宇電AI二次儀表在太陽(yáng)能石英坩堝中的應用
摘要：本文以常熟華融太陽(yáng)能新型材料有限公司為例，介紹了宇電AI儀表在太陽(yáng)能石英坩堝中的應用。從用表情況、工藝流程、生產(chǎn)原理、應用情況等方面進(jìn)行詳細的描述，通過(guò)實(shí)際應用證明宇電產(chǎn)品在此行業(yè)的成功應用。
關(guān)鍵詞：AI儀表、石英坩堝、太陽(yáng)能
一、引言
常熟華融太陽(yáng)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(xiāo)售太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品---太陽(yáng)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(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司的二次儀表和無(wú)紙記錄儀進(jìn)行電流監測、液位采集、壓力采集、溫度控制以及過(guò)程組態(tài)、數據記錄等操作，貫穿于石英坩堝熔制、烘干、酸洗、涂鋇整個(gè)生產(chǎn)流程，提高了石英坩堝生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，由于儀表的高精度、高穩定性能，在生產(chǎn)過(guò)程中確保了石英坩堝的品質(zhì)，而且有效地降低了客戶(hù)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(cháng)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(chǎn)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(chēng)為氣泡復合層，內層是一層3-5mm的透明層，稱(chēng)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(zhì)量穩定等優(yōu)點(diǎn)，世界半導體工業(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)展大規模集成電路必不可少的基礎材料。
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，將模具導入熔制爐內；
②熔制階段：先抽真空，然后通過(guò)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(guò)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(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(lái)去除表面的附著(zhù)物，噴出的砂由除塵器收集后重復使用，人工操作，設置專(zhuān)門(mén)噴房；
⑥切割：坩堝熔制完畢后，模具帶著(zhù)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(shí)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(méi)入（6~8%）HF酸洗槽內洗，然后取出沒(méi)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(guò)程中無(wú)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(guò)程需作好防護。
⑩包裝入庫：使用紙箱包裝，叉車(chē)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(dòng)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(jīng)冷卻后取出，即完成一個(gè)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，可以手動(dòng)或自動(dòng)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(gè)金屬水冷套（內放石墨模）安放在一個(gè)大的回轉盤(pán)上，已達到一個(gè)處在熔化過(guò)程中，另一個(gè)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)出內層透明外層不透明的國際通用規格的高質(zhì)量坩堝。
3、我司產(chǎn)品在石英坩堝項目中的應用情況
三、結束語(yǔ)
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(gè)太陽(yáng)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)提供了強有力的保障，儀表具有很強的抗干擾性，穩定性達到生產(chǎn)需求，在常熟華融太陽(yáng)能新型材料有限公司的生產(chǎn)過(guò)程中，操作簡(jiǎn)便，現場(chǎng)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(dòng)化水平又躍上一個(gè)新的臺階。并且由于儀表在溫度、壓力、液位、電流等的精準控制，提升了客戶(hù)產(chǎn)品的品質(zhì)，在一定程度上幫助了客戶(hù)塑造良好的品牌形象。