摘要：本文以常熟華融太陽能新型材料有限公司為例，介紹了宇電AI儀表在太陽能石英坩堝中的應(yīng)用。從用表情況、工藝流程、生產(chǎn)原理、應(yīng)用情況等方面進(jìn)行詳細(xì)的描述，通過實(shí)際應(yīng)用證明宇電產(chǎn)品在此行業(yè)的成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AI儀表、石英坩堝、太陽能

一、引言

常熟華融太陽能新型材料有限公司（SPM）是一家新興的致力于研發(fā)、生產(chǎn)、銷售太陽能光伏產(chǎn)品---太陽能石英坩堝的高科技企業(yè)。該公司在生產(chǎn)中，采用了廈門宇電自動化科技有限公司的二次儀表和無紙記錄儀進(jìn)行電流監(jiān)測、液位采集、壓力采集、溫度控制以及過程組態(tài)、數(shù)據(jù)記錄等操作，貫穿于石英坩堝熔制、烘干、酸洗、涂鋇整個生產(chǎn)流程，提高了石英坩堝生產(chǎn)的自動化水平，由于儀表的高精度、高穩(wěn)定性能，在生產(chǎn)過程中確保了石英坩堝的品質(zhì)，而且有效地降低了客戶能源消耗。

二、項目介紹

（一）用表型號：

（二）項目詳述：

      石英坩堝可在1450°以下使用，分透明和不透明兩種。早期的坩堝是全透明的，這種全透明的機(jī)構(gòu)容易引起不均勻的熱傳輸、增加晶棒生長的難度，所以這種坩堝幾乎遭到淘汰；現(xiàn)代的坩堝通常是使用電弧法生產(chǎn)的半透明石英坩堝，存在有內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，外層是高氣泡密度的區(qū)域，稱為氣泡復(fù)合層，內(nèi)層是一層3-5mm的透明層，稱為氣泡空泛層。石英坩堝具有高純度、耐溫性強(qiáng)、尺寸大精度高、保溫性好、節(jié)約能源、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，世界半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)達(dá)國家已用此坩堝取代了小的透明石英坩堝，是拉制大直徑單晶硅，發(fā)展大規(guī)模集成電路必不可少的基礎(chǔ)材料。

1、工藝流程：

圖1  石英坩堝生產(chǎn)工藝圖

如圖1所示：項目生產(chǎn)產(chǎn)品為石英圓坩堝，主要工藝步驟為模具加料、坩堝熔制爐熔制、成品出爐、尺寸檢驗(yàn)、酸洗、水洗、超聲清洗、涂鋇、包裝入庫。具體介紹如下：

①加料：在石墨模具中加入所需重量石英砂，將模具導(dǎo)入熔制爐內(nèi)；

②熔制階段：先抽真空，然后通過3根石墨電極起電弧，熔制階段溫度約1700攝氏度。抽真空帶出部分石英砂粉塵，需收集處理。

③成品出爐：經(jīng)過30~40分鐘的熔制階段后，將電弧關(guān)閉，模具退出熔制爐；

④尺寸檢驗(yàn)：使用卡鉗及卡尺檢驗(yàn)尺寸大小，合格產(chǎn)品進(jìn)入下一步工序；

⑤噴砂：用噴槍將石英砂噴在坩堝表面，用來去除表面的附著物，噴出的砂由除塵器收集后重復(fù)使用，人工操作，設(shè)置專門噴房；

⑥切割：坩堝熔制完畢后，模具帶著坩堝退出熔制爐，由工人用錘子輕輕敲打模具外表面，使坩堝脫離模具，石墨模具重復(fù)使用。一般使用壽命為十幾爐。當(dāng)石墨模具出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫或變形時作報廢處理；

⑦檢驗(yàn)：人工檢驗(yàn)坩堝尺寸等規(guī)格；

⑧清洗：先酸洗，將坩堝沒入（6~8%）HF酸洗槽內(nèi)洗，然后取出沒入清水中水洗，然后進(jìn)行高壓清洗及超聲波清洗，去除表面殘余離子；

⑨涂鋇：將氫氧化鋇粉末溶于水，坩堝放入涂鋇機(jī)內(nèi)，氫氧化鋇均勻噴涂于坩堝內(nèi)表面。氫氧化鋇極易與空氣中的CO2反應(yīng)生BaCO3， 坩堝表面的涂層即為BaCO3。 Ba(OH)2、BaCO3均很穩(wěn)定，涂鋇過程中無Ba離子產(chǎn)生，但Ba(OH)2溶液，BaCO3i沉淀都是對人體有危害的劇毒物質(zhì)，操作過程需作好防護(hù)。

⑩包裝入庫：使用紙箱包裝，叉車將坩堝送入倉庫。

2、生產(chǎn)原理：

圖2  石英坩堝生產(chǎn)原理圖

①毛坯的生產(chǎn)：將高純石英粉裝入可任意傾動角度的旋轉(zhuǎn)成型模內(nèi)（在金屬水冷套內(nèi)插入石墨模具），利用離心力作用和成型棒手工成型，將已成坩堝形的旋轉(zhuǎn)裝置回轉(zhuǎn)到電極棒處，然后將電極起弧并插入已成型的粉料腔內(nèi)，使用其快速熔化成坩堝形狀的熔融石英，經(jīng)冷卻后取出，即完成一個石英坩堝的毛坯生產(chǎn)。

②制品成型：電極起弧插入已成型的石英粉料腔內(nèi)，可以手動或自動升降電極，以保證坩堝上下部的均勻熔化和電極燒蝕后的補(bǔ)償，從而制造出穩(wěn)定形狀的制品，如圖二所示。

旋轉(zhuǎn)成型和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是將兩個金屬水冷套（內(nèi)放石墨模）安放在一個大的回轉(zhuǎn)盤上，已達(dá)到一個處在熔化過程中，另一個進(jìn)行成型操作，從而可提高生產(chǎn)效率一倍。

如果采用多孔石墨，并施以真空，則可以生產(chǎn)出內(nèi)層透明外層不透明的國際通用規(guī)格的高質(zhì)量坩堝。

3、我司產(chǎn)品在石英坩堝項目中的應(yīng)用情況

三、結(jié)束語

      此次的石英坩堝項目是太能產(chǎn)業(yè)集群的一次嘗試，石英坩堝作為拉制單晶硅的載體，在整個太陽能產(chǎn)業(yè)鏈中的作用是不容忽視的。宇電的二次儀表在實(shí)踐中為石英坩堝的生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障，儀表具有很強(qiáng)的抗干擾性，穩(wěn)定性達(dá)到生產(chǎn)需求，在常熟華融太陽能新型材料有限公司的生產(chǎn)過程中，操作簡便，現(xiàn)場運(yùn)行良好，大大提高了石英坩堝生產(chǎn)效率，使其工業(yè)自動化水平又躍上一個新的臺階。并且由于儀表在溫度、壓力、液位、電流等的精準(zhǔn)控制，提升了客戶產(chǎn)品的品質(zhì)，在一定程度上幫助了客戶塑造良好的品牌形象。