀剂为氨基甲酸乙 酯。

在上述表 1 中所述的喷涂液中, 其中, 表 1 中相应的编号 1 喷涂液中还含有溶剂异丙醇; 表 1中相应的编号 2喷涂液中还含 有溶剂丙醇; 表 1中相应的编号 3喷涂液中还含有溶剂乙醇; 表 1 中相应的编号 4喷涂液中还含有溶剂乙醇和丙醇的混合溶剂 表 1中相应的编号 5喷涂液中还含有溶剂乙醇和水的混合溶剂; 表 1中相应的编号 6- 1 1的喷涂液中相应的含有水或有机溶剂中的 一种或几种; 喷涂液中加入溶剂能够调节喷涂液的粘度。

实施例 1

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

然后, 使用上述表 1中编号 1的喷涂液均匀的喷涂在上述氧 化铝陶瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1 小时, 重复上述喷涂和干燥处理 1次, 得到含有喷涂液胚膜的坩 埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境

(空气环境中)中, 升温至 400 °C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中的 有机粘结剂;

然后, 在氧化性气体环境 (空气环境) 中, 继续升温, 升温 速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 1400 °C并保持温度进行烧 结处理 10小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶 体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石 探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层不剥落, 涂层表面的划 痕比较深, 但不影响使用。

实施例 2

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 3的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min, 升温至 10CTC并保持温度进行干燥处理 1 小时; 重复上述喷涂和干燥处理 1次, 得到含有喷涂液胚膜的坩 埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境 (氧气气体环境中) 中, 升温至 450 °C, 并保持 3小时, 烧除胚 膜中的有机粘结剂;

然后, 在氧气气体环境中, 继续升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 1200 °C并保持温度进行烧结处理 12小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂 层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行 划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结强度比实施例 1中的 涂层与坩埚本体的粘结强度要强。

实施例 3

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 5的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min,升温至 80 °C并保持温度进行干燥处理 1. 5 小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 1次, 得到含有喷涂液胚膜 的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境 (空气气体环境中) 中, 升温至 550 °C, 并保持 5小时, 烧除胚 膜中的有机粘结剂;

然后, 在氧化性气体环境 (空气气体环境) 中, 继续升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 1000 °C并保持温度进 行烧结处理 12小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔 解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的 钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层不剥落, 仅有微小 的划痕, 不影响实际使用。

实施例 4

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度; 然后, 使用上述表 1中编号 1的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min, 升温至 150 °C并保持温度进行干燥处理 1. 0小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 1 次, 得到含有喷涂液 胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境 中 (空气气体环境), 升温至 350 °C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中 的有机粘结剂;

然后, 在氮气气体环境中, 继续升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 800 °C并保持温度进行烧结处理 14小时, 然 后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层 的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划 痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结强度与实施例 1中得到 的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度相当,但 不影响实际的使用。

实施例 5

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求即可;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 3的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 1. 0 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1. 0小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 1 次, 得到含有喷涂液 胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境 (氧气气体环境) 中, 升温至 400 °C, 并保持 3小时, 烧除胚膜 中的有机粘结剂; 然后, 在中性气体环境 (氩气气体环境) 中, 继续升温, 升 温速率为 3°C/min, 升温至烧结处理温度 1300°C并保持温度进行 烧结处理 8小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解 晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻 石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结强 度不如实施例 3中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度 但 不影响使用。

实施例 6

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99.8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求即可;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 5的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 1.0°C/min, 升温至 200°C并保持温度进行干燥处理 1.0小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 2次, 得到含有喷涂液 胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中, 在氧化性气体环境 (氧气气体环境) 中, 升温至 450°C, 并保持 3小时, 烧除胚膜 中的有机粘结剂;

然后, 在中性气体环境 (氩气气体环境) 中, 继续升温, 升 温速率为 4°C/min,升温至烧结处理温度 400°C并保持温度进行烧 结处理 2小时, 再以升温速率为 4°C/min升温至 500°C并保持温 度进行烧结处理 4小时, 再以升温速率为 4°C/min的速率升温至 800°C并保持温度进行烧结处理 6小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得 到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使 用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层 与坩埚本体的粘结强度比实施例 1 中得到的坩埚的涂层与坩埚本 体的粘结强度要强。

实施例 7

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求即可;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 1的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 8 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1. 0小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 3次, 得到含有喷涂液 胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中,在氧 气气体环境中, 升温至 500 °C, 并保持 2小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 在还原性气体环境中 (氢气气体环境) 中, 继续升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 1300 °C并保持温度进 行烧结处理 12小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔 解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的 钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结 强度低于实施例 4中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度 但不影响使用。

实施例 8

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求即可;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度; 然后, 使用上述表 1中编号 3的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 1. 0 °C /min, 升温至 100 °C并保持温度进行干燥处理 2. 0小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 1 次, 得到含有喷涂液 胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中,在空 气气体环境中, 升温至 650 °C, 并保持 4小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 在还原性气体环境 (一氧化碳气体环境) 中, 继续升 温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 1000 °C并保持温 度进行烧结处理 14小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用 于熔解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微 米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的 粘结强度低于实施例 5中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强 度。

实施例 9

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求即可;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 5的喷涂液均匀的喷涂在上述经 过打磨的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min,升温至 90 °C并保持温度进行干燥处理 4. 5 小时; 重复上述喷涂和干燥处理过程 1次, 得到含有喷涂液胚膜 的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚放入加热炉中,在氧 气气体环境中, 升温至 400 °C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 在还原性气体环境 (氢气气体环境) 中, 继续升温, 升温速率为 4 °C /min, 升温至烧结处理温度 1200 °C并保持温度进 行烧结处理 12小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔 解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的 钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结 强度低于实施例 6中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度

实施例 10

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 1中所述的方法一致, 区别在于采用编号 2的喷涂液代替 实施例 1中的编号 1喷涂液, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩 埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕 仪进行划痕测试, 结果表明涂层不剥落, 仅有微小的划痕。

实施例 1 1

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 3中所述的方法一致, 区别在于采用编号 4的喷涂液代替 实施例 3中的编号 5喷涂液, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩 埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕 仪进行划痕测试, 结果表明涂层不剥落, 仅有微小的划痕。

实施例 12

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 2中所述的方法一致, 区别在于采用编号 8的喷涂液代替 实施例 2中的编号 3喷涂液, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩 埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕 仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结强度高于实施 例 2中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度

实施例 13

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 4中所述的方法一致,区别在于采用编号 1 1的喷涂液代替 实施例 4中的编号 1喷涂液, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩 埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕 仪进行划痕测试, 结果表明涂层与坩埚本体的粘结强度高于实施 例 4中得到的坩埚的涂层与坩埚本体的粘结强度

实施例 14

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 4中所述的方法一致, 区别在于采用编号 6或编号 7或编 号 9或编号 10的喷涂液中的一种代替实施例 3中的编号 5喷涂液, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度不小于 lmm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 结果表明涂 层与坩埚本体的粘结强度高于实施例 5中得到的坩埚的涂层与坩 埚本体的粘结强度。

实施例 15

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 1的喷涂液均匀的喷涂在上述氧 化铝陶瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1 小时;

采用第一次喷涂时相同的喷涂液, 重复上述的喷涂和干燥处 理, 即采用上述表 1中编号 1的喷涂液再次喷涂在上述经过打磨 的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速 率为 0. 5 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1小时, 相同的条件下重复交替进行喷涂和干燥处理 10次,得到含有喷涂 液胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚入加热炉中, 在空气气体环境中, 升温至 400°C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂; 然后, 继续在空气气体环境中升温, 升温速率为 5°C/min, 升温至烧结处理温度 600°C并保持温度进行烧结处理 1 小时, 再 以升温速率为 5°C/min,升温至烧结处理温度 800°C并保持温度进 行烧结处理 2小时, 最后再以升温速率为 5°C/min, 升温至烧结 处理温度 1200°C并保持温度进行烧结处理 8小时,缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度为 5mm。 使用 直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 测试涂层与坩本 体的粘结强度, 结果表明没有剥落现象。

实施例 16

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99.8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 6的喷涂液均匀的喷涂在上述氧 化铝陶瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0.5°C/min, 升温至 120°C并保持温度进行干燥处理 1 小时;

采用第一次喷涂时相同的喷涂液, 重复上述的喷涂和干燥处 理, 即采用上述表 1中编号 6的喷涂液再次喷涂在上述经过打磨 的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速 率为 0.5°C/min, 升温至 120°C并保持温度进行干燥处理 1小时, 相同的条件下重复交替进行喷涂和干燥处理 8次, 得到含有喷涂 液胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚入加热炉中,在氧化 性气体环境(氧 气气体环境) 中, 升温至 550°C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中的 有机粘结剂; 然后, 继续在空气气体环境中升温, 升温速率为 5°C/min, 升温至烧结处理温度 500°C并保持温度进行烧结处理 3小时, 再 以升温速率为 5°C/min,升温至烧结处理温度 950°C并保持温度进 行烧结处理 2小时, 最后再以升温速率为 5°C/min, 升温至烧结 处理温度 1400°C并保持温度进行烧结处理 9小时,缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度为 5mm。 使用 直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 测试涂层与坩本 体的粘结强度, 结果表明没有剥落现象。

实施例 17

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99.8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后,使用上述表 1中编号 10的喷涂液均匀的喷涂在上述氧 化铝陶瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0.5°C/min, 升温至 120°C并保持温度进行干燥处理 1 小时;

采用第一次喷涂时相同的喷涂液, 重复上述的喷涂和干燥处 理,即采用上述表 1中编号 10的喷涂液再次喷涂在上述经过打磨 的坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速 率为 0.5°C/min, 升温至 120°C并保持温度进行干燥处理 1小时, 相同的条件下重复交替进行喷涂和干燥处理 8次, 得到含有喷涂 液胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚入加热炉中, 在空气气体环境中, 升温至 500°C, 并保持 2小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 继续在空气气体环境中升温, 升温速率为 3°C/min, 升温至烧结处理温度 1000°C并保持温度进行烧结处理 14小时, 然后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂 层的厚度为 5mm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕 测试, 测试涂层与坩本体的粘结强度, 结果表明没有剥落现象。

实施例 18

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 15中所述的方法一致, 区别在于采用编号 6- 1 1的喷涂液 中的一种代替实施例 15中的编号 1喷涂液,得到本发明的用于熔 解晶体硅的坩埚, 涂层的厚度均能够达到 5mm以上。 使用直径为 5 微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 测试涂层与坩本体的粘 结强度, 结果表明采用上述不同的喷涂液分别进行具体 实施均没 有剥落现象。

实施例 19

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 3的喷涂液喷涂在上述氧化铝陶 瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速 率为 0. 5 °C /min, 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1小时; 采用编号 1的喷涂液, 所述的编号 1的喷涂液与上述的编号 3 的喷涂液的粘度不同, 重复上述的喷涂和干燥处理, 即使用上 述表 1中编号 1的喷涂液再次喷涂在上述经过打磨的坩埚本 的 内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min , 升温至 120 °C并保持温度进行干燥处理 1 小时, 相同的条 件下重复交替上述采用编号 3的喷涂液和采用编号 1的喷涂液时 的喷涂和干燥处理 5次, 即总共进行 10次喷涂和干燥处理, 得到 含有喷涂液胚膜的坩埚; 将含有喷涂液胚膜的坩埚入加热炉中, 在空气气体环境中, 升温至 450 °C, 并保持 3小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 继续在空气气体环境中升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 800 °C并保持温度进行烧结处理 12小时, 然 后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层 的平均厚度为 6mm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划 痕测试, 测试涂层与坩本体的粘结强度, 结果表明没有剥落现象。

实施例 20

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体方法如下: 采用纯度为 99. 8%氧化铝为原料烧制成 3000mL容量的氧化铝 陶瓷坩埚本体, 其形状适合熔解晶体硅的设备的要求;

将上述的氧化铝陶瓷坩埚本体的内表面进行打 磨处理, 增加 坩埚本体内表面的粗糙度;

然后, 使用上述表 1中编号 6的喷涂液喷涂在上述氧化铝陶 瓷坩埚本体的内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速 率为 0. 5 °C /min , 升温至 100 °C并保持温度进行干燥处理 1小时; 采用编号 8的喷涂液, 所述的编号 8的喷涂液与上述的编号 6 的喷涂液的粘度不同, 重复上述的喷涂和干燥处理, 即使用上 述表 1中编号 8的喷涂液再次喷涂在上述经过打磨的坩埚本 的 内表面上, 在空气中采用红外线加热升温, 升温速率为 0. 5 °C /min , 升温至 100 °C并保持温度进行干燥处理 1 小时, 相同的条 件下重复交替上述采用编号 6的喷涂液和采用编号 8的喷涂液时 的喷涂和干燥处理 4次, 即总共进行 8次喷涂和干燥处理, 得到 含有喷涂液胚膜的坩埚;

将含有喷涂液胚膜的坩埚入加热炉中, 在氧气气体环境中, 升温至 450 °C, 并保持 4小时, 烧除胚膜中的有机粘结剂;

然后, 继续在氧气气体环境中升温, 升温速率为 5 °C /min, 升温至烧结处理温度 900 °C并保持温度进行烧结处理 1 1小时, 然 后, 缓慢降温冷却, 得到本发明的用于熔解晶体硅的坩埚, 涂层 的平均厚度为 6mm。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划 痕测试, 测试涂层与坩本体的粘结强度, 结果表明没有剥落现象。

实施例 21

一种用于熔解晶体硅的坩埚的制备方法, 具体的制备方法同 实施例 15中所述的方法一致,区别在于采用编号 2-5的喷涂液中 的任意一种代替实施例 15中的编号 1喷涂液,并采用中性气体环 境或还原性气体环境代替实施例 15中的氧化性气体环境,得到本 发明的用于熔解晶体硅的坩埚,涂层的厚度均 能够达到 5mm以上。 使用直径为 5微米的钻石探针划痕仪进行划痕测试, 测试涂层与 坩本体的粘结强度, 结果表明采用上述不同的喷涂液分别进行具 体实施均没有剥落现象。

应用实施例 1

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 1得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 1中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用坩埚 100次为目标, 重复 上述的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚 的重复使用效果。 结果表明, 本发明的实施例 1中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均使用 20次之后,涂层才有剥落或破损现象。采用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 2

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 4得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 4中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 4中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 15次之后, 涂层才有剥落或破损现象。 采用 T0F-SIMS (飞行 时间二次离子质谱仪)进行测试, 晶体硅中氧元素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 l ppm 0

应用实施例 3

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 7得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 7中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 7中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 10次之后, 涂层才有剥落或破损现象。 采用 T0F-SIMS (飞行 时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的浓 度,晶体硅中氧元素 的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 4

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 3得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 3中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 3中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100 次之后, 涂层才没有剥落, 但有龟裂现象。 采用 T0F-SIMS (飞行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂 的浓度, 晶体硅中氧元素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。 应用实施例 5

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 6得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 6中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 6中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次前后, 涂层才有剥落和破损现象。 采用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 6

在实际的晶体硅熔解的生产中, 采用本发明的实施例 9得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 9中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 9中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 40次前后, 涂层才有剥落、 破损现象。 采用 T0F-SIMS (飞行 时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的浓 度,晶体硅中氧元素 的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 7

在实际的晶体硅熔解的生产中,采用本发明的 实施例 15得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 15中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 15中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次之后,涂层没有剥落,但有龟裂现象。采 用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 8

在实际的晶体硅熔解的生产中,采用本发明的 实施例 18得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 18中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 18中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次之后,涂层没有剥落,没有龟裂现象。采 用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 9

在实际的晶体硅熔解的生产中,采用本发明的 实施例 19得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 19中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 19中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次之后,涂层没有剥落,没有龟裂现象。采 用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 10 在实际的晶体硅熔解的生产中,采用本发明的 实施例 17得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 17中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 17中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次之后,涂层均没有剥落和龟裂现象。采用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

应用实施例 1 1

在实际的晶体硅熔解的生产中,采用本发明的 实施例 16得到 的用于熔解晶体硅的坩埚, 即将纯度为 99. 9999%的硅原料加入到 本发明实施例 16中得到的坩埚中, 然后在氩气气体环境中, 升温 至 1550 °C熔解硅原料, 保持温度 10小时, 单向冷却至凝固, 得 到晶体硅。 采用同一坩埚, 以重复使用 100次为目标, 重复上述 的晶体硅的生产过程来测试本发明的坩埚的重 复使用效果。 结果 表明, 本发明的实施例 16中得到的用于熔解晶体硅的坩埚, 平均 使用 100次之后,涂层均没有剥落和龟裂现象。采用 T0F-SIMS (飞 行时间二次离子质谱仪)测试晶体硅中杂质的 浓度,晶体硅中氧元 素的浓度小于 0. 2ppm, 碳元素的浓度小于 lppm。

从上述的实施例及应用实施例中可以看出, 本发明的喷涂液 成分的的各种组合, 在非常广泛的范围内, 均能够达到本发明的 目的。

本发明的上述实施例中, 使用的坩埚本体是采用氧化铝原料 制成, 但是, 采用氮化硅、 氧化锆、 氧化钇原料制成的坩埚, 均 能够达到本发明的目的, 得到的坩埚均能够重复使用 10次以上。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精 神作举例说 明。 本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述 的具体实施例 做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代, 但并不会偏离 本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义 的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一 些具体实施 例, 但是对本领域熟练技术人员来说, 只要不离开本发明的精神 和范围可作各种变化或修正是显然的。