中國粉體網訊 近日，歐晶科技豪擲3.5億美元，與矽比科北美公司簽署了原材料高純石英砂的采購協議！
今天我們就來分析一下，石英坩堝龍頭歐晶科技3.5億美元“買砂”的背后蘊藏著什么？
來源：歐晶科技
我們都知道，歐晶科技是石英坩堝龍頭企業，石英坩堝是生產單晶硅片不可或缺的耗材，在單晶硅生產中，石英坩堝是一次性使用的熔硅和晶體生長的關鍵材料，對單晶硅的生產成本和產品產量質量都有直接的重要影響。近年來，隨著光伏裝機規模的快速增長，歐晶科技的石英坩堝產品供不應求。
“搶砂保供”背后：
高純石英砂對石英坩堝企業的重要性
石英坩堝的原材料是高純石英砂，石英坩堝一般分為內外雙層（或三層）結構，石英砂的純度會直接影響硅棒拉晶質量。中外層潔凈度要求較低，目前內層用高純石英砂是供給側最大短板。業內常見分層比例為 3：4：3，即單個石英坩堝內層砂占比三成，中層砂占比四成，外層砂占比三成。內層石英砂因為直接接觸晶液，如果純度不足，則會出現雜質析出至晶體影響晶體純度情況。
石英坩堝分層結構示意圖
那么，目前坩堝用高純石英砂供應情況如何呢？
全國高純石英原料礦床主要分布在美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、中國、毛里塔尼亞和巴西等，其中美國的Spruce Pine礦是世界公認的優質石英礦床,具有規模大、流體雜質少和礦石品質穩定等優點，美國矽比科公司憑借此礦幾乎壟斷了全球高純石英高端市場。美國矽比科、挪威TQC等海外廠商對于上游核心原材料高純內層石英砂供給占有核心主導地位。
目前國產石英礦含有較高的金屬雜質含量和氣液包裹體，高純石英砂制備技術存在的難點也比較多，因此國內石英坩堝用高純石英砂還是以進口為主。其中內層砂必需的4N8高純石英高端產品仍需要高價從美國、挪威等進口，而質量要求略低的石英坩堝中外層砂，其礦石原料也需要從印度等國進口解決。雖然國內現有高純石英砂也可以做坩堝，但是壽命相對比較短，產品質量也相對較差。
因此，歐晶科技花3.5億美元采購矽比科高純石英砂的這一舉措，自然是為了保障其上游原材料高純石英砂的長期穩定供應，從而保障其石英坩堝產品的產量和質量。
那么，石英砂的質量具體如何影響著石英坩堝的品質呢？
石英砂對石英坩堝品質的影響
來源：石英股份
石英坩堝的壽命是其綜合品質的體現，其中，純度保證了坩堝不會形成太厚的析晶層，高溫強度保證了坩堝長時間運行不變形塌邊，透明層品質保證了拉晶過程的順暢、不斷線。而石英砂的純度、羥基含量、氣液包裹體及石英砂的粒度都等影響著石英坩堝的品質。
石英砂品質對坩堝品質的影響
石英砂雜質含量
石英砂原料雜質含量高會導致坩堝破裂及影響單晶生長。如果Na、K、Li、Ca等雜質元素含量高，會促使坩堝析晶，使坩堝失透和變形，影響坩堝的力學性能、電阻分布，造成坩堝塌陷。另外，過渡金屬（Cr、Cu、Fe等）含量過高時，會使石英坩堝產生色斑或引起高溫變色，影響光透過率。
石英砂的羥基及氣液包裹體含量
石英坩堝中的羥基缺陷會破壞Si-O鍵，導致其結構疏松度增加，化學穩定性降低。石英砂中的氣液包裹體在高溫熔制石英玻璃的過程中H2O能與SiO2熔體發生反應，使得羥基含量增高，造成氣泡增加。
如果坩堝內層的微氣泡比較多，拉晶高溫下就會膨脹，把內層拱破，顆粒就進入硅液當中，造成硅棒斷棱，影響拉晶成晶率；同時，氣體進入硅液形成導致后期的硅片報廢。
石英砂的粒度分布
不同類型的石英原料的嵌布粒度特征存在明顯的差異，這與礦床成因密切相關。如脈石英的嵌布粒度主要受成礦環境制約和巖漿活動影響，常常共生有白云母等鋁硅酸鹽礦物，這些礦物的嵌布粒度大小直接影響石英的單體解離度，當粉碎顆粒粒度小于石英時，脈石礦物才能從連生體中解離出來。
光伏石英坩堝用高純石英砂指標要求
光伏石英坩堝用高純石英砂主要為4N8高純石英高端產品。石英坩堝對石英砂原料要求是純度高、一致性好、粒度分布均勻。
石英坩堝對石英砂的品質要求
內層砂：高純石英中，除SiO2以外的其他任何成分都是有害雜質。在美國尤尼明公司IOTA 系列高純石英高端產品中，IOTA-CG（坩堝級）是目前內層砂的典型代表。該產品是采用美國北卡羅來納州 Spruce Pine 地區的花崗偉晶巖（曾稱為白崗巖）石英為原料加工制備的，其特點其特征是：ω(SiO2) ≥99.998%（4N8）的高端產品，15 種雜質元素（Al、B、P、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、Ni）總含量為19×10−6，其中：除了 Al 和 Ti 含量>1×10−6（分別為14×10−6 和1.2×10−6）外，其余含量均<1×10−6。
中層砂：目前國內有個別企業具有批量生產能力。中層砂是采用從印度等國進口的脈石英A級礦為原料加工制備的，其特點其特征是：ω(SiO2) ≥99.998%（4N8）的高端產品，15 種雜質元素的總含量能夠達到IOTA-CG的要求。但由于礦床工業類型（脈石英）和礦源穩定性的制約，產品的氣液包裹體相對較多、質量穩定性受限。
外層砂：為了降低生產成本，有的單晶硅生產采用了三層結構。外層砂是主要采用從印度等國進口的質量和穩定性稍次的脈石英A級礦為原料加工制備的，其特點其特征是：ω(SiO2) ≥99.995%（4N5）的中高端產品，15 種雜質元素的總含量通常難以達到IOTA-CG的要求。
來源：胡澤晨等.石英砂的提純技術現狀及挑戰
總體來講，石英坩堝中內層對高純石英砂要求更嚴苛。內層石英砂因為直接接觸晶液，潔凈度要求極高，純度要求達4N8（大于99.998%），且對氣液包裹體、晶格雜質、穩定性也有較高要求，而石英坩堝外涂層、石英管、石英棒、石英舟和石英錠等產品達到4N5即可。
參考來源：
汪靈.光伏石英坩堝用高純石英砂及其制造關鍵技術
孫紅娟.坩堝用石英砂的工藝特征及高純石英砂制備技術
胡澤晨.石英砂的提純技術現狀及挑戰
王向東.光伏直拉單晶對于石英坩堝及石英砂的產業化需求
粉體大數據研究
（中國粉體網編輯整理/初末）
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