本发明涉及一种熔融石英坩埚及其制备方法，尤其涉及一种多晶硅铸锭用熔融石英坩埚及其制备方法，属于太阳能光伏技术领域。
背景技术：
熔融石英是高纯硅石经过高温熔融后急冷获得的高粘度二氧化硅玻璃，是一种高能非晶态物质，其具有热膨胀系数小、电导热性能低、抗热震性好等特点，同时，以熔融石英颗粒为主要原料制备的熔融石英陶瓷坩埚因存在有大量的熔融石英颗粒间的微小孔隙，可避免或减少熔融石英晶化过程中体积效应所致的表面张应力裂纹扩展的危害，进一步提高了材料的使用安全性。
但是，随着温度的升高，熔融石英会析晶转变成方石英，仍会导致材料的使用性能下降。这是因为熔融石英为热力学不稳定的高能玻璃态物质，长时间在1200℃以上容易析晶产生方石英。而由于方石英与熔融石英的热膨胀系数差异较大，体积变化效应在材料内部产生孔隙和应力，使得坩埚的力学性能严重下降。同时，由于方石英的热力学性能和电学性能较差，因此，方石英的析出会使石英坩埚的综合性能下降，尤其是抗热震稳定性下降，导致升温过程中抗热震不稳定性的加剧，容易导致坩埚开裂损坏，对铸锭过程造成极大安全隐患。
熔融石英坩埚作为装载多晶硅料的容器，随着装料量的不断提高，坩埚的负荷越来越大，对坩埚使用安全性能的要求也越来越高。而多晶硅铸锭用金属硅的熔点为1420℃，在升温过程中，随着方石英的析出，石英坩埚的气孔率逐渐减小，导致坩埚尺寸持续减少并挤压固态的金属硅，导致应力急剧增大，极易造成坩埚破损。
因此，抑制高温下熔融石英析晶产生方石英，尤其是在金属硅熔化之前抑制熔融石英析晶、保证熔融石英陶瓷坩埚的高温性能对提升坩埚的使用安全性具有极大的意义。
技术实现要素：
本发明针对现有熔融石英坩埚在多晶硅铸锭的使用过程中存在的不足，提供一种多晶硅铸锭用熔融石英坩埚及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多晶硅铸锭用熔融石英坩埚，包含熔融石英和晶化抑制剂，所述晶化抑制剂为氮化硅、氮化硼、碳化硼、氧化钇和氧化钕粉末中的一种或两种及多种的复配，所述晶化抑制剂的含量为熔融石英重量的0.5～6％。
本发明还要求保护上述多晶硅铸锭用熔融石英坩埚的制备方法，包括如下步骤：
1)以粒径在500μm以内的熔融石英砂为原料，向原料中加入占熔融石英重量0.5～6％的晶化抑制剂，所述晶化抑制剂为氮化硅、氮化硼、碳化硼、氧化钇和氧化钕粉末中的一种或两种及多种的复配，后采用注凝成型工艺获得石英坩埚生坯，干燥；
2)将干燥后的生坯置于还原气氛下烧制，即得熔融石英坩埚。
进一步，步骤2)中烧制的温度为1150～1170℃，烧制时间为12～24小时。
进一步，所述注凝成型工艺采用的是丙烯酰胺凝胶体系。
进一步，所述熔融石英砂为纯度在99.9％以上的不同粒度的石英粉料的混合物。
本发明的有益效果是：
本发明的方法制备得到的石英坩埚在承载多晶硅铸锭的过程中，尤其是在金属硅熔化之前，可有效抑制熔融石英析出方石英的行为，进而大幅提升了石英坩埚的使用安全性。
附图说明
图1为陶瓷坩埚样品1～4的xrd曲线。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
将45份块状高纯石英砂(其组份的质量百分比为：二氧化硅＞99.9％，氧化铁＜25ppm，氧化铝＜400ppm，其他为不可避免的杂质，如钾氧化物、钠氧化物、镁氧化物或钙氧化物等)投入球磨机中进行湿法球磨，粒径控制在20微米以内，陈化10天后加入20份80微米的高纯熔融石英砂、35份300微米的高纯熔融石英砂，后向熔融石英砂中加入占石英砂总重量0.5％的氮化硅粉末，然后加入单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵充分搅拌，直至料浆温度达到40℃，理化指标检测合格后，真空除泡，后压力注入不锈钢模具，同时辅以轻微震动，震动频率38次/分钟，振幅5毫米。浇注完成后静置25分钟。然后在80摄氏度的烘房中放置3小时后，取出脱模得生坯，生坯在湿度大于80％的环境下干燥6小时，而后在180摄氏度的环境下干燥21小时。将干燥后的生坯置于还原气氛下烧结，烧结温度1160～1170℃，烧结12小时，所得坩埚即为熔融石英陶瓷坩埚样品1。
实施例2：
将45份块状高纯石英砂(其组份的质量百分比为：二氧化硅＞99.9％，氧化铁＜25ppm，氧化铝＜400ppm，其他为不可避免的杂质，如钾氧化物、钠氧化物、镁氧化物或钙氧化物等)投入球磨机中进行湿法球磨，粒径控制在20微米以内，陈化10天后加入20份200微米的高纯熔融石英砂、35份500微米的高纯熔融石英砂，后向熔融石英砂中加入占石英砂总重量3％的碳化硼粉末，然后加入单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵充分搅拌，直至料浆温度达到40℃，理化指标检测合格后，真空除泡，后压力注入不锈钢模具，同时辅以轻微震动，震动频率38次/分钟，振幅5毫米。浇注完成后静置25分钟。然后在80摄氏度的烘房中放置3小时后，取出脱模得生坯，生坯在湿度大于80％的环境下干燥6小时，而后在180摄氏度的环境下干燥21小时。将干燥后的生坯置于还原气氛下烧结，烧结温度1000～1020℃，烧结14小时，所得坩埚即为熔融石英陶瓷坩埚样品2。
实施例3：
将45份块状高纯石英砂(其组份的质量百分比为：二氧化硅＞99.9％，氧化铁＜25ppm，氧化铝＜400ppm，其他为不可避免的杂质，如钾氧化物、钠氧化物、镁氧化物或钙氧化物等)投入球磨机中进行湿法球磨，粒径控制在20微米以内，陈化10天后加入20份80微米的高纯熔融石英砂、35份300微米的高纯熔融石英砂，后向熔融石英砂中加入占石英砂总重量6％的氧化钕粉末，然后加入单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵充分搅拌，直至料浆温度达到40℃，理化指标检测合格后，真空除泡，后压力注入不锈钢模具，同时辅以轻微震动，震动频率38次/分钟，振幅5毫米。浇注完成后静置25分钟。然后在80摄氏度的烘房中放置3小时后，取出脱模得生坯，生坯在湿度大于80％的环境下干燥6小时，而后在180摄氏度的环境下干燥21小时。将干燥后的生坯置于还原气氛下烧结，烧结温度1350～1400℃，烧结18小时，所得坩埚即为熔融石英陶瓷坩埚样品3。
对比例1：
将45份块状高纯石英砂(其组份的质量百分比为：二氧化硅＞99.9％，氧化铁＜25ppm，氧化铝＜400ppm，其他为不可避免的杂质，如钾氧化物、钠氧化物、镁氧化物或钙氧化物等)投入球磨机中进行湿法球磨，粒径控制在20微米以内，陈化10天后加入20份80微米的高纯熔融石英砂、35份300微米的高纯熔融石英砂，然后向石英砂中加入单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵充分搅拌，直至料浆温度达到40℃，理化指标检测合格后，真空除泡，后压力注入不锈钢模具，同时辅以轻微震动，震动频率38次/分钟，振幅5毫米。浇注完成后静置25分钟。然后在80摄氏度的烘房中放置3小时后，取出脱模得生坯，生坯在湿度大于80％的环境下干燥6小时，而后在180摄氏度的环境下干燥21小时。将干燥后的生坯置于还原气氛下烧结，烧结温度1160～1170℃，烧结12小时，所得坩埚即为熔融石英陶瓷坩埚样品4。
为了验证本发明提供的制备方法所得坩埚的实际效果，我们将实施例1～3所得陶瓷坩埚样品1、2和3以及对比例1所得的陶瓷坩埚样品4均置于1420℃的环境下烧结2h，然后对陶瓷坩埚样品进行各项性能测试，结果如表1所示。
表1高温烧结后样品1～4的性能测试结果
结果分析：如果熔融石英陶瓷材料在高温下生成方石英，则会使材料中的物相组成发生相应的变化。因此可通过分析烧结后的熔融石英坩埚样品的xrd衍射峰判定出加入晶化抑制剂后的熔融石英的析晶情况。同时，随着方石英析出的减少，坩埚的热膨胀系数会越来越接近熔融石英的理论膨胀系数。
因此我们取1420℃的高温下烧结后的陶瓷坩埚样品1～4的一部分制成粉末进行了xrd测试，谱图曲线如图1所示。
图1中的结果表明，上述石英坩埚样品均在22°衍射角附近出现方石英的衍射峰，这表明在这些样品中有一部分无定形的石英晶化为方石英，样品4中的方石英的衍射峰值明显高于样品1～3，并且样品1～3中随着晶化抑制剂添加量的逐渐增加，衍射峰的强度逐渐降低，热膨胀系数逐渐接近熔融石英的理论值，说明坩埚样品中的方石英的析出量明显减少，熔融石英晶化得到有效抑制。从而表明在本发明的方法中，晶化抑制剂的添加明显抑制了高温下熔融石英的析晶现象，使得熔融石英坩埚在多晶硅铸锭过程中的使用安全性得到了大幅提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。