中國粉體網(wǎng)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(xié)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(yùn)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(yè)，石英坩堝是生產(chǎn)單晶硅片不可或缺的耗材，在單晶硅生產(chǎn)中，石英坩堝是一次性使用的熔硅和晶體生長的關(guān)鍵材料，對單晶硅的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量都有直接的重要影響。近年來，隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的快速增長，歐晶科技的石英坩堝產(chǎn)品供不應(yīng)求。

“搶砂保供”背后：

高純石英砂對石英坩堝企業(yè)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(nèi)外雙層（或三層）結(jié)構(gòu)，石英砂的純度會(huì)直接影響硅棒拉晶質(zhì)量。中外層潔凈度要求較低，目前內(nèi)層用高純石英砂是供給側(cè)最大短板。業(yè)內(nèi)常見分層比例為 3：4：3，即單個(gè)石英坩堝內(nèi)層砂占比三成，中層砂占比四成，外層砂占比三成。內(nèi)層石英砂因?yàn)橹苯咏佑|晶液，如果純度不足，則會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)析出至晶體影響晶體純度情況。

石英坩堝分層結(jié)構(gòu)示意圖

那么，目前坩堝用高純石英砂供應(yīng)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(rèn)的優(yōu)質(zhì)石英礦床,具有規(guī)模大、流體雜質(zhì)少和礦石品質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)層石英砂供給占有核心主導(dǎo)地位。

目前國產(chǎn)石英礦含有較高的金屬雜質(zhì)含量和氣液包裹體，高純石英砂制備技術(shù)存在的難點(diǎn)也比較多，因此國內(nèi)石英坩堝用高純石英砂還是以進(jìn)口為主。其中內(nèi)層砂必需的4N8高純石英高端產(chǎn)品仍需要高價(jià)從美國、挪威等進(jìn)口，而質(zhì)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(jìn)口解決。雖然國內(nèi)現(xiàn)有高純石英砂也可以做坩堝，但是壽命相對比較短，產(chǎn)品質(zhì)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(wěn)定供應(yīng)，從而保障其石英坩堝產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

那么，石英砂的質(zhì)量具體如何影響著石英坩堝的品質(zhì)呢？

石英砂對石英坩堝品質(zhì)的影響

來源：石英股份

石英坩堝的壽命是其綜合品質(zhì)的體現(xiàn)，其中，純度保證了坩堝不會(huì)形成太厚的析晶層，高溫強(qiáng)度保證了坩堝長時(shí)間運(yùn)行不變形塌邊，透明層品質(zhì)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(zhì)。

石英砂品質(zhì)對坩堝品質(zhì)的影響

石英砂雜質(zhì)含量

石英砂原料雜質(zhì)含量高會(huì)導(dǎo)致坩堝破裂及影響單晶生長。如果Na、K、Li、Ca等雜質(zhì)元素含量高，會(huì)促使坩堝析晶，使坩堝失透和變形，影響坩堝的力學(xué)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(shí)，會(huì)使石英坩堝產(chǎn)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(huì)破壞Si-O鍵，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)疏松度增加，化學(xué)穩(wěn)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(fā)生反應(yīng)，使得羥基含量增高，造成氣泡增加。

如果坩堝內(nèi)層的微氣泡比較多，拉晶高溫下就會(huì)膨脹，把內(nèi)層拱破，顆粒就進(jìn)入硅液當(dāng)中，造成硅棒斷棱，影響拉晶成晶率；同時(shí)，氣體進(jìn)入硅液形成導(dǎo)致后期的硅片報(bào)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(guān)。如脈石英的嵌布粒度主要受成礦環(huán)境制約和巖漿活動(dòng)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(dāng)粉碎顆粒粒度小于石英時(shí)，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(biāo)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(chǎn)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(zhì)要求

內(nèi)層砂：高純石英中，除SiO₂以外的其他任何成分都是有害雜質(zhì)。在美國尤尼明公司IOTA 系列高純石英高端產(chǎn)品中，IOTA-CG（坩堝級(jí)）是目前內(nèi)層砂的典型代表。該產(chǎn)品是采用美國北卡羅來納州 Spruce Pine 地區(qū)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(diǎn)其特征是：ω(SiO₂) ≥99.998%（4N8）的高端產(chǎn)品，15 種雜質(zhì)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(nèi)有個(gè)別企業(yè)具有批量生產(chǎn)能力。中層砂是采用從印度等國進(jìn)口的脈石英A級(jí)礦為原料加工制備的，其特點(diǎn)其特征是：ω(SiO₂) ≥99.998%（4N8）的高端產(chǎn)品，15 種雜質(zhì)元素的總含量能夠達(dá)到IOTA-CG的要求。但由于礦床工業(yè)類型（脈石英）和礦源穩(wěn)定性的制約，產(chǎn)品的氣液包裹體相對較多、質(zhì)量穩(wěn)定性受限。 

外層砂：為了降低生產(chǎn)成本，有的單晶硅生產(chǎn)采用了三層結(jié)構(gòu)。外層砂是主要采用從印度等國進(jìn)口的質(zhì)量和穩(wěn)定性稍次的脈石英A級(jí)礦為原料加工制備的，其特點(diǎn)其特征是：ω(SiO2) ≥99.995%（4N5）的中高端產(chǎn)品，15 種雜質(zhì)元素的總含量通常難以達(dá)到IOTA-CG的要求。

來源：胡澤晨等.石英砂的提純技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

總體來講，石英坩堝中內(nèi)層對高純石英砂要求更嚴(yán)苛。內(nèi)層石英砂因?yàn)橹苯咏佑|晶液，潔凈度要求極高，純度要求達(dá)4N8（大于99.998%），且對氣液包裹體、晶格雜質(zhì)、穩(wěn)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(chǎn)品達(dá)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(guān)鍵技術(shù)

孫紅娟.坩堝用石英砂的工藝特征及高純石英砂制備技術(shù)

胡澤晨.石英砂的提純技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

王向東.光伏直拉單晶對于石英坩堝及石英砂的產(chǎn)業(yè)化需求

粉體大數(shù)據(jù)研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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