宇電AI二次儀表在太陽能石英坩堝中的應用

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用。從用表情況、工藝流程、生產原理、應用情況等方面進行詳細的描述，通過實際應用證明宇電產品在此行業的成功應用。

關鍵詞：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、生產、銷售太陽能光伏產品---太陽能石英坩堝的高科技企業。該公司在生產中，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行電流監測、液位采集、壓力采集、溫度控制以及過程組態、數據記錄等操作，貫穿于石英坩堝熔制、烘干、酸洗、涂鋇整個生產流程，提高了石英坩堝生產的自動化水平，由于儀表的高精度、高穩定性能，在生產過程中確保了石英坩堝的品質，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，這種全透明的機構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；現代的坩堝通常是使用電弧法生產的半透明石英坩堝，存在有內外兩層結構，外層是高氣泡密度的區域，稱為氣泡復合層，內層是一層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、尺寸大精度高、保溫性好、節約能源、質量穩定等優點，世界半導體工業發達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，發展大規模集成電路*的基礎材料。

1、工藝流程：

圖1  石英坩堝生產工藝圖

　　如圖1所示：項目生產產品為石英圓坩堝，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、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，將模具導入熔制爐內；

　　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：經過30~40分鐘的熔制階段后，將電弧關閉，模具退出熔制爐；

　　④尺寸檢驗：使用卡鉗及卡尺檢驗尺寸大小，合格產品進入下一步工序；

　　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使用，人工操作，設置專門噴房；

　　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，石墨模具重復使用。一般使用壽命為十幾爐。當石墨模具出現嚴重裂縫或變形時作報廢處理；

　　⑦檢驗：人工檢驗坩堝尺寸等規格；

　　⑧清洗：先酸洗，將坩堝沒入（6~8%）HF酸洗槽內洗，然后取出沒入清水中水洗，然后進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，坩堝放入涂鋇機內，氫氧化鋇均勻噴涂于坩堝內表面。氫氧化鋇極易與空氣中的CO2反應生BaCO3， 坩堝表面的涂層即為BaCO3。 Ba(OH)2、BaCO3均很穩定，涂鋇過程中無Ba離子產生，但Ba(OH)2溶液，BaCO3i沉淀都是對人體有危害的劇毒物質，操作過程需作好防護。

　　⑩包裝入庫：使用紙箱包裝，叉車將坩堝送入倉庫。

2、生產原理：

圖2  石英坩堝生產原理圖

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

　　②制品成型：電極起弧插入已成型的石英粉料腔內，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償，從而制造出穩定形狀的制品，如圖二所示。

　　旋轉成型和回轉機構是將兩個金屬水冷套（內放石墨模）安放在一個大的回轉盤上，已達到一個處在熔化過程中，另一個進行成型操作，從而可提高生產效率一倍。

　　如果采用多孔石墨，并施以真空，則可以生產出內層透明外層不透明的通用規格的高質量坩堝。

3、我司產品在石英坩堝項目中的應用情況

三、結束語

      此次的石英坩堝項目是太能產業集群的一次嘗試，石英坩堝作為拉制單晶硅的載體，在整個太陽能產業鏈中的作用是不容忽視的。宇電的二次儀表在實踐中為石英坩堝的生產提供了強有力的保障，儀表具有很強的抗干擾性，穩定性達到生產需求，在常熟華融太陽能新型材料有限公司的生產過程中，操作簡便，現場運行良好，大大提高了石英坩堝生產效率，使其工業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、電流等控制，提升了客戶產品的品質，在一定程度上幫助了客戶塑造良好的品牌形象。