熔融石英坩埚具有较好的热稳定性、较低的热膨胀系数和热导率，而且在高温下不会与硅发生化学反应，因此广泛的应用于多晶硅的铸锭生产中。除此之外，石英陶瓷还具备良好的介电强度，是好的电绝缘体和光波反射体。由于熔融石英陶瓷具有上述诸多优良的性质，因此自问世以来，迅速得到推广及应用，其应用领域涉及到冶金、化工、电工、航空航天等工业领域。
一、熔融石英坩埚介绍
太阳能电池作为一种清洁能源受到世界范围内的广泛重视。太阳能电池的主要分类如下图1-1所示，多晶硅的转化效率及产量高，而且对原料要求相对较低，因此是产业化比率最高的材料
熔融石英坩埚是熔融石英陶瓷的一种,广泛应用于太阳能光伏行业的多晶硅铸锭技术中,由于目前多晶硅锭基本为方形,故熔融石英坩埚常称为石英方坩埚在多晶硅铸锭过程中，熔融石英坩埚所处的使用环境非常苛刻，要承受1550°C的高温并一次性连续工作50h以上，因此对石英坩埚所采用的原料纯度及各项性能要求较高，因此坩埚的生产技术难度较大，它是多品硅生产过程中的关键性消耗品照。目前市场的主流产品有G5系列、G6系列，其尺寸分别为883mmx883mmx420mm/480 mm、1040mmx1040 mmx500mm。随着光伏行业的迅速发展G6系列坩埚逐步成为多品硅铸锭用容器的主流需求。目前石英埚的发展趋势为大尺寸、壁薄，因此对坩埚的生产提出了更高的工艺要求。
根据中国电子材料行业协会近期调查，目前国内石英坩埚的主要生产厂家有六所，其产能状况如表1-2所示。
石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅铸锭过程中的关键消耗性部件，尽管目前多晶硅原料的价格高以及供应紧缺让业内人士似乎忽视了其他的问题,但石英陶瓷坩埚是多晶硅生产过程中除硅料外成本消耗最大的辅助材料，还受制于人，依然是企业面临的一个重要问题。此外,进口坩埚的数量在我国还占据着较大的比例,因此实现坩埚的国产化,从而大大降低多品硅铸锭的生产成本依然是很多企业为之不断奋斗的目标。
二、石英陶瓷坩埚的制备工艺
石英陶瓷坩埚有注浆成型、注射成型、压滤成型和注凝成型 4种成型方法。
1.注浆成型
注浆成形(Slip Casting)是利用多孔模具(多为石膏模具)的吸水特性，将配置 好的浆料注入模具，水分被吸收后形成具有一定强度的生坯。该成型方式的优点 是设备简单、成本低，便于制备大尺寸、外形复杂的制品。一般来说，注浆成 型主要分为单面注浆和双面吸浆。
在该成型过程中，为了获得高质量的坯体，对浆料的主要要求是：(1)良 好的流动性，即浆料粘度要小，能保证在注浆过程中浆料容易流到模型的各部位；(2)良好的稳定性，保证浆体各组分一致，以及成型后生坯的均匀性；(3)一定的 触变性，即浆料经过一定时间后，粘度变化不宜过大，便于输送和储存；(4)高 固含量，保证成型后坯体的强度并减小坯体干燥后的收缩率；(5)良好的滤过性， 保证浆体中的水介质可以被石膏模具吸收；(6)不含气泡，所以在注浆之前一般 要对浆体进行脱气处理。
2.注射成型
注射成型(Injection Molding)，是将注射机熔融的塑料，在柱塞或螺杆推力作 用下进入模具，经过冷却获得制品的过程。其原理是：将固态的塑胶按照一定的熔点融化，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却 将塑胶固化而得到与设计模腔一样的产品。该成型方法的优点是可成型结构均 匀、尺寸精准而外形复杂的部件；不足之处是成型过程中采用的模具设计过程复 杂，而且在干燥过程很难排除制品内的有机添加物等。
3.压滤成型
压滤成型(PSC)是在注浆成型的基础上加压发展起来的一种成型工艺。其原 理是将浆料注入多孔模具，通过外加压力使浆料中的液态介质滤出，得到一定形 状的坯体。
尽管从原理上看，压滤成型与压力注浆相似，即利用外加压力使得陶瓷浆料 脱去部分液态介质而成型，因此从广义上看压滤成型可以看成压力注浆成型。但 二者之间存在这显著的差别：第一，压滤成型采用很薄的多孔滤层，因此对浆料 介质含量的要求不像压力注浆那样严格，可以在大范围内调整料浆的流变性能及 颗粒级配便于成型高性能制品；第二，压滤成型时可调节的压力范围更为广泛；第三，对于形状复杂的部件来说，为获得均匀的坯体结构，在压滤成型过程中可 以通过调整不同部位的模型结构及渗透系数等参数，使得不同的部位具有不同的 固化速率。
4.注凝成型
注凝成型工艺(Gel casting)是20世纪末由美国发明并应用于陶瓷制备中的新 型成型工艺。其原理是，有机聚合物和交联剂配置成前驱体水溶液或非水溶液， 将一定量陶瓷粉体分散于前驱体中，得到一定固含量的悬浮体；然后加入一定量 的引发剂及催化剂，充分混合后，将浆体倒入一定形状的模具中；通过有机单体 的聚合反应使得整个体系形成一个三维网状结构，分散在其中的陶瓷粉体原位固 化形成一定形状的坯体。所谓的原位固化就是指依靠颗粒之间的作用力或体 系内部载体性质的变化使得悬浮体变成固态，颗粒在体系中的位置固定。在这个 过程中，整个体系几乎没有发生体积的收缩，体系内的载体也没有量的变化。
根据使用的介质不同，注凝成形可分为非水基注凝成形和水基注凝成形。非水基注 凝成型工艺适用于成型时陶瓷颗粒可以与水发生反应的体系。水基注凝成型工艺 适用于石英陶瓷以及其它大多数陶瓷的成型，是一种具有很好的发展前景的成型工艺[ 18]。对于水基注凝成型工艺来说，目前最广泛使用的有机聚合物单体是丙烯 酰胺，它可以吸附在颗粒的表面，在加入交联剂、引发剂及催化剂后发生单体聚 合反应，使得颗粒发生原位固化，形成致密的生坯。
资料来源：天津大学；张晓艳 杜海燕
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