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太阳能多晶硅电池是太阳能电池中应用最多，技术最成熟的产品，然而多晶硅铸锭熔炼过程中对装载多晶硅的容器的要求极其苛刻，熔融石英陶瓷作为一种能抗拒温度剧变的耐火材料，被视为是盛载多晶硅铸锭的完美容器。

熔融石英陶瓷概念

熔融石英陶瓷是以石英玻璃或熔融石英为原料，经粉碎、成型、烧结等工艺制备的产品，是一种新型的高纯耐高温的石英材料，又称之为熔融石英烧结制品、石英玻璃陶瓷。

熔融石英陶瓷的性能

相比较石英玻璃，石英陶瓷可以视作是石英玻璃的全面“升级品”。熔融石英陶瓷的优良特性主要体现在以下几个方面：

（1）优良的耐腐蚀性，除了℃以上热浓磷酸和氢氟酸可以与之反应，它几乎不与其他的酸碱发生反应。

（2）抗热震性好，样品在25℃-℃热冲击超过30次也不会产生微裂纹或者表面剥落。

（3）热膨胀系数低，温度在0℃-℃时，热膨胀系数仅为0.54X10-6/℃，因此，熔融石英陶瓷在此温度段使用时，体积变化小，抗热震性能好，使熔融石英陶瓷克服严酷的使用环境。

（4）熔融石英陶瓷具有较低的导热系数、介电常数和介电损耗，其导热系数为2.09W/mK，介电常数为3.1-3.8，介电损耗为4X10-4。

（5）良好的绝缘性，在室温下电阻为Ω。

（6）熔融石英陶瓷抗弯强度随着温度的升高而增加，在℃的抗弯强度比在室温时提高了30%-60%，这是由于在高温时提高了熔融石英陶瓷中原子的迁移速率使部分裂纹尖端变钝，从而增加了抗弯强度。

国内外研究现状

20世纪60年代，熔融石英陶瓷最早由美国Georgia理工学院研制成功，优良的特性让其在各发达国家都颇受欢迎，在美国、日本、法国等国的发达工业城市迅速推广并投入使用。我国也从年开始投入生产使用。

国际上在熔融石英加工技术方面处于领先水平的国家有美国、德国、日本和俄罗斯，但均对我国实施技术封锁，国内受提纯技术和成本的制约，规模化生产的熔融石英中SiO2含量一直无法突破99.99%，面临着产品附加值低、能耗高、环保问题突出、资源浪费严重等问题。

熔融石英陶瓷的制备

目前，熔融石英陶瓷的制备方法主要有凝胶注模成型、注浆成型、等静压成型、热压铸成型等，其中，凝胶注模成型是国内常用的方法之一。

4.1注浆成型

注浆成型是将物料放入少数的水溶性有机物的溶液中，搅拌均匀，形成浆料，然后注入多孔模具（一般为石膏模具）中，利用多孔模具的毛细管作用力和石膏的吸水功能，吸收浆料中的水分，使浆料成型的生产工艺。

注浆成型制备熔融石英陶瓷工艺简单、成本低、适于制备形状复杂的产品，但存在坯体成型时间长、均匀性差等问题。

4.2注射成型

注射成型是把陶瓷粉料和溶剂加入一定性质和功能的有机载体，加温混合均匀，经过设备利用很快的速度注入模具内让样品自然成型，最后将坯体内的有机物通过比较复杂的化学物理方法除掉。

注射成型可以较大规模生产、可以实现自动化，但样品很容易产生缺陷，做出来的产品成功率低，而且注射成型工艺中的有机粘结剂粘在模具中，清除起来特别困难。

4.3注凝成型

注凝成型是在熔融石英浆料中引入凝胶体系，形成三维网状结构，使陶瓷颗粒原位固化，形成坯体。原位固化就是使颗粒保持在悬浮液中的原来位置，依靠颗粒之间的作用力和凝胶体系的作用，使浆料从液态转变为固态，得到坯体。

注凝成型是类似于注浆成型和注射成型的一种成型工艺。与注浆成型相比，注凝成型所制备的制品内部更加均匀，精密度更高，近净尺寸成型。与注射成型相比，注凝成型更具有优势，注凝成型不需要昂贵的模具，只需要少量的有机物，可以水为介质，用于自动化生产。

4.4热压铸成型

热压铸成型是利用有机物(大部分为石蜡)高温流变的特性，将料浆倒入石蜡做的模具中，一般加热使浆料处于熔融态，等它冷却后在一起放入到金属模具中凝固成坯体。

热压铸成型操作简单、成型时间短，成型的产品基本无需后期加工，烧结出的产品具有良好的致密性。基于以上几点优势，热压铸成型方式得到普遍应用。

但热压铸成型工艺过程复杂、能耗量大、成本也比较高，且石蜡与表面活性剂(油酸、硬脂酸)的用量也会影响到熔融石英的流动性及坯体的强度，进而影响到成型工艺。

熔融石英陶瓷应用

熔融石英陶瓷具有耐腐蚀性强、抗热震性高、导热系数低等优良性能，作为结构材料和功能材料应用到玻璃行业、冶金行业、航空航天行业、多晶硅行业、电子行业等诸多领域。

5.1玻璃行业

玻璃行业，因熔融石英陶瓷制品的热稳定性能好，被用作熔融石英陶瓷辊、导气喷嘴、陶瓷内浇口杯、浮法玻璃中的闸板砖等。

5.2冶金行业

在冶金行业，因熔融石英陶瓷具有强度高、热膨胀小、抗热震性能好等优良性能，被用作熔融石英升液管、熔融石英水口等。

5.3航空航天行业

在航空航天行业，熔融石英陶瓷因其对雷达波透过时损失小和畸变小性能，熔融石英陶瓷制品用作导弹天线罩，同时也满足导弹外形和强度的要求。

5.4多晶硅行业

在多晶硅行业，熔融石英陶瓷坩埚是制备太阳能多晶硅铸锭不可缺少的部件，因熔融石英陶瓷坩埚的成分与多晶硅成分相似，热膨胀系数小、抗热震性能好以及具有较高的体积密度和抗弯强度等。同时，多晶硅铸锭制备过程中坩埚属于一次性消耗品，熔融石英陶瓷制品也可以节省大量的成本。

5.5电工行业

在电工行业，熔融石英陶瓷因其击穿电压高、介电常数低、损耗角正切值低、热震稳定性好等优点，熔融石英陶瓷制品被广泛用作气体放电室绝缘罩、导流加热器、气体激光放电室元件等。

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