Anwendungen von Schmelztiegeln aus Quarzglas

Schmelztiegel aus Quarzglas setzen den Maßstab für die Leistung bei Hochtemperaturanwendungen, bei denen anspruchsvolle Prozesschemikalien zur täglichen Arbeitsumgebung gehören. Die zugrunde liegenden Materialien und Konfigurationen von Tiegeln haben sich im Laufe der Zeit erheblich verändert. Das ist vielleicht eine Selbstverständlichkeit, wenn man bedenkt, dass sie seit Jahrtausenden ein zentraler Bestandteil der Materialprüfung sind.

Frühe Tiegel wurden aus Töpferwaren und Ton hergestellt. Ihnen fehlten die entscheidenden feuerfesten Eigenschaften, die mit der zunehmenden Komplexität industrieller Prozesse entscheidend wurden. Behälter aus Siliziumdioxid (SiO2) gingen den Schmelztiegeln aus Quarzglas voraus und begründeten die Vorteile von Materialien auf Siliziumdioxidbasis unter extrem harten Verarbeitungsbedingungen – insbesondere im Hinblick auf extreme Temperaturen von über 1.000 °C (1.832 °F) und fordernde chemische Umgebungen.

In diesem Blogbeitrag gibt Saint-Gobain Quartz einen kurzen Überblick über die Entwicklung von Schmelztiegeln aus Quarzglas, bevor wir uns eingehender mit ihren wichtigsten Anwendungen beschäftigen.

Kurze Geschichte von Quarzglastiegeln

Obwohl so unterschiedliche Materialien wie Aluminiumoxid (Al2O3), Porzellan, Mullit und Zirkoniumdioxid (ZrO2) verwendet wurden, um hitzebeständige und chemisch inerte Tiegel für Hochtemperaturanwendungen in der Materialverarbeitung zu entwickeln, sind sie oft nicht in der Lage, die wichtigsten Verarbeitungsanforderungen zu erfüllen. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Teil des Verarbeitungsziels darin besteht, die Diffusion von Verunreinigungen im hochreinen Material zu vermeiden, das zum Schmelzen oder Sintern in den Tiegel gegeben wird.

Die umfangreiche Vielfalt an verfügbaren Hochleistungsmaterialien für Tiegel ermöglicht es, die Anforderungen von Verfahrenstechnikern in einer Reihe von Anwendungsbereichen angemessen zu erfüllen. Quarz ist zum Beispiel das Material der Wahl für die industrielle Kristallisation von Siliziumblöcken (Si) nach dem Czochralski-Verfahren – eine der Hauptanwendungen für Tiegel aus Quarzglas.

Anwendungen von Schmelztiegeln aus Quarzglas

Die Veredelung von Edelmetallen und die Herstellung von Speziallegierungen gehören zu den ältesten Anwendungen von Quarztiegeln. Diese anspruchsvollen Märkte erfordern hochleistungsfähige Behälter, die widerstandsfähig sind, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen. In einigen Industrien können Verunreinigungen, die durch Diffusion eingebracht werden, bereits ab 1 ppm (parts per million) zu einer katastrophalen Zurückweisung von Produkten führen. Saint-Gobain Quartz verfügt über unübertroffene Expertise bei diesen anspruchsvollen chemischen Prozessen und entwirft routinemäßig maßgeschneiderte Komponenten für eine optimale Nutzung in Bezug auf Schmelzzyklen und Lebensdauer in den Märkten für Edelmetalle und Speziallegierungen. Die Kristallzüchtung ist die wohl bekannteste Anwendung von Schmelztiegeln aus Quarzglas; ein Bereich, der aufgrund der steigenden Nachfrage nach hochreinen elektronischen Substraten, die aus synthetisch gezüchteten Siliziumbillets gewonnen werden, ständig wächst.

Silizium in Halbleiterqualität hat einen ungefähren Schmelzpunkt von 1.425 °C (2.597 °F), der während des gesamten Czochralski-Prozesses beibehalten werden muss, wenn ein auf einem Stab montierter Impfkristall in die geschmolzene Mischung getaucht und aus dem Tiegel gezogen wird. Schmelztiegel aus Quarzglas sind eine der wenigen Komponenten, die sich für die Czochralski-Methode zur Züchtung von einzelkristallinen Siliziumblöcken eignen, da sie sich nur geringfügig ausdehnen und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Quarztiegel haben außerdem den Vorteil, dass sie nicht leitend sind, mit einem Nennwiderstand von 1 x 108 Ω.m bei 1.000 °C.

Saint-Gobain Quartz bietet hochreine Quarzglastiegel mit einer Bariumbeschichtung an, die den höchsten Anforderungen der Halbleiterindustrie gerecht werden. Diese spezielle Beschichtung ist äußerst kratzfest und verhindert so mögliche Probleme während des Ladevorgangs. Sie ist unbegrenzt haltbar und verbirgt – im Gegensatz zu anderen Bariumbeschichtungen – keine kosmetischen Mängel an der Innenseite des Tiegels.

Wir bieten Quarzglastiegel in Standard- und hochreinen Formaten und einer Vielzahl von Konfigurationen an, die sich für eine Reihe von Anwendungsbereichen jenseits der Kristallzuchtverfahren eignen. Dazu gehören:

• Kalzinierung von fluoreszierenden und phosphoreszierenden Pulvern sowie Aluminiumoxid.
• Chemische Verarbeitung.
• Produktion von Seltenen Erden.
• Standard- und Spezialforschungsanwendungen.

Dank seiner langjährigen Erfahrung und der flexiblen Verfahren ist Saint-Gobain Quartz in der Lage, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln. Es gibt eine große Auswahl an Formen, die an die Bedürfnisse der einzelnen Kunden angepasst werden können. Während sich die meisten Unternehmen ausschließlich auf Massenprodukte konzentrieren, ist das technische Team von Saint-Gobain Quartz daran gewöhnt, an kleinen oder mittelgroßen Serien zu arbeiten, um sicherzustellen, dass sie ihren Kunden letztendlich optimale Betriebskosten in ihren Herstellungsprozessen bieten.

Schmelztiegel aus Quarzglas von Saint-Gobain

Saint-Gobain Quartz entwickelt und liefert Hochleistungsbehälter für anspruchsvolle Anwendungsbereiche. Unsere Schmelztiegel aus Quarzglas sind völlig porenfrei und in opaken und transparenten Qualitäten erhältlich, um den Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden.

Sehen Sie sich hier das vollständige Spezifikationsdatenblatt für unsere Industrie-Quarz-Tiegel an.

Wenn Sie mehr über die Formate und Spezifikationen unserer Schmelztiegel aus Quarzglas erfahren möchten, kontaktieren Sie einfach noch heute ein Mitglied des Saint-Gobain-Teams.