真空电弧法生产石英坩埚的技术和设备可行性报告

真空电弧法生产石英坩埚的技术和设备可行性报告项目概况项目建设地点内拟征土地100亩。项目建设规模与目标建设规模 该项目初步测算投资规模为总投资约2亿元.预期目标项目建设期1年，注册资金：1000万元人民币、经营期限：2011年3月10日至2021年3月9日。法定代表人：一、 前 言技术和经济的发展以及人口的增长，使得人类对能源的需求越来越大。基于现在环境污染和常规能源短缺的双重危机，发展清洁的，可再生的新能源的要求越来越迫切。太阳能具有丰富、清洁、可再生的优点，受到了国际社会的广泛关注。太阳能发电原理就是利用半导体材料的光电效应。太阳能发电不需要燃料、无污染、安全、无噪音、建设周期短、资源相对广泛、寿命长，太阳能电池一般寿命25年，免维护，所以在世界各国，先后发起了国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划，光伏能源被认为是21世纪最重要的能源，可再生的绿色能源。光伏产业是世界上发展最快的产业，比IT业发展还要快，而且国际能源机构推算，今后的五十年内，硅太阳能电池（光伏产业）的发展速度将保持在50%以上的增长速度，是一个朝阳产业。利用太阳能，离不开单晶硅电池板，从而离不开生产电池板的高品质的电弧石英坩埚。真空电弧法生产石英坩埚（以下简称真空坩埚）是目前世界上生产石英坩埚最先进的技术。它以电弧为热源，离心成型的工艺制造坩埚。其特点是设备可操作性强，工艺成熟，产品利润空间大，市场前景广阔。石英玻璃坩埚是单晶硅生产中的关键必需品，是半导体产业的龙头产业。广泛应用于电子、化工等诸多行业。用电弧法制造的半导体半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。二、真空坩埚的生产工艺特点本工艺是用电弧为热源，离心成型为基础，熔化预先成型过的高纯石英粉料，通过抽真空制造高纯度内层透明，外层乳白的石英坩埚的装置。主机包括：旋转成型机构、电极升降及开闭机构、遮热板升降机构、电弧电源装置、液压传动系统、真空系统、电控操作台系统、防音及给排风系统、吹扫清洗设备及坩埚取出工具等。生产原理：将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转成型模内，利用离心力成型，将已成坩埚形的旋转着的装置移动至电极棒处，然后将电极送电启弧，同时启动真空系统，使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生产。目前，在可生产6-14英寸和14-22英寸真空坩埚的两种成套设备的基础上，又设计了24-28英寸的真空坩埚制造设备。真空石英坩埚制品特别适用拉单晶炉拉制低氧碳大直径硅单晶用。它具有热稳定性好，能在高温下连续工作时间长，并且在使用过程中，没有软化和塌边现象，无高温开裂鼓泡现象，与熔硅长时间接触融入量小，降低了单晶中的氧含量，提高了单晶的质量，且高温下不形成方石英颗粒，易于拉晶控制，性能稳定。该产品性能优越，具有纯度高、杂质含量低、几何尺寸偏差小，无气泡，无析晶现象等优点，技术水平达到国际先进水平，具有很高的推广价值。该技术主要只利用高纯石英砂，在超净环境下真空烧制而成。具有高纯度、耐高温等优良理化性能。该产品完全能满足美国GE、日本申和 以及国际通用标准DHS。最近我们又开发了真空电弧涂层法生产石英玻璃坩埚这一具有高技术含量的新工艺，制造的高纯度石英坩埚壁体分不透明和透明两层。在坩埚内表面有一层，其典型的厚度为0.6mm2.0mm. 该透明层内没有气泡，且透明层的制造原料纯度高，可以保证坩埚长时间使用不容易析晶。另外，为了不使埚内极少量的金属原子游离，防止杂质离子扩散引起沾污，我们开发了涂钡技术。以上新技术均为国际先进水平。与普通石英玻璃坩埚相比，不仅具有更加优越的抗析晶能力和更好的热稳定性，并可提高坩埚的利用率，降低单晶硅生产企业的生产成本。目前该产品规格可达直径1222英寸，二氧化硅含量大于99.9%，金属杂质含量小于30ppm，其中A1，Na、K微量杂质含量优于日本东芝公司同类产品指标。三、市场分析随着我国电子行业的飞速发展，电子、冶金、航天等工业部门都在大量引进单晶硅拉制设备和集成电路生产线，由此坩埚的需求量与日俱增。中国加入WTO后，该产品在国内市场非但不会受到冲击，相反由于国内的成本优势，只要保证产品质量，不仅能够保住国内市场，在国际市场也能挣得一席之地。基于此，业内人士对坩埚产品在中国现在及未来的发展前景十分看好。抓住已培养成熟的市场机遇，投资该项目无疑是一个高起点、高回报，最具超前眼光的选择。四、经济可行性分析按各种规格坩埚的平均产出量计算，一台坩埚制造机年产坩埚约2万只，销售收入约3800万元，扣除生产成本和各种费用等，年纯利润可达1000万元以上。不合格产品可加工辅助产品 如远红外材料使用的光学电弧片及烧结容器，辅助材料如电极、模具使用后还可回收用于其它行业。总之电弧法产品利用率高，无废品可言，年利润还可增加。五、项目研发及成果项目由来：1995年9月，原锦州155厂石英坩埚分厂（现属法国圣戈班公司）委托原建筑材料工业部直属单位-秦皇岛玻璃工业设计院研制开发6寸-14寸高纯度电弧离心石英坩埚的生产设备、工艺技术。在消化吸收引进的日本东芝公司同等规模石英坩埚生产线的基础上，于1996年研制出具有日本东芝公司水平的石英坩埚生产线。设备安装调试完成之后，联合试车一次成功。随着大规模集成电路的飞速发展，对单晶硅的直径要求越来越大，需求量也越来越大。所以对大直径石英坩埚的规格、品种、数量的要求都发生了新的变化。为了适应市场需求变化，1996年10月，又研制开发14寸-20寸大直径高纯度电弧离心石英坩埚的生产设备、工艺技术，项目从1996年10月到1997年8月，完成了主要设备的设计工作。设计过程中解决了成型和回转台的液压传动设计，电极夹具的自动补偿升降，开闭系统的设计以及隔音装置、供电稳弧装置、自控电路系统和油压系统、空气过滤给排风系统的设计等关键问题，成功地设计制造了中、大直径电弧坩埚制造机关键专用设备。1997年底，设备安装调试完成之后，联合试车一次成功。并总结出了电弧石英坩埚生产的一整套较合理、成熟的工艺参数，解决了生产中不同规格产品的熔制电流、电压的选择问题及模具转速、电极选配、熔制时间的确定等问题，成功地使该项目生产线达到了预期技术设计效果。产品技术水平达到了国际先进水平，填补了国内空白。并于1998年度通过了国家重点新产品采标验收，被评为国家级新产品。该项目科技成果产业化成功的实施，使企业具有 了当代先进技术水平的生产线，形成了工业化规模生产，不仅为电子通信、机电一体化、新型材料、通信新技术等领域的发展奠定了坚实的基础与保障，而且替代了国外同类产品的进口，为国家节省了大量外汇，同时亦将促进并带动相关行业的技术进步与发展。目前科研组有坩埚工艺师、设备设计师、电气工程师，均为当初（1995年9月）参加技术攻关的原班人员近10年来一直致力于真空坩埚的设计优化和推广工作 。设备的更新改造不断升级：从最初的回转式工作台，到推拉式工作台，再到最新的双工位伺服驱动低位工作台（目前的模具工作台无震动和冲击现象，低位工作台方便加料和取埚）；从当初的水冷套模具，到现在的抽真空模具， 从原液压驱动方式到电液推杆，再到最近开发的伺服电机驱动，进一步提高了坩埚产品的质量，增加了坩埚设备的运行平稳性和控制精度，减少了设备的维修量，可以说其工艺技术及生产设备已趋完善。其技术水平远远超过国内水平，达到了国际先进水平。 目前使用此设备和技术的厂家分布在辽宁、江苏、天津、湖北、江西、四川、山东，近30条坩埚生产线，比较大的公司有法国圣戈班公司、美国通用电气（GE）石英公司（