高纯度石英砂广泛应用于电力和光源。光纤通信。太阳能电池。半导体集成电路。精密光学仪器。医疗工具。航空航天等高科技产业,对一个的科技发展起着重要作用,是一种具有战略意义的资源。在高质量矿山资源的控制下,国内高纯度石英砂市场在下游产业的推动下,长期以来一直被国外垄断。特别是近年来半导体。光伏产业的发展,使高纯度石英砂供需矛盾突出,成为行业的热门话题,高纯度石英砂产业链在行业中受到追捧。那么,高纯度石英砂是如何定义的呢?
高纯石英砂目前国内没有统一的标准定义。
2016年于以天然石英矿物为原料,经酸浸、煅烧、水淬、干燥、粉碎、筛分、净化、色选、磁选等工艺加工而成的石英砂,湖南省已于2016年公布地方标准DB43/T1167-2016年高纯石英砂。
根据二氧化硅的含量分为一级.二级.三级。并且对产品的技术指标做了以下要求。
2016年11月1日,标准GB/T32649-2016光伏用高纯石英砂开始实施,标准适用于光伏用高纯石英砂,产品适用于多晶硅。单晶硅光伏生产用扩散管.承载器及电弧法坩埚等石英制品。该标准从外观.粒度.二氧化硅含量.杂质元素含量等方面作出以下技术要求。
此外,电子产品用高纯度石英砂标准中规定了电子产品的技术条件.分析方法的通则.燃烧矢量的测定.二氧化硅的测定.铁的测定.铜的测定.铬的测定.铝的测定和铅的测定。
其中,高纯石英砂J/T3328.1-2016电子产品高纯度石英砂第1部分技术条件适用于电子产品高纯度石英砂,可用于半导体石英器件的制造、管道、棒材、块材、板材、片材、坩埚等。技术要求如下:
外观:高纯度石英砂是一种具有一定透明度的电子产品,应该没有颜色.肉眼可见的杂质。
二氧化硅含量:应符合表1规定。
粒度:70μm~350μm。
符合表2规定的杂质元素含量。
政策的角度
出台了一系列支持石英砂产业发展的政策,特别是具有较高附加值和发展前景的高纯石英砂,针对硅材料在现代电子信息产业和能源产业中的地位,以及在战略产业和支柱产业发展进程中发挥的不可替代的作用。
石英玻璃可持续制备技术的主要技术内容包括:高质量石英矿产开发技术、高纯石英原材料纯化技术、高纯石英原材料纯化技术、高纯石英原材料粒度分级、形状外观、熔化工艺(电熔、气炼等)适应性技术等。
鼓励信息、新能源、国防、航空航天等领域的产业结构调整指导目录(2019年)。高质量的人工晶体材料。产品和设备,功能人造金刚石材料生产设备技术开发;高纯度石英原料(纯度大于或等于99.999%)。高端石英造半导体.化学气体合成石英玻璃等制造技术的开发和生产;航空航天等领域所需的特种玻璃制造技术的开发和生产;高纯度纳米级球形硅微粉和高纯度工业硅的生产。应用和技术设备的开发和应用。
高纯度石英砂的性能要求:Fe.Mn.Cr.Ne.Na.K.B共12种元素,适用于《重点新材料批应用示范指导目录(2018年版)》。应用领域:优质石英制品。
外径300~400mm,偏壁厚≤0.6mm,金属杂质含量为13ppm,长期使用温度为1150℃,用于半导体的大尺寸高纯石英扩散管。应用领域:半导体领域。
半导体级弧形石英英石坩埚,规格:14~24英寸;内部纯度:所有金属杂质含量为12pm;强度:1500度高温变形率为2%;寿命可达200小时。应用范围:集成电路。
高纯度石英砂.半导体用大尺寸高纯度石英扩散管的性能要求与2018年版相同。光纤预制棒烧结用石英炉管,性能要求:外径>200mm,长度>2000mm,高温区壁厚偏差0.5mm,羟基含量为20ppm,金属杂质含量为20ppm,高温区应能承受2000℃高温。应用领域:光纤预制棒制造。
高纯石英砂未列入《重点新材料批应用示范指导目录(2021版)》,但对半导体使用高纯石英玻璃制品的性能要求如下:
(1)石英扩散管:金属杂质含量为13ppm,外径300~400mm,偏壁厚≤0.6mm;
(2)石英外管.内管.工艺管.石英舟:羟基含量为30ppm,垂直度为1mm,管口平面度为0.1mm,壁厚偏差为0.5mm。
企业的角度
美国尤尼明UNIMIN、挪威TQC和国内石英股份是业内公认的高纯石英砂生产商。
作为众多高端石英玻璃材料企业的供应商,美国UNIMIN以SprucePine的花岗伟晶岩为原料,提纯高纯石英砂,垄断了80%的高纯石英砂市场。该产品主要有四种规格,即IOTA-CG.IOTA-4.IOTA-6-8。
2011年由IMERYS和NORSKMINERAL合资成立挪威TQC,规格有NC-4A和NC-4X两种,主要用于制造坩埚石英玻璃坩埚的石英玻璃用单晶硅拉。
高纯石英砂UNIMIN和TQC的杂质元素含量(ppm)
2009年,南京大学京大学和江苏省太平洋石英有限公司联合开发,2009年建成,年产9000吨高纯度石英砂生产线,产品纯度超过CG砂标准。根据石英2021年度报告,公司2021年高纯度石英砂销量为23611吨,其中外销部分为14,067吨,部分为9,544吨。
高纯石英砂半导体级。
高纯石英砂太阳能级。
2014年,石英股份公开募股意向书中提到,高纯度石英砂的总体杂质含量低于22ppm,单碱金属(钾.钠.锂)低于1ppm。
从行业专家的角度。
外国学者主要根据石英中的有害元素含量对高纯石英进行分类。一些国内学者只根据SiO2的纯度对高纯石英进行分类;一些学者根据SiO2的纯度和有害杂质元素含量的上限对高纯石英进行分类。
2017年,陈培荣教授在《高纯石英砂生产现状与前景》报告中提出,高纯石英砂是指由天然石英矿产于0.1~0.45mm的高纯石英玻璃原料,通过一系列物理化学提纯技术生产的粒度集中分布。国际公认的高纯石英砂等于或高于UNIMIN公司IOTA-CG标准,即12种元素杂质(Fe.Mn.Cr.C.Ca.Al.Al.Na.Li.K.B)的总含量低于20ppm,其中碱金属(K.Na.Li)总含量低于1ppm。
高纯石英是SiO2纯度大于99.9%的石英系列产品的统称。它的产品等级可以按照SiO2纯度来划分,即低端(SiO2)≥99.9%(3N),中端(SiO2)≥99.99%(4N),高端(SiO2)≥99.98%(4N8);也可以按照产品中Fe.Mn.Cr.Cu.Al.Al.B.Ti等杂质元素的总量来划分,即低端≤1000×100-6,中端≤100-6,高端≤20×10-6。每个等级的高纯石英可以分为40~80目.80~140目.800目.800目.800目.300目等品种。
认为石英砂是半透明硅的侯清麟教授等。