铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚及其制备方法与流程

本发明涉及坩埚技术领域，特别涉及铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚及其制备方法。

背景技术：

坩埚在多晶硅铸锭过程用于装载多晶硅原料，经过加热、熔化、长晶、退火、冷却阶段得到多晶硅锭的容器。多晶铸锭采用全熔或半熔的工艺方式制备硅锭，对于硅锭底部高效形核的控制已达到较高水平，但硅锭侧壁的无序形核是一直影响整锭电池片效率、造成电池片孪晶、熔丝现象。目前解决铸锭中硅锭侧壁无须的方法中均无法满足既提供丰富形核点，又降低硅锭杂质含量，同时不发生粘锅的现象。因此，亟需一种可以提高硅锭侧壁形核，并同时能够避免杂质污染和粘锅现象的单多晶铸锭用坩埚。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，包括坩埚本体和依次设置在坩埚本体侧壁的内表面上的第一氮化硅层、石英层和第二氮化硅层，其中，第一氮化硅层具有致密的表面，能够隔绝坩埚本体的杂质侵入硅锭，石英层表面具有凸起阵列结构，提供了较大的表面积和粗糙度，为硅锭侧壁形核提供了大量、稳定的形核点，第二氮化硅层为多孔隙、内部具有凹陷的结构，既有利于铸锭过程中硅液的渗入，继而有利于硅锭侧壁的高效有序形核，与此同时，第一氮化硅层又与硅液之间具有低浸润性，防止粘埚氧杂质入侵，该铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚可以在单晶或多晶铸锭过程中，提高硅锭侧壁形核，并同时能够避免杂质污染和粘锅现象。

第一方面，本发明提供了铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法，包括：

提供坩埚本体，所述坩埚本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁；

将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第一混合液，将所述第一混合液滚涂在所述侧壁的内表面，形成第一氮化硅层，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm；

将石英砂与水混合经研磨形成石英浆料，所述石英浆料与硅溶胶和水混合形成混合浆料，将所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上，形成石英层，所述石英层完全覆盖所述第一氮化硅层，所述石英层的表面粗糙度ra为40μm-55μm；

将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第二混合液，将所述第二混合液喷涂在所述石英层上，形成第二氮化硅层，所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，得到铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚。

可选的，所述第一混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.3-0.6)：(1.0-1.3)，进一步利于形成致密的表面。进一步的，所述第一混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.45-0.55)：(1.2-1.25)，更有利于形成致密的表面。

可选的，所述第一混合液中氮化硅包括α晶相和β晶相，所述α晶相和所述β晶相的质量比为1：(1-1.8)，有利于提高第一氮化硅层的稳定性。进一步的，所述α晶相和所述β晶相的质量比为1：(1-1.2)，进一步提高第一氮化硅层的稳定性。

可选的，所述第一混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.999％，降低第一氮化硅层的杂质含量，减小铸锭过程中硅液混入的杂质含量，提高硅锭品质。进一步的，所述第一混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.9995％，进一步提高硅锭品质。

可选的，所述第一混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-6μm，有利于制得致密的第一氮化硅层表面，在铸锭过程中更好地隔绝坩埚杂质混入硅液中。进一步的，所述第一混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-4μm，更有利于形成致密表面，以及进一步加强隔绝杂质的效果。

在本发明中，可以通过一次或多次滚涂工艺将所述第一混合液涂覆在所述侧壁的内表面；其中，采用的滚涂工艺能够使得氮化硅颗粒呈致密化排列，有效的控制第一氮化硅层的平整度，避免了凸起和褶皱，形成致密的表面，使得第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm，且通过滚涂制备的第一氮化硅层与所述侧壁结合力强，不易发生脱落和开裂。

在本发明中，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm，即所述第一氮化硅层具有致密的表面。可选的，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于15μm。

可选的，形成所述第一氮化硅层之后还包括固化处理。具体的，所述固化处理可以但不限于为烧结。

可选的，所述第一氮化硅层完全覆盖所述侧壁的内表面。

可选的，所述第一氮化硅层的上端边缘低于所述侧壁的上端边缘，也就是说，所述第一氮化硅层覆盖部分所述侧壁的内表面。在本发明中，所述第一氮化硅层由底座向上延伸覆盖所述侧壁的内表面。进一步的，所述第一氮化硅层占所述侧壁的内表面的70％-95％。

可选的，所述第一氮化硅层的厚度为100μm-150μm。

可选的，所述第一氮化硅层的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

可选的，所述将石英砂与水混合经研磨形成石英浆料，包括：

采用一步研磨法或多步研磨法，将所述石英砂与水混合，并加入研磨介质在研磨设备中进行研磨，制得所述石英浆料。

进一步的，所述石英浆料中还包括有机聚合物单体，所述有机聚合物单体为含有多个官能团的化合物。更进一步的，所述有机聚合物单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。更进一步的，所述石英浆料中还包括交联剂和分散剂中的至少一种。所述交联剂为含有多个官能团的化合物。更进一步的，所述交联剂包括中n,n-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯和二异氰酸酯的至少一种。更进一步的，所述分散剂包括有机聚电解质和超分散剂中的至少一种。具体的，所述分散剂可以但不限于为聚丙烯酸盐、木质素磺酸盐、甲基纤维素、柠檬酸盐。在本发明中，有机聚合物单体交联形成三维网状结构，石英层中的石英砂可以分散其中且不易发生移位，使得石英层更加稳定，与第一氮化硅层的结合力强；同时，交联剂更有利于有机聚合物单体的交联，分散剂更有利于石英层中石英砂的分散。

进一步的，所述研磨介质包括氧化锆球、氮化硅球、玛瑙球、氧化铝球和刚玉球中的至少一种。进一步的，所述研磨设备包括行星式球磨机、卧式球磨机和立式球磨机中的至少一种。

可选的，所述石英浆料中石英砂的质量含量大于90％，为铸锭过程中硅锭侧壁的形核提供大量的形核点。

可选的，所述石英砂的纯度大于或等于99.99％，降低杂质污染。

可选的，所述石英砂的中位粒径为1μm-10μm，有利于形成疏松且表面具有凸起的结构，为铸锭过程中硅锭侧壁形核提供形核点。进一步的，所述石英砂的中位粒径为2μm-8μm，更有利于铸锭过程中硅锭侧壁的有序形核。

可选的，所述石英浆料的粘度450cp-600cp，有利于形成凸起阵列结构。进一步的，所述石英浆料的粘度为520cp-550cp，更有利于形成凸起阵列结构。

可选的，所述混合浆料中石英浆料、硅溶胶和水的质量比为1：(0.04-0.07)：(0.18-0.21)，提高混合浆料中的固含量，有利于形成疏松且表面具有凸起阵列结构。进一步的，所述混合浆料中石英浆料、硅溶胶和水的质量比为1：(0.05-0.06)：(0.19-0.2)，进一步提高混合浆料中的固含量，形成更有利于形成疏松且表面具有凸起阵列结构。

可选的，所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-40cm，喷涂流量(13.5-14)g/s，散幅范围25cm-35cm，散幅压力0.2mpa-0.3mpa，雾化压力0.05mpa-0.15mpa。通过采用喷涂工艺并进一步控制喷涂工艺参数，提高石英层的凸起阵列结构，使其表面粗糙度ra为40μm-55μm，提高其表面积和粗糙度，可以提供丰富的形核点，有利于有序形核，避免无序生长的现象，同时形成的石英层可以与第一氮化硅层较好的粘接，不易脱落或开裂，有利于高效稳定形核。

进一步的，所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-35cm，喷涂流量(13.8-14)g/s，散幅范围25cm-30cm，散幅压力0.22mpa-0.3mpa，雾化压力0.06mpa-0.15mpa，进一步提高石英层的凸起阵列结构。进一步的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-52μm。在本发明中，石英层为疏松结构，且表面具有凸起阵列结构，可选的，所述凸起为微米级凸起。进一步的，所述凸起的底面宽度为40μm-100μm，高度为100μm-300μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-300μm。

更进一步的，所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-28cm，喷涂流量(13.9-14)g/s，散幅范围25cm-28cm，散幅压力0.22mpa-0.28mpa，雾化压力0.08mpa-0.15mpa，进一步提高石英层的凸起阵列结构。更进一步的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-50μm。可选的，所述凸起的底面宽度为40μm-80μm，高度为100μm-250μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-250μm。

在本发明中，利用喷涂工艺，可以但不限于为机械喷涂，对坩埚本体的侧壁内表面进行一次喷涂，得到凸起阵列结构。

可选的，形成所述石英层之后还包括固化处理。具体的，所述固化处理可以但不限于为烧结。

可选的，所述石英层的厚度为150μm-200μm。

可选的，所述石英层的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

可选的，所述石英层完全覆盖所述第一氮化硅层。当第一氮化硅层的上端边缘低于侧壁的上端边缘，石英层可以仅完全覆盖第一氮化硅层，即与侧壁的内表面无接触，或石英层部分覆盖第一氮化硅层，部分覆盖侧壁的内表面。当石英层部分覆盖第一氮化硅层，部分覆盖侧壁的内表面时，石英层的上端边缘可以低于侧壁的上端边缘，或石英层的上端边缘与侧壁的上端边缘等高。

可选的，所述第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.2-0.3)：(2-2.5)，有利于形成粗糙表面。进一步的，所述第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.2-0.25)：(2-2.2)，更有利于形成粗糙表面。

可选的，所述第二混合液中氮化硅包括α晶相和β晶相，所述α晶相和所述β晶相的质量比为1：(1-1.8)，铸锭过程会产生较高温度，氮化硅晶相的选择和比例有利于提高第二氮化硅层的稳定性。进一步的，所述α晶相和所述β晶相的质量比为1：(1-1.2)，进一步提高第二氮化硅层的稳定性。

可选的，所述第二混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.999％，降低第二氮化硅层的杂质含量，减小铸锭过程中硅液混入的杂质含量，提高硅锭品质。进一步的，所述第二混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.9995％，进一步提高品质。

可选的，所述第二混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-6μm，有利于形成粗糙表面，第二氮化硅层中出现多孔隙、内部具有凹陷的结构，有利于铸锭过程中硅液的渗入，进而使得硅液利用石英层的形核点进行高效有序的形核。进一步的，所述第二混合液中氮化硅的中位粒径为2μm-6μm，更有利于形成粗糙表面，为高效有序形核提供有利条件。

可选的，所述第二混合液喷涂在所述石英层上的喷涂工艺参数包括枪距28cm-37cm，喷涂流量(3.6-4.2)g/s，散幅范围32cm-38m，散幅压力0.18mpa-0.22mpa，雾化压力0.18mpa-0.35mpa，喷涂温度60℃-90℃，喷涂7圈-10圈。通过采用喷涂工艺并进一步控制喷涂工艺参数，进行多次喷涂，使得第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，提高第二氮化硅层的多孔隙、内部凹陷结构，有利于铸锭过程中硅液的渗入，进而以石英层中的石英砂作为形核点进行高效有序的形核，提高硅锭品质。

可选的，所述第二氮化硅层的表面粗糙度大于所述石英层的表面粗糙度。

进一步的，所述第二混合液喷涂在所述石英层上的喷涂工艺参数包括枪距30cm-37cm，喷涂流量(3.8-4.2)g/s，散幅范围34cm-38m，散幅压力0.2mpa-0.22mpa，雾化压力0.2mpa-0.35mpa，喷涂温度70℃-90℃，喷涂8圈-10圈，以使所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为65μm-80μm。在本发明中，所述石英层的接触角大于150°。

更进一步的，所述第二混合液喷涂在所述石英层上的喷涂工艺参数包括枪距35cm-37cm，喷涂流量(4-4.2)g/s，散幅范围36cm-38m，散幅压力0.2mpa-0.22mpa，雾化压力0.2mpa-0.35mpa，喷涂温度70℃-85℃，喷涂9圈-10圈，以使所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为70μm-80μm。在本发明中，所述石英层的接触角大于160°。

可选的，所述第二混合液喷涂在所述石英层上的喷涂工艺参数包括起喷温度70℃-90℃。

在本发明中，所述第二氮化硅层为氮化硅颗粒形成的层结构，氮化硅颗粒之间有空隙，产生凹陷，可以使铸锭过程中的硅液渗入；同时致密的第一氮化硅层与铸锭过程中的硅液接触时接触角大，非浸润性好，不易发生粘埚现象。

在本发明中，利用喷涂工艺，可以但不限于为机械喷涂，对坩埚本体的侧壁内表面进行多次喷涂，得到多孔隙、内部具有凹陷的结构的第二氮化硅层，第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，同时喷涂制备得到的第二氮化硅层可以与石英层更好地结合，不易脱落或开裂。

可选的，形成所述第二氮化硅层之后还包括固化处理。具体的，所述固化处理可以但不限于为烧结。

可选的，所述第二氮化硅层的厚度为600μm-800μm。

可选的，所述第二氮化硅层的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

在本发明中，当所述第一氮化硅层完全覆盖所述侧壁的内表面时，所述石英层完全覆盖所述第一氮化硅层，所述第二氮化硅层完全覆盖所述石英层。当所述第一氮化硅层的上端边缘低于所述侧壁的上端边缘，且所述石英层完全覆盖所述第一氮化硅层且与所述第一氮化硅层等高时，所述第二氮化硅层部分覆盖所述石英层，部分覆盖所述侧壁的内表面。当所述第一氮化硅层的上端边缘低于所述侧壁的上端边缘，所述石英层覆盖所述第一氮化硅层，部分覆盖所述侧壁的内表面，且所述石英层的上端边缘低于所述侧壁的上端边缘时，所述第二氮化硅层部分覆盖所述石英层，部分覆盖所述侧壁的内表面。当所述第一氮化硅层的上端边缘低于所述侧壁的上端边缘，所述石英层覆盖所述第一氮化硅层，部分覆盖所述侧壁的内表面，且所述石英层的上端边缘与所述侧壁的上端边缘等高时，所述第二氮化硅层完全覆盖所述石英层。在实际应用中，保证硅块熔融后形成的硅液的高度不超过第一氮化硅层的高度即可。

本发明第一方面提供了铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法，制备工序简单，可进行大规模生产，得到性能稳定、有利于硅锭侧壁高效有序形核的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，提高硅锭品质。

第二方面，本发明提供了一种铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，通过第一方面所述的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法制备得到，所述铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚包括所述坩埚本体和依次设置在所述坩埚本体的所述侧壁的内表面上的所述第一氮化硅层、所述石英层和所述第二氮化硅层，其中，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm，所述石英层的表面粗糙度ra为40μm-55μm，所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm。

可选的，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于15μm。

可选的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-52μm。进一步的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-50μm。

可选的，所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为65μm-80μm。更进一步的，第二氮化硅层的表面粗糙度ra为70μm-80μm。

可选的，所述第一氮化硅层的厚度为100μm-150μm。

可选的，所述石英层的厚度为150μm-200μm。

可选的，所述第二氮化硅层的厚度为600μm-800μm。

在本发明中，第一氮化硅层具有致密且表面平整的结构，石英层为疏松且表面具有凸起的结构，第二氮化硅层的内部疏松具有凹陷，且表面具有凸起结构。

可选的，所述凸起结构为微米级凸起。进一步的，所述凸起的底面宽度为40μm-100μm，高度为100μm-300μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-300μm。

在本发明中，铸锭过程中硅液与第一氮化硅层之间的接触角大，非浸润性好，有效避免粘锅。可选的，所述第一氮化硅层的接触角大于150°。进一步的，所述第一氮化硅层的接触角大于160°。

可选的，所述铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的体积密度大于1.9g/cm³。进一步可选的，所述铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的体积密度大于1.94g/cm³。

本发明第二方面提供的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚中第一氮化硅层具有致密的表面，在铸锭过程中，能够有效隔绝坩埚本体的杂质侵入硅液中，石英层为凸起阵列结构，具有大的表面积和表面粗糙度，为硅锭侧壁的形核提供大量、稳定的形核点，有利于硅锭侧壁高效有序形核，第二氮化硅层为多孔隙、内部具有凹陷的结构，可以使得铸锭过程中的硅液渗入，进而利用石英层的形核点进行形核，同时第一氮化硅层具有致密的表面，其与硅液之间的非浸润性强，避免了粘锅现象的发生，并且石英层的熔化温度高于铸锭过程中产生的高温，在铸锭过程中不会发生熔化、脱落和开裂的现象，进一步避免了杂质的污染，提高了硅锭的品质。

本发明的有益效果：

本发明提供的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法工序简单，可进行大规模生产，得到性能稳定的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚中的第一氮化硅层具有致密的表面，在铸锭过程中，能够有效隔绝坩埚本体的杂质侵入硅液中，石英层为凸起阵列结构，具有大的表面积和表面粗糙度，为硅锭侧壁的形核提供大量、稳定的形核点，有利于硅锭侧壁高效有序形核，第二氮化硅层为多孔隙、内部具有凹陷的结构，可以使得铸锭过程中的硅液渗入，进而利用涂层的孔隙、凹陷区域进行高效形核，同时第一氮化硅层具有致密的表面，其与硅液之间的非浸润性强，避免了粘埚现象的发生，并且石英层的熔化温度高于铸锭过程中产生的高温，在铸锭过程中不会发生熔化、脱落和开裂的现象，整体结构稳定，进一步避免了杂质的污染，提高了硅锭的品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一实施例提供的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的结构示意图。

图2为本发明另一实施例提供的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的结构示意图。

图3为本发明实施例1制得的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的表面放大图，其中，图3中(a)为第一氮化硅层表面50倍放大图，图3中(b)为石英层表面50倍放大图，图3中(c)为第二氮化硅层表面50倍放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法，包括：

提供坩埚本体，所述坩埚本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁；

将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第一混合液，将所述第一混合液滚涂在所述侧壁的内表面，形成第一氮化硅层，所述第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm；

将石英砂与水混合经研磨形成石英浆料，所述石英浆料与硅溶胶和水混合形成混合浆料，将所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上，形成石英层，所述石英层完全覆盖所述第一氮化硅层，所述石英层的表面粗糙度ra为40μm-55μm；

将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第二混合液，将所述第二混合液喷涂在所述石英层上，形成第二氮化硅层，所述第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，得到铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚。

在本发明实施方式中，第一混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.3-0.6)：(1.0-1.3)，进一步利于形成致密的表面。进一步的，第一混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.45-0.55)：(1.2-1.25)，更有利于形成致密的表面。具体的，氮化硅、硅溶胶和水的质量比可以但不限于为1：0.3：1.1、1：0.5：1.25或1：0.6：1.2。

在本发明实施方式中，第一混合液中氮化硅包括α晶相和β晶相，α晶相和β晶相的质量比为1：(1-1.8)，有利于提高第一氮化硅层的稳定性。进一步的，α晶相和β晶相的质量比为1：(1-1.2)，进一步提高第一氮化硅层的稳定性。

在本发明实施方式中，第一混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.999％，降低第一氮化硅层的杂质含量，减小铸锭过程中硅液混入的杂质含量，提高硅锭品质。进一步的，第一混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.9995％，进一步提高硅锭品质。

在本发明实施方式中，第一混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-6μm，有利于制得致密的第一氮化硅层表面，在铸锭过程中更好地隔绝坩埚杂质混入硅液中。进一步的，第一混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-4μm，更有利于形成致密表面，以及进一步加强隔绝杂质的效果。具体的，第一混合液中氮化硅的中位粒径可以但不限于为1μm、2μm、2.8μm、3μm、5μm或6μm。

在本发明中，可以通过一次或多次滚涂工艺将所述第一混合液涂覆在所述侧壁的内表面；其中，采用的滚涂工艺能够使得氮化硅颗粒呈致密化排列，有效的控制第一氮化硅层的平整度，避免了凸起和褶皱，形成致密的表面，使得第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于20μm，且通过滚涂制备的第一氮化硅层与所述侧壁结合力强，不易发生脱落和开裂。

在本发明中，第一氮化硅层的表面粗糙度小于20μm，即第一氮化硅层具有致密的表面。可选的，第一氮化硅层的表面粗糙度小于15μm。

在本发明实施方式中，形成第一氮化硅层之后还包括固化处理。具体的，固化处理可以但不限于为烧结。在本发明一具体实施例中，在第一混合液中添加光固化剂，通过光照进行固化。

在本发明一实施方式中，第一氮化硅层完全覆盖侧壁的内表面。在本发明另一实施方式中，第一氮化硅层的上端边缘低于侧壁的上端边缘，也就是说，第一氮化硅层覆盖部分侧壁的内表面。在本发明中，第一氮化硅层由底座向上延伸覆盖侧壁的内表面。进一步的，第一氮化硅层占侧壁的内表面的70％-95％。

在本发明实施方式中，将石英砂与水混合经研磨形成石英浆料，包括：

采用一步研磨法或多步研磨法，将石英砂与水混合，并加入研磨介质在研磨设备中进行研磨，制得石英浆料。

在本发明实施方式中，石英浆料中还包括有机聚合物单体，有机聚合物单体为含有多个官能团的化合物。更进一步的，有机聚合物单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。更进一步的，石英浆料中还包括交联剂和分散剂中的至少一种。交联剂为含有多个官能团的化合物。更进一步的，交联剂包括中n,n-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯和二异氰酸酯的至少一种。更进一步的，分散剂包括有机聚电解质和超分散剂中的至少一种。具体的，分散剂可以但不限于为聚丙烯酸盐、木质素磺酸盐、甲基纤维素、柠檬酸盐。在本发明中，有机聚合物单体交联形成三维网状结构，石英层中的石英砂可以分散其中且不易发生移位，使得石英层更加稳定，与第一氮化硅层的结合力强；同时，交联剂更有利于有机聚合物单体的交联，分散剂更有利于石英层中石英砂的分散。

在本发明实施方式中，研磨介质包括氧化锆球、氮化硅球、玛瑙球、氧化铝球和刚玉球中的至少一种。进一步的，研磨设备包括行星式球磨机、卧式球磨机和立式球磨机中的至少一种。

在本发明实施方式中，石英浆料中石英砂的质量含量大于90％，为铸锭过程中硅锭侧壁的形核提供大量的形核点。

在本发明实施方式中，石英砂的纯度大于或等于99.99％，降低杂质污染。

在本发明实施方式中，石英砂的中位粒径为1μm-10μm，有利于形成疏松且表面具有凸起的结构，为铸锭过程中硅锭侧壁形核提供形核点。进一步的，石英砂的中位粒径为2μm-8μm，更有利于铸锭过程中硅锭侧壁的有序形核。具体的，石英砂的中位粒径可以但不限于为1.5μm、2.3μm、3.5μm、6μm或9μm。

在本发明实施方式中，石英浆料的粘度450cp-600cp，有利于形成凸起阵列结构。进一步的，石英浆料的粘度为520cp-550cp，更有利于形成凸起阵列结构。具体的，石英浆料的粘度可以但不限于为450cp、490cp、510cp、535cp或590cp。

在本发明实施方式中，混合浆料中石英浆料、硅溶胶和水的质量比为1：(0.04-0.07)：(0.18-0.21)，提高混合浆料中的固含量，有利于形成疏松且表面具有凸起阵列结构。进一步的，混合浆料中石英浆料、硅溶胶和水的质量比为1：(0.05-0.06)：(0.19-0.2)，进一步提高混合浆料中的固含量，形成更有利于形成疏松且表面具有凸起阵列结构。具体的，混合浆料中石英浆料、硅溶胶和水的质量比可以但不限于为1：0.04：0.2、1：0.05：0.18或1：0.06：0.21。

在本发明实施方式中，混合浆料喷涂在第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-40cm，喷涂流量(13.5-14)g/s，散幅范围25cm-35cm，散幅压力0.2mpa-0.3mpa，雾化压力0.05mpa-0.15mpa。通过采用喷涂工艺并进一步控制喷涂工艺参数，提高石英层的凸起阵列结构，使其表面粗糙度ra为40μm-55μm，提高其表面积和粗糙度，可以提供丰富的形核点，有利于有序形核，避免无序生长的现象，同时形成的石英层可以与第一氮化硅层较好的粘接，不易脱落或开裂，有利于高效稳定形核。

在本发明实施方式中，所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-35cm，喷涂流量(13.8-14)g/s，散幅范围25cm-30cm，散幅压力0.22mpa-0.3mpa，雾化压力0.06mpa-0.15mpa，进一步提高石英层的凸起阵列结构。进一步的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-52μm。在本发明中，石英层为疏松结构，且表面具有凸起阵列结构，可选的，所述凸起为微米级凸起。进一步的，所述凸起的底面宽度为40μm-100μm，高度为100μm-300μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-300μm。

在本发明实施方式中，所述混合浆料喷涂在所述第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距25cm-28cm，喷涂流量(13.9-14)g/s，散幅范围25cm-28cm，散幅压力0.22mpa-0.28mpa，雾化压力0.08mpa-0.15mpa，进一步提高石英层的凸起阵列结构。更进一步的，所述石英层的表面粗糙度ra为45μm-50μm。可选的，所述凸起的底面宽度为40μm-80μm，高度为100μm-250μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-250μm。

在本发明一实施例中，混合浆料喷涂在第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距26cm，喷涂流量14g/s，散幅范围32cm，散幅压力0.23pa，雾化压力0.08mpa。

在本发明另一实施例中，混合浆料喷涂在第一氮化硅层上的喷涂工艺参数包括枪距28cm，喷涂流量12.5g/s，散幅范围35cm，散幅压力0.27pa，雾化压力0.1mpa。

在本发明中，利用喷涂工艺，可以但不限于为机械喷涂，对坩埚本体的侧壁内表面进行一次喷涂，得到凸起阵列结构。

在本发明实施方式中，形成石英层之后，还包括固化处理。具体的，固化处理可以但不限于为烧结。

在本发明实施方式中，第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.2-0.3)：(2-2.5)，有利于形成粗糙表面。进一步的，第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：(0.2-0.25)：(2-2.2)，更有利于形成粗糙表面。具体的，第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比可以但不限于为1：0.25：2.5、1：2.8：2.3或1：0.3：2。

在本发明实施方式中，第二混合液中氮化硅包括α晶相和β晶相，α晶相和β晶相的质量比为1：(1-1.8)，铸锭过程会产生较高温度，氮化硅晶相的选择和比例有利于提高第二氮化硅层的稳定性。进一步的，α晶相和β晶相的质量比为1：(1-1.2)，进一步提高第二氮化硅层的稳定性。

在本发明实施方式中，第二混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.999％，降低第二氮化硅层的杂质含量，减小铸锭过程中硅液混入的杂质含量，提高硅锭品质。进一步的，第二混合液中氮化硅的纯度大于或等于99.9995％，进一步提高品质。

在本发明实施方式中，第二混合液中氮化硅的中位粒径为1μm-6μm，有利于形成粗糙表面，第二氮化硅层中出现凹陷结构，有利于铸锭过程中硅液的渗入，进而使得硅液利用石英层的形核点进行高效有序的形核。进一步的，第二混合液中氮化硅的中位粒径为2μm-6μm，为有序形核提供有利条件。更进一步的，第二混合液中氮化硅的中位粒径为3μm-6μm。具体的，第二混合液中氮化硅的中位粒径可以但不限于为1μm、2.5μm、3.6μm或5.5μm。

在本发明实施方式中，第二混合液喷涂在石英层上的喷涂工艺参数包括枪距28cm-37cm，喷涂流量(3.6-4.2)g/s，散幅范围32cm-38m，散幅压力0.18mpa-0.22mpa，雾化压力0.18mpa-0.35mpa，喷涂温度60℃-90℃，喷涂7圈-10圈。通过采用喷涂工艺并进一步控制喷涂工艺参数，进行多次喷涂，使得第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，提高第二氮化硅层的多孔隙、内部凹陷结构，有利于铸锭过程中硅液的渗入，进而以石英层中的石英砂作为形核点进行高效有序的形核，提高硅锭品质。

在本发明实施方式中，第二混合液喷涂在石英层上的喷涂工艺参数包括枪距30cm-37cm，喷涂流量(3.8-4.2)g/s，散幅范围34cm-38m，散幅压力0.2mpa-0.22mpa，雾化压力0.2mpa-0.35mpa，喷涂温度70℃-90℃，喷涂8圈-10圈，以使第二氮化硅层的表面粗糙度ra为65μm-80μm。在本发明中，石英层的接触角大于150°。

在本发明实施方式中，第二混合液喷涂在石英层上的喷涂工艺参数包括枪距35cm-37cm，喷涂流量(4-4.2)g/s，散幅范围36cm-38m，散幅压力0.2mpa-0.22mpa，雾化压力0.2mpa-0.35mpa，喷涂温度70℃-85℃，喷涂9圈-10圈，以使第二氮化硅层的表面粗糙度ra为70μm-80μm。在本发明中，石英层的接触角大于160°。

在本发明实施方式中，第二混合液喷涂在所述石英层上的喷涂工艺参数包括起喷温度70℃-90℃。

在本发明一实施例中，第二混合液喷涂在石英层上的工艺参数包括枪距30cm，喷涂流量4g/s，散幅范围32cm，雾化压力0.22mpa，雾化压力0.18mpa，喷涂温度80℃，喷涂圈数为10圈。

在本发明另一实施例中，第二混合液喷涂在石英层上的工艺参数包括枪距34cm，喷涂流量3.8g/s，散幅范围29cm，雾化压力0.18mpa，雾化压力0.25mpa，喷涂温度85℃，喷涂圈数为8圈。

在本发明中，第二氮化硅层为氮化硅颗粒形成的层结构，氮化硅颗粒之间有空隙，产生凹陷，可以使铸锭过程中的硅液渗入；同时，第一氮化硅层具有致密的结构，在铸锭过程中与硅液接触时接触角大，非浸润性好，不易发生粘锅现象。

在本发明中，利用喷涂工艺，可以但不限于为机械喷涂，对坩埚本体的侧壁内表面进行多次喷涂，得到多孔隙、内部具有凹陷的结构的第二氮化硅层，第二氮化硅层的表面粗糙度ra为60μm-80μm，同时喷涂制备得到的第二氮化硅层可以与石英层更好地结合，不易脱落或开裂。

在本发明实施方式中，形成第二氮化硅层之后还包括固化处理。具体的，固化处理可以但不限于为烧结。

本发明还提供了通过上述铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法制备得到的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，请参阅图1，铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚包括坩埚本体10和依次设置在坩埚本体10的侧壁11的内表面上的第一氮化硅层20、石英层30和第二氮化硅层40，坩埚本体10包括底座12及由底座12向上延伸的侧壁11，第一氮化硅层20的表面粗糙度ra小于20μm，石英层30的表面粗糙度ra为40μm-55μm，第二氮化硅层40的表面粗糙度ra为60μm-80μm。

在本发明实施方式中，第一氮化硅层20的表面粗糙度ra小于20μm。进一步的，第一氮化硅层20的表面粗糙度ra小于15μm。更进一步的，第一氮化硅层20的表面粗糙度ra小于12μm。

在本发明实施方式中，第一氮化硅层20的厚度为100μm-150μm。在本发明实施方式中，第一氮化硅层20的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

在本发明一实施方式中，第一氮化硅层20完全覆盖侧壁11的内表面。在本发明另一实施方式中，第一氮化硅层20的上端边缘低于侧壁11的上端边缘，也就是说，第一氮化硅层20覆盖部分侧壁11的内表面。在实际生产过程中，坩埚侧壁11会有部分内表面不接触硅液，因此第一氮化硅层20可以不完全覆盖侧壁11的内表面。可选的，第一氮化硅层20占侧壁11内表面的70％-95％。进一步的，第一氮化硅层20占侧壁11内表面的75％-90％。

在本发明实施方式中，石英层30的表面粗糙度ra为40μm-55μm。进一步的，石英层30的表面粗糙度ra为45μm-55μm。更进一步的，石英层30的表面粗糙度ra为45μm-52μm。具体的，石英层30的表面粗糙度ra可以但不限于为42μm、45μm、53μm、54.5μm或55μm。

在本发明实施方式中，石英层30的厚度为150μm-200μm。进一步的，石英层30的厚度为160μm-190μm。

在本发明实施方式中，石英层30的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

在本发明实施方式中，第二氮化硅层40的表面粗糙度ra为60μm-80μm。进一步的，第二氮化硅层40的表面粗糙度ra为65μm-80μm。更进一步的，第二氮化硅层40的表面粗糙度ra为68μm-75μm。

在本发明实施方式中，第二氮化硅层40的表面粗糙度大于石英层30的表面粗糙度。

在本发明实施方式中，第二氮化硅层40的厚度为600μm-800μm。进一步的，第二氮化硅层40的厚度为650μm-750μm。

在本发明实施方式中，第二氮化硅层40的厚度为等厚度、渐变厚度或梯度厚度。

请参阅图1，第一氮化硅层20完全覆盖侧壁11的内表面时，石英层30完全覆盖第一氮化硅层20，第二氮化硅层40完全覆盖石英层30。请参阅图2，当第一氮化硅层20的上端边缘低于侧壁11的上端边缘，且石英层30完全覆盖第一氮化硅层20且与第一氮化硅层20等高时，第二氮化硅层40部分覆盖石英层30，部分覆盖侧壁11的内表面。当第一氮化硅层20的上端边缘低于侧壁11的上端边缘，石英层30部分覆盖第一氮化硅层20，部分覆盖侧壁11的内表面，且石英层30的上端边缘可以低于侧壁11的上端边缘时，第二氮化硅层40部分覆盖石英层30，部分覆盖侧壁11的内表面。当第一氮化硅层20的上端边缘低于侧壁11的上端边缘，石英层30部分覆盖第一氮化硅层20，部分覆盖侧壁11的内表面，且石英层30的上端边缘与侧壁11的上端边缘等高时，第二氮化硅层40完全覆盖石英层30。在实际应用中，保证硅块熔融后形成的硅液的高度不超过第一氮化硅层20的高度即可。

在本发明中，第一氮化硅层20具有致密且表面平整的结构，石英层30为疏松且表面具有凸起的结构，第二氮化硅层40的内部疏松具有凹陷，且表面具有凸起结构，整体结构稳定，不会因装料过程中硅料的加入而发生形变，且在铸锭过程中硅液的冲刷不会影响整体结构的形貌，为硅锭侧壁形核提供大量且稳定的形核点。

在本发明实施方式中，凸起结构为微米级凸起。可选的，凸起的底面宽度为40μm-100μm，高度为100μm-300μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-300μm。进一步的，凸起的底面宽度为40μm-80μm，高度为100μm-250μm，相邻所述凸起之间的间距为50μm-250μm。

在本发明中，铸锭过程中硅液与第一氮化硅层20之间的接触角大，非浸润性好，有效避免粘锅。可选的，第一氮化硅层20的接触角大于150°。进一步的，第一氮化硅层20的接触角大于160°。

在本发明实施方式中，铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的体积密度大于1.9g/cm³。进一步在本发明实施方式中，铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的体积密度大于1.94g/cm³。

本发明提供的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法工序简单，可进行大规模生产，得到性能稳定的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚，铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚中的第一氮化硅层具有致密的表面，在铸锭过程中，能够有效隔绝坩埚本体的杂质侵入硅液中，石英层为凸起阵列结构，具有大的表面积和表面粗糙度，为硅锭侧壁的形核提供大量、稳定的形核点，有利于硅锭侧壁高效有序形核，第二氮化硅层为多孔隙、内部具有凹陷的结构，可以使得铸锭过程中的硅液渗入，进而利用涂层的孔隙、凹陷区域进行高效形核，同时第一氮化硅层具有致密的表面，其与硅液之间的非浸润性强，避免了粘埚现象的发生，并且石英层的熔化温度高于铸锭过程中产生的高温，在铸锭过程中不会发生熔化、脱落和开裂的现象，整体结构稳定，进一步避免了杂质的污染，提高了硅锭的品质。

实施例1

一种铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法，包括：

步骤一：提供坩埚本体、氮化硅、硅溶胶和石英砂，坩埚本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁；

步骤二：将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第一混合液，其中，氮化硅的纯度为99.999％，氮化硅的中位粒径为4μm，氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：0.32：1.2；通过滚涂工艺将第一混合液涂覆在侧壁的内表面，形成第一氮化硅层，第一氮化硅层的厚度为150μm，第一氮化硅层覆盖部分侧壁的内表面。

步骤三：将石英砂与水混合经研磨形成石英浆料，其中，石英砂的纯度大于99.99％，中位粒径为6.5μm，石英浆料的粘度为550cp；石英浆料与硅溶胶和水混合形成混合浆料，其中，石英浆料、硅溶胶和水的质量比1：0.04：0.2；通过喷涂工艺将混合浆料涂覆至第一氮化硅层的内表面，其中，喷涂工艺的枪距为40cm，喷涂流量为14g/s，散幅范围32cm，散幅压力为0.3mpa，雾化压力为0.15mpa，经固化形成石英层，石英层完全覆盖第一氮化硅层，且未覆盖侧壁内表面，石英层的厚度为180μm。

步骤四：将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第二混合液，其中，氮化硅的纯度大于99.999％，中位粒径为6μm，第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：0.25：2.5；通过喷涂工艺将第二混合液涂覆在石英层的内表面，其中，喷涂工艺中枪距为30cm，喷涂流量为4g/s，散幅范围32cm，散幅压力0.18mpa，雾化压力为0.22mpa，喷涂温度为80℃，喷涂圈数为9圈，经固化形成第二氮化硅层，第二氮化硅层的厚度为750μm，即可得到铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚。

将制得的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚进行检测，其中，第一氮化硅层的表面粗糙度ra小于15μm，石英层的表面粗糙度ra为50μm，第二氮化硅层的表面粗糙度ra为80μm；同时对第一氮化硅层、石英层和第二氮化硅层的表面进行检测，结果如图3所示，其中图3中(a)为第一氮化硅层表面50倍放大图，图3中(b)为石英层表面50倍放大图，图3中(c)为第二氮化硅层表面50倍放大图，可以明显看出第一氮化硅层为致密表面，无明显褶皱，石英层表面具有凸起，第二氮化硅层表面呈现更明显的凸起。

实施例2

一种铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚的制备方法，包括：

步骤一：提供坩埚本体、氮化硅、硅溶胶和石英砂，坩埚本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁；

步骤二：将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第一混合液，氮化硅的纯度为99.9995％，氮化硅的中位粒径为6μm，氮化硅包括α晶相和β晶相，α晶相和β晶相的质量比为1：1，氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：0.5：1.2；通过滚涂工艺将第一混合液涂覆在侧壁的内表面，形成第一氮化硅层，第一氮化硅层厚度为120μm，表面粗糙度ra小于20μm，第一氮化硅层完全覆盖侧壁的内表面；

步骤三：将石英砂、甲基丙烯酰胺和水混合经研磨形成石英浆料，其中，石英砂的纯度大于99.999％，中位粒径为2μm，石英浆料的粘度为480cp；石英浆料与硅溶胶和水混合形成混合浆料，其中，石英浆料、硅溶胶和水的质量比1：0.06：0.18；通过喷涂工艺将混合浆料涂覆至第一氮化硅层的内表面，其中，喷涂工艺的枪距28cm，喷涂流量13.5g/s，散幅范围25cm，散幅压力0.2mpa，雾化压力0.08mpa，经固化形成石英层，石英层完全覆盖第一氮化硅层，石英层的厚度为150μm，表面粗糙度ra为55μm。

步骤四：将氮化硅、硅溶胶和水混合形成第二混合液，其中，氮化硅的纯度大于99.999％，中位粒径为5μm，第二混合液中氮化硅、硅溶胶和水的质量比为1：0.75：2.5；通过喷涂工艺将第二混合液涂覆在石英层的内表面，其中，喷涂工艺中枪距为30cm，喷涂流量为4g/s，散幅范围32cm，散幅压力0.28mpa，雾化压力为0.05mpa，喷涂温度为70℃，喷涂圈数为10圈，经固化形成第二氮化硅层，第二氮化硅层的厚度为800μm，表面粗糙度ra为65μm，第二氮化硅层完全覆盖石英层，即可得到铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚。

效果实施例

将实施例1、实施例2制得的铸锭单多晶用侧壁改良涂层坩埚进行多晶硅锭的制备，同时与未进行处理的坩埚本体制备的多晶硅锭进行比对，可以明显看出实施1、实施例2制得的硅锭侧壁形核有序性明显提高，整体硅锭的利用率和品质提高。

以上所述是本发明的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。