【正文】 在此對(duì)他們表示衷心的感謝！并對(duì)所有支持和幫助過(guò)我的同學(xué)金彪、徐友峰、李社想、劉 同恒、吳林林等表示深深的謝意！ 再次向李工和李謙老師表示感謝！ 。在論文付梓之際，謹(jǐn)向李工致以崇高的敬意和誠(chéng)摯的謝意。在此對(duì)他們表示深深的感謝！ 李工嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)和治學(xué)態(tài)度以及敏銳的思維等都給我留下了深刻的印象， 誨人不倦的育人精神、嚴(yán)于律己、寬以待人的學(xué)者風(fēng)范令我終生難忘。蘭庫(kù)勒 . 用于硅結(jié)晶的坩堝及其制造方法 [P]. 中國(guó)專(zhuān)利 : CN101278078A, 2021~10~1. [11] Rancoule, Gllbert. Crucible for the treatment of molten silicon [P]. WO 2021/080120 A1, 2021~7~19. [12] Riedel R, Seher M. Crystallization behavior of amorphous silicon ni tride [J]. J. Euro. Ceram. Soc. 1991, (7): 21~25. 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 [13] 王 銳 , 李道火 , 黃永攀 , 等 . 納米 Si3N4 制備及光學(xué)特性研究 [J]. 材料科學(xué)與工藝 , 2021, 12(5): 557~560. [14] 王 銳 . 雙光束激勵(lì)制備納米氮化硅粉體 [J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào) , 2021, 32(11):1425~1429. [15] 陳 宏 , 穆柏春 , 鄭黎明 . 氮化硅微粉制備技術(shù) [J]. 遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào) , 2006, 26(3): 191~195. [16] 郭 瑞松 , 蔡 舒 , 季惠明 , 等 . 結(jié)構(gòu)工程陶瓷 [M]. 天津大學(xué)出版社 , 2021, 17: 140~152. 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Advantage of the cold crucible continuous casting for multicyrstalline silicon wafers and cell productio[C].13th European Photovoltaic solar Energy Conf, France: Nice, 1995. 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 致 謝 本論文是在阿特斯光伏電力有限公司李飛龍工程師悉心指導(dǎo)下完成的。 在 1050℃燒結(jié)，氮化硅顆粒之間并沒(méi)有沒(méi)有發(fā)生顆粒重排、粒界增大、粒子長(zhǎng)大、氣孔消失而使涂層致密，但在這個(gè)溫度下，氮化硅與石英坩堝之間相互擴(kuò)散，形成一層固溶體，過(guò)渡層兩側(cè)成分呈梯度遞變，這樣使得涂層結(jié)合強(qiáng)度得到了增強(qiáng)。 配 置氮化硅漿液時(shí)，氮化硅微粉與去離子水的最佳比例為 1： 4，這個(gè)配比使?jié){液中水分含量合適，能被快速排除，而且霧化效果比其它的配比更好。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 結(jié) 論 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)氮化硅涂層的微觀(guān)形貌和宏觀(guān)組織以及涂層結(jié)合性能的分析和研究，得出了以下結(jié)論 : 氮化硅噴涂工藝中，坩堝的最佳預(yù)熱溫度為 50℃左右。 由圖 34 可知，氮化硅涂層在燒結(jié)后，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從圖 a 可以看出，涂層和坩堝之間有一過(guò)渡層，但氮化硅涂層顆粒之間結(jié)合程度變化不大，而且可以看到坩堝與涂層之間還有機(jī)械結(jié)合，涂層與坩堝表面凸凹不平提高相互接觸面積，并促進(jìn)界面兩側(cè)物質(zhì)間形成微觀(guān)尺度的相互咬合，坩堝噴涂河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 前的表面處理也很重要 [20]。這說(shuō)明 自由水是 Si3N4粉體直接與水接觸而吸收的水分，存在于粉體的大毛細(xì)孔及顆粒的空隙之中，在干燥過(guò)程中，隨著水分的排除，料漿中的 Si3N4 粉體在毛細(xì)管 力的作用下，相互靠攏，產(chǎn)生收縮，形成致密的 Si3N4 涂層 [19]。 由圖 33 可知，當(dāng)?shù)栉⒎叟c去離子水的比例為 1： 3 時(shí)，漿液水分太多，當(dāng)漿液噴涂到坩堝時(shí)，水 分不能及時(shí)蒸發(fā)，凝成液滴順著坩堝壁流了下來(lái)，故有留痕產(chǎn)生，導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)破損，但配比為 1： 時(shí)，水分還是有點(diǎn)多，由于表面能的緣故，霧化漿液仍凝成液滴，但水分不是足夠多，沒(méi)有順壁而流，干燥后形成團(tuán)聚顆粒。這說(shuō)明 噴涂過(guò)程中，由于坩堝內(nèi)壁具有一定的溫度，漿料噴至坩堝內(nèi)壁表面，會(huì)有水分的蒸發(fā)排除，隨著水分的排除漿料會(huì)發(fā)生一定的收縮，產(chǎn)生 一定的收縮應(yīng)力，如果收縮過(guò)程處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致涂層發(fā)生變形或開(kāi)裂。當(dāng)預(yù)熱溫度為 65℃，噴涂到坩堝的氮化硅漿液霧化滴來(lái)不及潤(rùn)濕坩堝表面，水分就蒸發(fā)殆盡，所以就出現(xiàn)了顆粒團(tuán)聚，甚至有孔洞產(chǎn)生。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析 氮化硅涂層的宏觀(guān)和微觀(guān)結(jié)構(gòu)與其性能密切相關(guān)，所以研究氮化硅涂層的宏觀(guān)組織以及微觀(guān)形貌極其重要，同時(shí)也是本實(shí)驗(yàn)的重要指導(dǎo)方針，宏觀(guān)與微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)氮化硅涂層性能影響巨大，因而，研究其微觀(guān)結(jié)構(gòu)、宏觀(guān)結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系是解決其使用過(guò)程中的各種指標(biāo)要求的必然選擇，具有重大意義 。圖b 可以看出，坩堝涂層表面的氮化硅 顆粒之間結(jié)合的并不比燒結(jié)前緊密多少，或者說(shuō)變化很小。 167。 圖 33 不同配比的氮化硅漿液噴涂涂層的宏觀(guān)組織，（ a） 1： 3，（ b） 1： ，（ c） 1：4，（ d） 1： 167。其產(chǎn)生原因和分析將在綜合分析部分論述 167。 不同的攪拌方法下涂層的宏觀(guān)組織 由上述的結(jié)果可以知道，坩堝的預(yù)熱溫度在 50℃左右時(shí)，氮化硅涂層致密，表面無(wú)顆粒團(tuán)聚，無(wú)裂紋，無(wú)孔洞，效果較好，所以我們選擇 50℃作為我們下一步的預(yù)熱溫度，機(jī)械攪拌與超聲波發(fā)生器共同攪拌的漿液噴涂的預(yù)熱溫度選擇在 50℃左右，噴出的涂層和 50℃時(shí)單純用機(jī)械攪拌的漿液噴出的涂層作比較。其產(chǎn)生原因和分析將在綜合分析部分論述。 結(jié)果與分析 167。 掃描電子顯微鏡（ SEM）觀(guān)察 先 將試樣在 切割機(jī)上切成 30 30mm 見(jiàn)方的方塊，然后在 800砂紙上磨光，用酒精清洗干凈后 ，在盛有 無(wú)水乙醇的 Y92－ Ⅱ 型超聲 清洗 機(jī)中進(jìn)行清洗，由 JFC1600 離子濺射儀表面鍍金，用 JSM5610LV 掃描電子顯微鏡 對(duì)涂層與坩堝結(jié)合處以及涂層表面 進(jìn)行 晶粒 形貌 觀(guān)察。若幾乎無(wú)氮化硅涂層脫落，則氮化硅與坩堝結(jié)合的牢固，若氮化硅脫落嚴(yán)重，則氮化硅與坩堝結(jié)合不夠牢固，結(jié)合的牢固程度與氮化硅與坩堝脫落的程度直接相關(guān)。 167。 涂層宏觀(guān)組織的分析 將顯微鏡拍下的涂層宏觀(guān)組織圖片放在一起進(jìn)行分析，首先分析在不同預(yù)熱溫度下涂層宏觀(guān)組織，排除產(chǎn)生突出物，涂層顆粒分布不均，有不均勻條形，流痕的涂層試樣，取出表面細(xì)膩，無(wú)顆粒團(tuán)聚，顆粒間接觸緊密的涂層試樣圖片，其預(yù)熱溫度作為下一步實(shí)驗(yàn)的預(yù)熱溫度。 167。德國(guó)爐從 700℃降至 100℃有精確的降溫程序控制。 一般來(lái)說(shuō)石英坩堝的析晶溫度在 1250℃以上 [ 17]，因此我們的燒結(jié)溫度要低于 1250℃，防 止在燒結(jié)過(guò)程中，石英坩堝析晶誘發(fā)微裂紋，造成的嚴(yán)重后果；但是若燒結(jié)溫度過(guò)低，石英坩堝的析晶溫度和 Si3N4 涂層中的 Si3N4 與石英坩堝中的 SiO2 互擴(kuò)散速率太低，互擴(kuò)散的長(zhǎng)度有限，導(dǎo)致 Si3N4 涂層與石英坩堝內(nèi)壁的結(jié)合強(qiáng)度太小，因此一般定于 1050－ 1100℃之間。從 600℃升至燒結(jié)溫度，因?yàn)檑?堝已經(jīng)受熱均勻，升溫速率原則上可以比前一階段稍快，但是由于設(shè)備本身的原因，較快的升溫可以要求爐子輸出較大的功率（材料在不同溫度下的比熱不同），在保溫階段，德國(guó)爐子選用的是 1075℃保溫 4h。溫度從升溫升至 65℃，主要目的是排除噴涂干燥時(shí)未能充分排除的水分和坩堝放置過(guò)程 中重新吸收的水分，因此此階段升溫較為緩慢，如果升溫過(guò)快的話(huà)，可能會(huì)引起涂層開(kāi)裂 從 65℃升至 200℃升溫較快（ 15min），分析認(rèn)為可能有三方面的原因：第一，水分已排除完畢，可以快速升溫；第二，避免殘余吸附水在高于 100℃升溫過(guò)程中急劇蒸發(fā)產(chǎn)生的氣泡破壞涂層；第三，爐子的加熱器一般采用鉬絲加熱，鉬絲在低溫較易氧化，應(yīng)盡量避免。 氮化硅涂層的燒結(jié) 。干燥后進(jìn)行燒結(jié)。 三、 不同的配比對(duì)涂層性能的影響 取 STARK 氮化硅微粉并通過(guò) 1 層 100～ 200 目尼龍紗網(wǎng)過(guò)濾氮化硅粉，用最小刻度 克的天平稱(chēng)取 STARK 氮化硅粉末 100177。噴涂后進(jìn)行拍照，處理，對(duì)比兩者的異同點(diǎn)以確定產(chǎn)生波發(fā)生器的效果。 備用。在下次試驗(yàn)中，直接采用效果較好的溫度，有利于簡(jiǎn)化我們的實(shí)驗(yàn)。待試樣烘干后，取出檢拍照。噴涂完一次，用氣嘴將脫落的粉體吹干凈，再進(jìn)行下次噴涂。排除氣泡的影響。 將移動(dòng)噴涂臺(tái)進(jìn)氣閥打開(kāi)，進(jìn)氣氣壓調(diào)到 75～ 85PSI，噴槍的噴射壓力調(diào)至 20～ 40PSI 氣動(dòng)泵壓力調(diào)至 27～ 30PSI，在紙板上試噴噴攪拌好的氮化硅漿液，如果噴涂的致密均勻，沒(méi)有團(tuán)聚的點(diǎn)，也沒(méi)有空白的地方，就可以噴涂了。之后確保加熱器總開(kāi)關(guān)在“ ON”位置，按下綠色啟動(dòng)按鈕，并調(diào)整功率調(diào)節(jié)旋鈕至標(biāo)線(xiàn)處。 167。 每平方厘米雜質(zhì)點(diǎn)數(shù)量不超過(guò) 2。若雜質(zhì)含量太高，則會(huì)向多晶硅引入雜質(zhì)，影響太陽(yáng)能電池片的性能。內(nèi)壁不允許有未融化的原料粉或雜質(zhì)隨著物存在，即生料點(diǎn)。坩堝內(nèi)表面處與坩堝壁中用肉眼能夠判斷的雜質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)小于表 1 的規(guī)定。若有光滑能滿(mǎn)足壁厚要求的凹坑，區(qū)坑直徑小于 5