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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)用情況等方面進行詳細的描述，通過實際應(yīng)用證明宇電產(chǎn)品在此行業(yè)的成功應(yīng)用。
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、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，世界半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)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(fā)展大規(guī)模集成電路*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、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：使用卡鉗及卡尺檢驗尺寸大小，合格產(chǎn)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(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。當石墨模具出現(xiàn)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(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(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。
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(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踐中為石英坩堝的生產(chǎn)提供了強有力的保障，儀表具有很強的抗干擾性，穩(wěn)定性達到生產(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。
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