[发明专利]石英玻璃坩埚及其制造方法

说明书

本发明涉及一种石英玻璃坩埚，该坩埚带有一围绕旋转轴的对称的不透明石英玻璃坩埚体，其外区为不透明石英玻璃，外区径向向内向透明石英玻璃的内区过滤，透明石英玻璃的密度至少为2.15g/cm³。

其次，本发明涉及一种石英玻璃坩埚的制造方法：通过制造一种能围绕旋转轴旋转的并具有一内壁的模具；将SiO₂颗粒放入模具中并在模具的内壁上形成颗粒层；并在模具旋转下从内向外加热颗粒层，并形成带不透明外区的玻璃化坩埚体。

一种类型的石英玻璃坩埚在DE-A144 40 104已有报导。已知的石英玻璃坩埚由有不透明外区的坩埚基体构成，外区径向向内向平滑的、耐磨的，致密的内区过滤。内区的厚度在1-2mm范围内，其密度至少为2.15g/cm³。石英玻璃坩埚按照滑泥浇铸方法制造。为此，石英玻璃在加水的条件下破碎为粒度在70μm以下的粉末状物料。在这种情况下将得到的滑泥浇涛到石英玻璃坩埚的石膏阴模中，干燥后得到的坩埚坯在1350℃-1450℃温度下烧结。烧结之后不透明的和多孔的坩埚基体的选定表面部位进一步在1650℃-2200℃范围下进行温度处理，使多孔的不透明的基体材料转化为透明的石英玻璃，其密度至少为2.15g/cm³。按这种方式坩埚基体得到所提及的不透明外区，外区径向向内向平滑的、耐磨的和致密的内区过滤。

前言所提及那种方法在DE-C197 10 672中已有报导。其中用于拉伸硅-单晶的石英玻璃坩埚的制造是按照Czrochralski-方法根据所谓的“撒入过程”进行叙述的。首先在旋转熔模的内壁形成一层由天然石英颗粒构成的颗粒层，并在形成不透明的基体条件下玻璃化。为了生成透明的平滑内层，将合成的石英粉撒入熔模中，石英粉在基体的内壁上沉积并藉助电弧使其熔化为致密透明的内层。因此，这样制得的石英玻璃坩埚由不透明的基体和透明致密的内层组成，内层构成石英玻璃坩埚的内表面。构成内层的原材料与构成基体的原材料不同。在单独的工序中形成的内层的作用特别是在于防止杂质从基体迁移至内表面。

前言中叙述的石英玻璃坩埚，由于其杂质含量不适于要求高纯度的用途。透明内壁的制造要求费用高昂的附加温度处理。不透光的外区实质上不透过可见光谱区的光，但对于红外光谱区(下文称为IR-区)的光则是基本透明的。IR-区的射线损失在坩埚壁上时产生明显的温度梯度。但是通过提高坩埚内熔融物的温度对射线损失的补偿可能使坩埚壁变软、变形，并导致壁下陷，从而使坩埚的寿命缩短。对具有大内容量的坩埚这种问题特别明显，大容量坩埚的寿命通常比小坩埚长。

上述按照撒入过程制造石英玻璃坩埚的方法同样要求用单独的工序制造内层，因而费用亦是较高的。

本发明的目的在于制造一种石英玻璃坩埚，其特征在于高的纯度和高的不透明度，即在IR-区的低的透射，而且还提出一种简单的、费用合理的制造方法。

至于石英玻璃坩埚，该目的是通过引言中提及的本发明的坩埚达到的，即该坩埚体由合成石英颗粒制造，其比表面积(按BET)为0.5m²/g-40m²/g、捣实密度至少为0.8g/cm³，该颗粒由SiO₂-基粒的至少部分多孔的聚集体构成。

本发明的石英玻璃坩埚完全由合成制造的SiO₂组成。由于这种高纯原料，石英玻璃坩埚总特征是纯度高。勿需采取措施防止杂质从石英玻璃坩埚迁移到内含的熔融物中。

坩埚体包括由不透明石英玻璃外区和透明石英玻璃内区。外区和内区是相互连接的整体区域。即在外区和内区之间无任何明显的确定的界面。

本发明的石英玻璃坩埚由合成SiO₂颗粒制成。通过相应的颗粒装料的玻璃化得到不透明的外区和透明的内区。在玻璃化过程中，玻璃化锋面从内向外转移。颗粒中的开孔和孔道在此过程中将被封闭，气体朝模内壁的方向排出。基于内区范围内剧烈的温度作用(较高的温度和较长的加热时间)，这类无孔的或这类少孔的内区具有的密度至少为2.15g/cm³。此密度接近透明石英玻璃的密度。因此内区的机械性质和化学性质相当于致密的透明石英玻璃，例如机构强度和硬度、抗腐蚀和抗化学侵蚀。