中國粉體網訊 高純石英砂、超細石英粉作為重要的工業礦物原料，廣泛用于集成電路、光纖、塑料、橡膠、涂料、玻璃、陶瓷、化工、塑料、橡膠、磨料、濾料、冶金鑄造、防火材料等工業。
一、光伏用高純石英砂、超細石英粉的技術要求
光伏用高純石英砂、超細石英粉的外觀應為具有一定透明度的白色顆粒且無異色；光伏用高純石英砂的粒度粒徑范圍應在70-350μm內，且在該粒徑范圍的累積質量分數應大于或等于90%，粒徑小于100μm或大于300μm的累積質量分數均應小于1%，一句話，粒度分布需要一致性和一定形體整形保證；光伏用高純石英砂、超細石英粉中二氧化硅含量應大于或等于99.99%，灼燒失量應小于或等于0.01%；光伏用高純石英砂、超細石英粉的核心問題是雜質，雜質含量超標的光伏石英坩堝高溫強度低，易發形，發形后的光伏石英坩堝在拉晶過程中隨著堝位的上升，石英坩堝發形的凸出部分極有可能碰撞到尋流筒，輕則影響正常拉晶，嚴重時將無法拉晶，雜質含量過高，往往還會帶來石英坩堝在本體上的析晶，光伏用高純石英砂、超細石英粉中雜質元素總含量應小于或等于25μg/g，其中鉀、鋰、鈉含量總和小于2.5μg/g，鐵小于0.5μg/g，鋁小于20μg/g，鈣小于1μg/g等等，允許各種雜質元素含量見下表。
▲光伏用高純石英砂各種雜質元素允許含量范圍
二、國產高純石英砂、超細石英粉行業痼疾—— “磨不細、混不均，分不散，提不純”
當前，國產高純石英砂、超細石英粉普遍存在“磨不細、混不均、分不散、提不純”行業痼疾，在高品質超細石英粉、高純石英砂為原料的高附加值石英產品生產中，原料嚴重依賴國外進口。例如，近年來由于新能源、太陽能、光伏、電池行業需求大爆發，拉制單晶硅的重要耗材——光伏石英坩堝的高純石英砂原料價格也一路上漲，尤其是進口高純石英砂因為原料壟斷的局面，價格更是漲個不停，價格一騎絕塵遠遠甩開國產高純石英砂，光伏用高純石英坩堝價格因原料漲價也一路上行，目前一個石英坩堝的價格在1.2萬元左右，大約是去年同期的3倍還多。
為了降低光伏用高純石英坩堝生產成本，國內生產廠家通常在制備高純石英坩堝時，一般采用價格昂貴的，進口美國尤尼明公司高純石英砂或挪威高純石英砂作為制備高純石英坩堝內層原料，使用相對經濟的國產高純石英砂作為石英坩堝外層原料，這樣既能降低一部分光伏用高純石英坩堝生產成本，也能滿足拉制單晶硅的工藝性能需求，實屬無奈之舉。
三、氮化硅磨介環是研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的不二選擇
如何提高國產高純石英砂、超細石英粉產品質量，降低制備高純石英砂、超細石英粉生產成本，國內生產廠家各顯其能用盡了水淬法、化學法、球磨、酸洗、堿洗等一系列措施，結果絕大部分廠家生產的產品與國外同類產品質量還存在較大差距。這里除了高純石英砂、超細石英粉的原料礦石品質除外，制備高純石英砂、超細石英粉的設備、技術、工藝、甚至理念與國外同行相比也存在著較大差距。
例如，全球領先的高科技工業陶瓷研發和制造商美國賽瑞丹公司(3M的全資子公司) ，主要生產光伏多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝、精密鑄造用熔融石英粉、碳化硅陶瓷部件、氮化硼復合陶瓷等產品。其生產制造熔融石英坩堝的高純石英粉體就是用氮化硅陶瓷磨介環研磨的。美國賽瑞丹公司在造價約30-40萬人民幣的罐體為2.8mX8m的連續球磨機里，投入近總價值4000多萬人民幣約40噸氮化硅陶瓷磨介環，來研磨混料制備光伏石英坩堝所需高純石英砂、超細石英粉原料。如此高價值的研磨磨介消耗性生產資料投入，在國內高純石英砂、超細石英粉制備行業生產廠家看來是不可想象的。
▲威海圓環生產的研磨光伏高純石英砂、超細石英粉所用的氮化硅磨介環
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的5種優勢
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的優勢1、氮化硅陶瓷磨介環硬度高、磨耗低可大幅提升高純石英砂、超細石英粉粉體產品的純度、質量和附加值。 氮化硅磨介環維氏硬度14-18Gpa，硬度僅次于金剛石和立方氮化硼；在維氏硬度、彈性模量、抗壓強度、斷裂模量、熱膨脹系數、比熱、使用上限溫度、抗沖擊能力等研磨介質的維度參數上，氮化硅磨介都全面優于常用的氧化鋯、瑪瑙等磨介。
氮化硅磨介環24小時的磨耗只有百萬分之一，氮化硅磨介環因研磨消耗非常低，降低了研磨介質的磨損及對研磨材料的污染，有利于獲取更高純度的超細粉體。
例如，當前我國在研磨鋰電池隔膜用的高純氧化鋁粉體時，常用的是氧化鋯珠來研磨，研磨一噸的氧化鋁粉體，磨耗大約五至六公斤左右的氧化鋯磨介，損耗的氧化鋯磨介粉末以雜質混合在氧化鋁粉體中，導致原先純度為99.99的氧化鋁粉的純度會降到到99.47。雖然說雜質氧化鋯磨介粉末對鋰電池隔膜的危害性不是特別大，但是也給氧化鋁粉體提純帶來難度，這也是我國造出來的鋰電池，與日本制造的鋰電池性能相差較大的原因之一。有試驗表明，氮化硅作為研磨介質24小時的磨耗只萬分之一，氮化硅磨介作為替代氧化鋯磨介作為研磨介質可大幅提升高附加值粉體和高科技粉體產品純度、質量和成本，有望為我國科技產品質量升級迭代提供新路徑。
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的優勢2、氮化硅磨介環使用壽命長，經濟性好，性價比高。氮化硅磨介環因為硬度高，硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，其研磨效率高，降低了高純石英砂、超細石英粉的生產成本。氮化硅磨介環24小時的磨耗只有百萬分之一，氮化硅磨介環因磨耗低導致其使用壽命長，盡管氮化硅磨介環價格不低，但是相對氮化硅磨介環近20年正常使用工作時間來講，還算是非常非常物美價廉。
▲十年研磨工作的氮化硅研磨球柱結合體、氮化硅陶瓷磨介環使用狀態對比
在威海圓環先進陶瓷股份有限公司展廳，可以看到連續工作近十年的氮化硅研磨球柱結合體、氮化硅陶瓷磨介環2種氮化硅陶瓷磨介，將2個氮化硅研磨球柱結合體、氮化硅研磨圈與未工作的磨介對比（如上圖），可以發現工作近十年的氮化硅研磨球柱結合體、氮化硅陶瓷磨介環除了表明變得光滑一些，還有棱角沒那么分明以外，氮化硅研磨球柱結合體、氮化硅陶瓷磨介環的大小并沒有太大明顯的變化。氮化硅陶瓷磨介環雖然生產制造成本高一些，但是從氮化硅陶瓷磨介環近20年全壽命周期生產使用成本優勢來計算，氮化硅陶瓷磨介環的經濟性也是具有相當的優勢。
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的優勢3、氮化硅磨介環相對氮化硅磨介球、氮化硅磨介柱等同質研磨介質，氮化硅磨介環可以讓高純石英砂、超細石英粉研磨得更細、混得更勻、分得散、少團聚，形體更整齊，效率更高。
氮化硅陶瓷磨介環相對氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介球研磨粉體是點切割，氮化硅陶瓷磨介環研磨粉體是線切割，氮化硅陶瓷磨介環研磨粉體效率更高。
氮化硅陶瓷磨介環相對氮化硅陶瓷磨介柱，它們研磨的適用對象不同，氮化硅陶瓷磨介環在濃度較高或者干法研磨有優勢，氮化硅陶瓷磨介柱濕法研磨有優勢，因為干法研磨環境中，與研磨柱等不同，由于研磨環存在內、外氣壓差，就可以在密閉的真空或者很濃密的場景中快速的上下運動，研磨和混料效率更高，讓高純石英砂、超細石英粉少團聚、分得散、混得更勻。
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的優勢4、氮化硅陶瓷磨介環在球磨機干法研磨相對于氣流磨粉體研磨具有對高純石英砂、超細石英粉混料和整形優勢。
氣流磨屬于將軟團聚的粉體擊碎，重點在于對粉體的粉碎和破碎。而氮化硅磨介環在大的球磨機里不僅起到研磨粉碎的作用，重點是眾多的氮化硅陶瓷磨介環在大的球磨機中研磨時，會出現共振現象，氮化硅陶瓷磨介環自動排列成一條條繩狀，研磨節奏感強，眾多氮化硅陶瓷磨介環繩之間互相鞭打，研磨和混料效果好；由于有節奏的繩狀鞭打現象，在線接觸切割的擊打下，研磨的粉體之間的粒徑差均勻，研磨粒徑范圍分布更窄；氮化硅磨介環研磨高純石英砂、超細石英粉除了混料更均勻，更重要的是對粉粒本身的整形功能，以確保被研磨粉體外形的一致性和產品質量的一致性。
氮化硅磨介環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的優勢5、氮化硅磨介環磨耗對光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉效能無影響，即高純石英砂中氮化硅雜質對光伏石英坩堝拉制單晶硅的影響可以忽略不計。
對于高純度粉體來講，研磨所消耗在粉體中任何磨介都是雜質。但是，氮化硅磨介環磨耗對光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉效能無影響。氮在硅晶體中不是一種重要雜質，由于氮氧復合體是淺能級，且氮的固溶度很低，氮化硅是強共價化合物，化學性能穩定，耐高溫性能及致密性好；氮化硅自擴散系數低，抗雜質擴散和防水汽滲透能力強；氮化硅具有良好的抗腐蝕、抗氧化、耐摩擦、自潤滑等性能；氮化硅不與熔融硅Si發生反應，與Si硅熔液不粘連，具有優異的抗侵蝕性和可脫離性。目前有部分拉制單晶硅的廠家，使用的是向拉制單晶硅石英坩堝內壁噴涂一層高純氮化硅粉制成的漿料工藝，高純氮化硅粉漿料的涂層工藝其作用一是便于成品脫膜；二是提高制成品的透明度和色澤的一致性。
又例如，氮化硅磨介環磨耗對制備光纖所需原料高純石英砂、超細石英粉效能也無影響，光學玻璃的燒結溫度大于1500度，在空氣氣氛里，氮化硅高溫分解后再氧化，又是氧化硅，而光纖或光學玻璃的主要成分就是二氧化硅。所以從研磨介質磨耗雜質角度來看，氮化硅磨介環不僅是研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂的理想選擇，還是研磨光纖所需原料高純石英砂的理想選擇。
▲十年研磨工作的高硬度、低磨耗、超長使用壽命的氮化硅陶瓷磨介環對比
四、威海圓環氮化硅陶瓷磨介環助力國產高純度石英砂、超細石英粉提質增效
威海圓環先進陶瓷股份有限公司是一家專業從事Si₃N₄氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質，高熱導率氮化硅陶瓷基板、可重復利用的高熱導氮化硅陶瓷坩堝、氮化硅陶瓷結構件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生產企業。
威海圓環研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉的氮化硅陶瓷研磨環適用范圍：適合立式攪拌磨、立式（臥式）行星磨、臥式球磨機、震動磨和各種線速、V型混料機及各種應用研磨環進行分散、混合和粉體研磨設備，尤其適合對材料有嚴格要求的漿料和粉料作濕法、干法的超細分散及研磨。
威海圓環氮化硅磨介環在濃度較高或者干法研磨有優勢，除了研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細石英粉較大的優勢以外，在研磨高純稀土粉、超細稀土粉、高純石墨粉、超細石墨粉等高附加值工業粉體效果也非常理想，可以有效解決高附加值粉體“磨不細、混不均，分不散，提不純”的行業痼疾。
2015年9月，威海圓環先進陶瓷股份有限公司開啟了高導熱氮化硅陶瓷基板技術研發自主創新之路，在研制高導熱氮化硅陶瓷基板過程中，抓住細節，把握核心，不斷發現和解決各類生產的難題，歷時七年，威海圓環生產的0.32mmX139.7mmX190.5mm行業標準規格的高導熱氮化硅陶瓷基板已經達到量產的水平，突破了西方先進國家在高導熱氮化硅陶瓷基板的技術保護和應用產品對我國“卡脖子”難題。
2022年10月，威海圓環批量化生產性能完備的0.1～1mm規格的氮化硅陶瓷微珠各項理化指標達到了國際上行業領軍的質量水平，突破了西方先進國家在氮化硅陶瓷微珠的技術保護和應用產品對我國封鎖的難題。
威海圓環批量化生產的氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質品種規格齊全，性能完備，質量過硬，價格適中。為了支持國產高純度石英砂、超細石英粉、高純稀土粉、超細稀土粉、高純石墨粉、超細石墨粉等高附加值粉體工業發展，威海圓環批量化生產的氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質可做信用支付產品，可以先買單、再還款、可分期支付的產品，而且無其他費用產生。
威海圓環批量化生產的氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質可以按照用戶特殊要求定制。關于氮化硅陶瓷磨介環、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等研磨介質的性能、規格、技術參數等問題，威海圓環隨時歡迎各位同行、各位同仁交流探討！
威海圓環多年來與海內外先進陶瓷材料技術領軍人物建立了深厚的技術合作關系，在國內精密陶瓷材料領域具有一定權威和建樹的高等院校和科研機構建立了校企研發合作關系，擁有了一批多年從事研制、開發的中高級技術人員和管理人員，使我們具有精湛的技術、嚴謹的治學態度、高度的敬業精神、高效的管理水平。威海圓環公司研發及生產測試團隊具有豐富的行業經驗，核心工程師擁有十余年的精密陶瓷技術積累和強大的應用開發能力。威海圓環始終致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷設計開發和生產銷售，打造高硬度、低磨耗、超長使用壽命的氮化硅陶瓷磨介生產領軍品牌，持續通過技術創新為客戶及時提供高性價比的氮化硅陶瓷材料產品和服務。
