破題國產(chǎn)高純石英砂、超細(xì)石英粉“磨不細(xì)、混不均，分不散，提不純”行業(yè)痼疾

高純石英砂、超細(xì)石英粉作為重要的工業(yè)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(yè)。

一、光伏用高純石英砂、超細(xì)石英粉的技術(shù)要求

光伏用高純石英砂、超細(xì)石英粉的外觀應(yīng)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(yīng)在70-350μm內(nèi)，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于或等于90%，粒徑小于100μm或大于300μm的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)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(xì)石英粉中二氧化硅含量應(yīng)大于或等于99.99%，灼燒失量應(yīng)小于或等于0.01%；光伏用高純石英砂、超細(xì)石英粉的核心問題是雜質(zhì)，雜質(zhì)含量超標(biāo)的光伏石英坩堝高溫強(qiáng)度低，易發(fā)形，發(fā)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(fā)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(yán)重時(shí)將無法拉晶，雜質(zhì)含量過高，往往還會(huì)帶來石英坩堝在本體上的析晶，光伏用高純石英砂、超細(xì)石英粉中雜質(zhì)元素總含量應(yīng)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(zhì)元素含量見下表。

二、國產(chǎn)高純石英砂、超細(xì)石英粉行業(yè)痼疾—— “磨不細(xì)、混不均，分不散，提不純”

當(dāng)前，國產(chǎn)高純石英砂、超細(xì)石英粉普遍存在“磨不細(xì)、混不均、分不散、提不純”行業(yè)痼疾，在高品質(zhì)超細(xì)石英粉、高純石英砂為原料的高附加值石英產(chǎn)品生產(chǎn)中，原料嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口。例如，近年來由于新能源、太陽能、光伏、電池行業(yè)需求大爆發(fā)，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(jià)格也一路上漲，尤其是進(jìn)口高純石英砂因?yàn)樵蠅艛嗟木置�，價(jià)格更是漲個(gè)不停，價(jià)格一騎絕塵遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩開國產(chǎn)高純石英砂，光伏用高純石英坩堝價(jià)格因原料漲價(jià)也一路上行，目前一個(gè)石英坩堝的價(jià)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(chǎn)成本，國內(nèi)生產(chǎn)廠家通常在制備高純石英坩堝時(shí)，一般采用價(jià)格昂貴的，進(jìn)口美國尤妮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(nèi)層原料，使用相對經(jīng)濟(jì)的國產(chǎn)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(chǎn)成本，也能滿足拉制單晶硅的工藝性能需求，實(shí)屬無奈之舉。

三、氮化硅磨介環(huán)是研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的不二選擇

如何提高國產(chǎn)高純石英砂、超細(xì)石英粉產(chǎn)品質(zhì)量，降低制備高純石英砂、超細(xì)石英粉生產(chǎn)成本，國內(nèi)生產(chǎn)廠家各顯其能用盡了水淬法、化學(xué)法、球磨、酸洗、堿洗等一系列措施，結(jié)果絕大部分廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品質(zhì)量還存在較大差距。這里除了高純石英砂、超細(xì)石英粉的原料礦石品質(zhì)除外，制備高純石英砂、超細(xì)石英粉的設(shè)備、技術(shù)、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(lǐng)先的高科技工業(yè)陶瓷研發(fā)和制造商美國賽瑞丹公司(3M的全資子公司) ，主要生產(chǎn)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(fù)合陶瓷等產(chǎn)品。其生產(chǎn)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(huán)研磨的。美國賽瑞丹公司在造價(jià)約30-40萬人民幣的罐體為2.8mX8m的連續(xù)球磨機(jī)里，投入近總價(jià)值4000多萬人民幣約40噸氮化硅陶瓷磨介環(huán)，來研磨混料制備光伏石英坩堝所需高純石英砂、超細(xì)石英粉原料。如此高價(jià)值的研磨磨介作為生產(chǎn)消耗資料投入，在國內(nèi)高純石英砂、超細(xì)石英粉制備行業(yè)生產(chǎn)廠家看來是不可想象的。

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的5種優(yōu)勢

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的優(yōu)勢1、氮化硅陶瓷磨介環(huán)硬度高、磨耗低可大幅提升高純石英砂、超細(xì)石英粉粉體產(chǎn)品的純度、質(zhì)量和附加值。氮化硅磨介環(huán)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(qiáng)度、斷裂模量、熱膨脹系數(shù)、比熱、使用上限溫度、抗沖擊能力等研磨介質(zhì)的維度參數(shù)上，氮化硅磨介都全面優(yōu)于常用的氧化鋯、瑪瑙等磨介。

氮化硅磨介環(huán)24小時(shí)的磨耗只有百萬分之一，氮化硅磨介環(huán)因研磨消耗非常低，降低了研磨介質(zhì)的磨損及對研磨材料的污染，有利于獲取更高純度的超細(xì)粉體。

例如，當(dāng)前我國在研磨鋰電池隔膜用的高純氧化鋁粉體時(shí)，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(zhì)混合在氧化鋁粉體中，導(dǎo)致原先純度為99.99的氧化鋁粉的純度會(huì)降到99.47。雖然說雜質(zhì)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(yàn)表明，氮化硅作為研磨介質(zhì)24小時(shí)的磨耗只有萬分之一，氮化硅磨介作為替代氧化鋯磨介作為研磨介質(zhì)可大幅提升高附加值粉體和高科技粉體產(chǎn)品純度、質(zhì)量和成本，有望為我國科技產(chǎn)品質(zhì)量升級迭代提供新路徑。

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的優(yōu)勢2、氮化硅磨介環(huán)使用壽命長，經(jīng)濟(jì)性好，性價(jià)比高。氮化硅磨介環(huán)因?yàn)橛捕雀�，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(xì)石英粉的生產(chǎn)成本。氮化硅磨介環(huán)24小時(shí)的磨耗只有百萬分之一，氮化硅磨介環(huán)因磨耗低導(dǎo)致其使用壽命長，盡管氮化硅磨介環(huán)價(jià)格不低，但是相對氮化硅磨介環(huán)近20年正常使用工作時(shí)間來講，還算是非常非常物美價(jià)廉。

▲十年研磨工作的氮化硅研磨球柱結(jié)合體、氮化硅陶瓷磨介環(huán)使用狀態(tài)對比

在威海圓環(huán)先進(jìn)陶瓷股份有限公司展廳，可以看到連續(xù)工作近十年的氮化硅研磨球柱結(jié)合體、氮化硅陶瓷磨介環(huán)2種氮化硅陶瓷磨介，將2個(gè)氮化硅研磨球柱結(jié)合體、氮化硅研磨圈與未工作的磨介對比（如上圖），可以發(fā)現(xiàn)工作近十年的氮化硅研磨球柱結(jié)合體、氮化硅陶瓷磨介環(huán)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(jié)合體、氮化硅陶瓷磨介環(huán)的大小并沒有太大明顯的變化。氮化硅陶瓷磨介環(huán)雖然生產(chǎn)制造成本高一些，但是從氮化硅陶瓷磨介環(huán)近20年全壽命周期生產(chǎn)使用成本優(yōu)勢來計(jì)算，氮化硅陶瓷磨介環(huán)的經(jīng)濟(jì)性也是具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的優(yōu)勢3、氮化硅磨介環(huán)相對氮化硅磨介球、氮化硅磨介柱等同質(zhì)研磨介質(zhì)，氮化硅磨介環(huán)可以讓高純石英砂、超細(xì)石英粉研磨得更細(xì)、混得更勻、分得散、少團(tuán)聚，形體更整齊，效率更高。

氮化硅陶瓷磨介環(huán)相對氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介球研磨粉體是點(diǎn)切割，氮化硅陶瓷磨介環(huán)研磨粉體是線切割，氮化硅陶瓷磨介環(huán)研磨粉體效率更高。

氮化硅陶瓷磨介環(huán)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(huán)在濃度較高或者干法研磨有優(yōu)勢，氮化硅陶瓷磨介柱濕法研磨有優(yōu)勢，因?yàn)楦煞ㄑ心キh(huán)境中，與研磨柱等不同，研磨環(huán)由于研磨環(huán)存在內(nèi)、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(yùn)動(dòng)，研磨和混料效率更高，讓高純石英砂、超細(xì)石英粉少團(tuán)聚、分得散、混得更勻。

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的優(yōu)勢4、氮化硅陶瓷磨介環(huán)在球磨機(jī)干法研磨相對于氣流磨粉體研磨具有對高純石英砂、超細(xì)石英粉混料和整形優(yōu)勢。

氣流磨屬于將軟團(tuán)聚的粉體擊碎，重點(diǎn)在于對粉體的粉碎和破碎。而氮化硅磨介環(huán)在大的球磨機(jī)里不僅起到研磨粉碎的作用，重點(diǎn)是眾多的氮化硅陶瓷磨介環(huán)在大的球磨機(jī)中研磨時(shí)，會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，氮化硅陶瓷磨介環(huán)自動(dòng)排列成一條條繩狀，研磨節(jié)奏感強(qiáng)，眾多氮化硅陶瓷磨介環(huán)繩之間互相鞭打，研磨和混料效果好；由于有節(jié)奏的繩狀鞭打現(xiàn)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(huán)研磨高純石英砂、超細(xì)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(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

氮化硅磨介環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的優(yōu)勢5、氮化硅磨介環(huán)磨耗對光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉效能無影響，即高純石英砂中氮化硅雜質(zhì)對光伏石英坩堝拉制單晶硅的影響可以忽略不計(jì)。

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(zhì)。但是，氮化硅磨介環(huán)磨耗對光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉效能無影響。氮在硅晶體中不是一種重要雜質(zhì)，由于氮氧復(fù)合體是淺能級，且氮的固溶度很低，氮化硅是強(qiáng)共價(jià)化合物，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫性能及致密性好；氮化硅自擴(kuò)散系數(shù)低，抗雜質(zhì)擴(kuò)散能力強(qiáng)；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(fā)生反應(yīng)，與Si硅熔液不粘連，具有優(yōu)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(nèi)壁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(huán)磨耗對制備光纖所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉效能也無影響，光學(xué)玻璃的燒結(jié)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(xué)玻璃的主要成分就是二氧化硅。所以從研磨介質(zhì)磨耗雜質(zhì)角度來看，氮化硅磨介環(huán)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(huán)對比

四、威海圓環(huán)氮化硅陶瓷磨介環(huán)助力國產(chǎn)高純度石英砂、超細(xì)石英粉提質(zhì)增效

威海圓環(huán)先進(jìn)陶瓷股份有限公司是一家專業(yè)從事Si?N?氮化硅微珠、氮化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷磨介環(huán)、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質(zhì)，高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷基板、可重復(fù)利用的高熱導(dǎo)氮化硅陶瓷坩堝、氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件等系列氮化硅精密陶瓷材料的生產(chǎn)企業(yè)。

威海圓環(huán)研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉的氮化硅陶瓷研磨環(huán)適用范圍：適合立式攪拌磨、立式（臥式）行星磨、臥式球磨機(jī)、震動(dòng)磨和各種線速、V型混料機(jī)及各種應(yīng)用研磨環(huán)進(jìn)行分散、混合和粉體研磨設(shè)備，尤其適合對材料有嚴(yán)格要求的漿料和粉料作濕法、干法的超細(xì)分散及研磨。

威海圓環(huán)氮化硅磨介環(huán)在濃度較高或者干法研磨有優(yōu)勢，除了研磨光伏石英坩堝所需原料高純石英砂、超細(xì)石英粉較大的優(yōu)勢以外，在研磨高純稀土粉、超細(xì)稀土粉、高純石墨粉、超細(xì)石墨粉等高附加值工業(yè)粉體效果也非常理想，可以有效解決高附加值粉體“磨不細(xì)、混不均，分不散，提不純”的行業(yè)痼疾。

2015年9月，威海圓環(huán)先進(jìn)陶瓷股份有限公司開啟了高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板技術(shù)研發(fā)自主創(chuàng)新之路，在研制高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板過程中，抓住細(xì)節(jié)，把握核心，不斷發(fā)現(xiàn)和解決各類生產(chǎn)的難題，歷時(shí)七年，威海圓環(huán)生產(chǎn)的0.32mmX139.7mmX190.5mm行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)的水平，突破了西方先進(jìn)國家在高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板的技術(shù)保護(hù)和應(yīng)用產(chǎn)品對我國“卡脖子”難題。

2022年10月，威海圓環(huán)批量化生產(chǎn)性能完備的0.1～1mm規(guī)格的氮化硅陶瓷微珠各項(xiàng)理化指標(biāo)達(dá)到了國際上行業(yè)領(lǐng)軍的質(zhì)量水平，突破了西方先進(jìn)國家在氮化硅陶瓷微珠的技術(shù)保護(hù)和應(yīng)用產(chǎn)品對我國封鎖的難題。

威海圓環(huán)批量化生產(chǎn)的氮化硅陶瓷磨介環(huán)、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質(zhì)品種規(guī)格齊全，性能完備，質(zhì)量過硬，價(jià)格適中。為了支持國產(chǎn)高純度石英砂、超細(xì)石英粉、高純稀土粉、超細(xì)稀土粉、高純石墨粉、超細(xì)石墨粉等高附加值粉體工業(yè)發(fā)展，威海圓環(huán)批量化生產(chǎn)的氮化硅陶瓷磨介環(huán)、氮化硅陶瓷磨介球，氮化硅陶瓷磨介柱等各型體研磨介質(zhì)可做信用支付產(chǎn)品，可以先買單、再還款、可分期支付的產(chǎn)品，而且無其他費(fèi)用產(chǎn)生。

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威海圓環(huán)多年來與海內(nèi)外先進(jìn)陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)軍人物建立了深厚的技術(shù)合作關(guān)系，在國內(nèi)精密陶瓷材料領(lǐng)域具有一定權(quán)威和建樹的高等院校和科研機(jī)構(gòu)建立了校企研發(fā)合作關(guān)系，擁有了一批多年從事研制、開發(fā)的中高級技術(shù)人員和管理人員，使我們具有精湛的技術(shù)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、高效的管理水平。威海圓環(huán)公司研發(fā)及生產(chǎn)測試團(tuán)隊(duì)具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，核心工程師擁有十余年的精密陶瓷技術(shù)積累和強(qiáng)大的應(yīng)用開發(fā)能力。威海圓環(huán)始終致力于高性能及高可靠性氮化硅陶瓷設(shè)計(jì)開發(fā)和生產(chǎn)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(chǎn)領(lǐng)軍品牌，持續(xù)通過技術(shù)創(chuàng)新為客戶及時(shí)提供高性價(jià)比的氮化硅陶瓷材料產(chǎn)品和服務(wù)。