[发明专利]电熔法生产半导体技术用大尺寸石英玻璃锭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英冶炼技术，尤其是一种石英玻璃锭的制备方法，具体地说是一种电熔法生产半导体技术用大尺寸石英玻璃锭的方法。

背景技术

现有技术中半导体技术用石英玻璃锭生产方法是首先利用氢氧焰熔炉生产出长条圆柱状的石英玻璃锭，再将此细长石英锭经电熔炉槽沉工艺二次熔融成形为大直径圆柱状石英玻璃锭最大直径约1500mm，高度约150mm。现有技术生产的石英玻璃锭存在生产周期长、尺寸较小、生产成本高等问题，不利于能源资源的节约与保护。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术生产的石英玻璃锭存在生产周期长、尺寸较小、生产成本高等问题，发明一种电熔法生产半导体技术用大尺寸石英玻璃锭的方法。

本发明的技术方案是：

一种电熔法生产半导体技术用大尺寸石英玻璃锭的方法，其特征是它包括以下步骤：

一、投料：根据最终产品尺寸计算出所需的石英砂原料重量，并按计算重量的105-110%的量投入到大尺寸坩埚内，封装熔炼炉；

二、预抽真空；将炉内真空度抽至≤10Pa；

三、一次升温：以200~300℃/h的升温速率将炉内温度从室温逐渐升高至1500~1600℃并恒温4~8h，直到石英砂原料充分进行晶型转变并完全排气；

四、二次升温：继续升高温度至1900~2000℃并恒温30~40h，将石英砂原料全部转化为石英玻璃熔体；

五、加压均化：向熔炼炉充入氮气或氩气，使炉内压力达到2~2.5MPa，并保持2~3h使石英玻璃熔体内部充分均匀一致化，消除未熔颗粒；

六、退火：以40~60℃/h的降温速率将炉内温度降至1150~1200℃范围，保持3~5h使固态的石英玻璃锭进行充分退火出去残余应力；

七、缓慢冷却：以12~15℃/h的降温速率继续缓慢降温，防止石英锭内部形成新的应力；

八、快速冷却：以30~40℃/h的降温速率快速降温至室温，取出得到所需的玻璃锭。

所述的一次升温最佳温度为1550℃。

所述的二次升温升最佳温度为1950℃。

所述的大尺寸石英玻璃锭的直径1800mm，高度不小于650mm。

所述坩埚的内部形状与最终成型玻璃锭的外形相匹配。

本发明的有益效果：

本发明具有生长周期短，节能效果明显，同比可节能40%，能生产出较现有方法大1倍以上的大尺寸玻璃锭。

本发明为大尺寸玻璃锭制造提供了全新的制造方法。

本发明突破了传统石英制品制造方式的束缚，利用坩埚作为成型模具，实现了工艺上的突破。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

一种电熔法生产半导体技术用大尺寸石英玻璃锭的方法，它包括以下步骤：

1、投料：将重约3900~4500Kg（石英锭重量较石英砂会有3%~5%的损耗）石英砂原料投入到大尺寸坩埚（内腔形状与所需玻璃锭的外形相匹配，）内，封装熔炼炉。

2、预抽真空；将炉内真空度抽至≤10Pa。

3、升温：以200~300℃/h的升温速率将炉内温度从室温逐渐升高至1500~1600℃（最佳为1550℃）。

4、恒温：保持4~8h，直到石英砂原料充分进行晶型转变并完全排气。

5、升温：继续升高温度至1900~2000℃（最佳为1950℃）。

6、恒温：保持温度30~40h，将石英砂原料全部转化为石英玻璃熔体。

7、加压均化：向熔炼炉充入氮气或氩气，使炉内压力达到2~2.5MPa，并保持2~3h使石英玻璃熔体内部充分均匀一致化，消除未熔颗粒。

8、退火：以40~60℃/h的降温速率将炉内温度降至1150~1200℃范围，保持3~5h使固态的石英玻璃锭进行充分退火出去残余应力。

9、缓慢冷却：以12~15℃/h的降温速率继续缓慢降温，防止石英锭内部形成新的应力。

10、快速冷却：以30~40℃/h的降温速率快速降温至室温。

将成型冷却后的石英玻璃锭取出进行必要的机械加工即得到所需的成品。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。