宇电智能PID仪表在太阳能石英坩埚中的工程案例

宇电AI二次仪表在太阳能石英坩埚中的应用

摘要：本文以常熟华融太阳能新型材料有限公司为例，介绍了宇电AI仪表在太阳能石英坩埚中的应用。从用表情况、工艺流程、生产原理、应用情况等方面进行详细的描述，通过实际应用证明宇电产品在此行业的成功应用。

关键词：AI仪表、石英坩埚、太阳能　

一、引言

常熟华融太阳能新型材料有限公司（SPM）是一家新兴的致力于研发、生产、销售太阳能光伏产品---太阳能石英坩埚的高科技企业。该公司在生产中，采用了厦门宇电自动化科技有限公司的二次仪表和无纸记录仪进行电流监测、液位采集、压力采集、温度控制以及过程组态、数据记录等操作，贯穿于石英坩埚熔制、烘干、酸洗、涂钡整个生产流程，提高了石英坩埚生产的自动化水平，由于仪表的高精度、高稳定性能，在生产过程中确保了石英坩埚的品质，而且有效地降低了客户能源消耗。

二、项目介绍

（一）用表型号：

（二）项目详述：

      石英坩埚可在1450°以下使用，分透明和不透明两种。早期的坩埚是全透明的，这种全透明的机构容易引起不均匀的热传输、增加晶棒生长的难度，所以这种坩埚几乎遭到淘汰；现代的坩埚通常是使用电弧法生产的半透明石英坩埚，存在有内外两层结构，外层是高气泡密度的区域，称为气泡复合层，内层是一层3-5mm的透明层，称为气泡空泛层。石英坩埚具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点，世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚，是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料。

1、工艺流程：

　

图1  石英坩埚生产工艺图

　　如图1所示：项目生产产品为石英圆坩埚，主要工艺步骤为模具加料、坩埚熔制炉熔制、成品出炉、尺寸检验、酸洗、水洗、超声清洗、涂钡、包装入库。具体介绍如下：

　　①加料：在石墨模具中加入所需重量石英砂，将模具导入熔制炉内；

　　②熔制阶段：先抽真空，然后通过3根石墨电极起电弧，熔制阶段温度约1700摄氏度。抽真空带出部分石英砂粉尘，需收集处理。

　　③成品出炉：经过30~40分钟的熔制阶段后，将电弧关闭，模具退出熔制炉；

　　④尺寸检验：使用卡钳及卡尺检验尺寸大小，合格产品进入下一步工序；

　　⑤喷砂：用喷枪将石英砂喷在坩埚表面，用来去除表面的附着物，喷出的砂由除尘器收集后重复使用，人工操作，设置专门喷房；

　　⑥切割：坩埚熔制完毕后，模具带着坩埚退出熔制炉，由工人用锤子轻轻敲打模具外表面，使坩埚脱离模具，石墨模具重复使用。一般使用寿命为十几炉。当石墨模具出现严重裂缝或变形时作报废处理；

　　⑦检验：人工检验坩埚尺寸等规格；

　　⑧清洗：先酸洗，将坩埚没入（6~8%）HF酸洗槽内洗，然后取出没入清水中水洗，然后进行高压清洗及超声波清洗，去除表面残余离子；

　　⑨涂钡：将氢氧化钡粉末溶于水，坩埚放入涂钡机内，氢氧化钡均匀喷涂于坩埚内表面。氢氧化钡极易与空气中的CO2反应生BaCO3， 坩埚表面的涂层即为BaCO3。 Ba(OH)2、BaCO3均很稳定，涂钡过程中无Ba离子产生，但Ba(OH)2溶液，BaCO3i沉淀都是对人体有危害的剧毒物质，操作过程需作好防护。

　　⑩包装入库：使用纸箱包装，叉车将坩埚送入仓库。

2、生产原理：

 

　　

图2  石英坩埚生产原理图

　　

　　①毛坯的生产：将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转成型模内（在金属水冷套内插入石墨模具），利用离心力作用和成型棒手工成型，将已成坩埚形的旋转装置回转到电极棒处，然后将电极起弧并插入已成型的粉料腔内，使用其快速熔化成坩埚形状的熔融石英，经冷却后取出，即完成一个石英坩埚的毛坯生产。

　　②制品成型：电极起弧插入已成型的石英粉料腔内，可以手动或自动升降电极，以保证坩埚上下部的均匀熔化和电极烧蚀后的补偿，从而制造出稳定形状的制品，如图二所示。

　　旋转成型和回转机构是将两个金属水冷套（内放石墨模）安放在一个大的回转盘上，已达到一个处在熔化过程中，另一个进行成型操作，从而可提高生产效率一倍。

　　如果采用多孔石墨，并施以真空，则可以生产出内层透明外层不透明的国际通用规格的高质量坩埚。

3、我司产品在石英坩埚项目中的应用情况

　　

三、结束语

      此次的石英坩埚项目是太能产业集群的一次尝试，石英坩埚作为拉制单晶硅的载体，在整个太阳能产业链中的作用是不容忽视的。宇电的二次仪表在实践中为石英坩埚的生产提供了强有力的保障，仪表具有很强的抗干扰性，稳定性达到生产需求，在常熟华融太阳能新型材料有限公司的生产过程中，操作简便，现场运行良好，大大提高了石英坩埚生产效率，使其工业自动化水平又跃上一个新的台阶。并且由于仪表在温度、压力、液位、电流等的精准控制，提升了客户产品的品质，在一定程度上帮助了客户塑造良好的品牌形象。