本发明涉及石英坩埚，具体涉及一种石英坩埚的制备方法。
背景技术：
1、石英坩埚属于石英制品中的细分产品，具有洁净、同质、耐高温等性能。从物理热学性能上看，石英坩埚的形变点在1100℃左右，软化点为1730℃，最高连续使用温度为1100℃，短时间内可为1450℃。目前广泛应用于太阳能和半导体领域提炼晶体硅的生产工艺中，是晶体硅生产过程中的消耗品。
2、早期的石英坩埚是全透明的结构，这种透明的结构容易导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的难度，且均匀的结构对高品质的高纯石英砂需求较大，成本较高，因此这种石英坩埚的制备方法基本被淘汰。
3、目前石英坩埚一般采用电弧法生产，其原理为：将不同纯度的高纯石英粉分步装入可任意倾动角度的旋转成型模内，利用离心力成型(常规配比为内层砂：中层砂：外层砂按3:4:3构成)，将已成坩埚形的旋转着的装置移动至电极棒处，然后将电极送电启弧，同时启动真空系统，使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英，经冷却后取出，即完成一个石英坩埚的熔制。
4、电弧法制备的石英坩埚为半透明状，有内外两层结构，外层是高气泡密度的区域，称为气泡复合层(对应纯度低的外层砂和/或中层砂)。气泡复合层受热较均匀，保温效果较好；内层是一层3～5mm低气泡密度的区域，称为透明层(采用纯度高的内层砂制备)。在坩埚使用过程中，由于与硅液接触的内表面不断向硅液中熔解，并且伴随着透明层中的微气泡不断的长大，靠近最内表面(指透明层中最靠近内表面1～2mm的部分)的气泡破裂，伴随着硅液释放石英微颗粒以及微气泡。而这些杂质会以微颗粒以及微气泡的形式伴随着硅液流遍整个硅熔体，直接影响到硅的成晶(整棒率、成晶率、加热时间、直接加工成本等)以及单晶硅的质量(穿孔片、黑芯片等)。因此，如何减少透明层用高纯天然石英砂中的气液包裹体成为提升石英坩埚品质的关键，但天然石英砂中的气液包裹体现有技术无法完全去除。
5、为了解决天然石英砂中气液包裹体无法完全去除的问题，技术人员采用合成方法制备了玻璃态高纯石英砂。然而当采用玻璃态高纯石英砂替代部分天然石英砂作为内层砂时发现，由于玻璃态高纯石英砂为非晶态，软化温度低，包裹在天然石英砂(结晶)周围，天然石英砂中的气液包裹体无法排除，导致石英坩埚中气泡数量增长、尺寸变大，限制了玻璃态高纯石英砂在石英坩埚中的应用。
6、另一方面，由于在模具成型过程中，高纯的内层砂与纯度低的中层砂或外层砂在界面处存在混合，导致高纯的内层砂用量较多，导致成本增加。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种石英坩埚的制备方法，不仅内层砂用量少，而且当采用玻璃态合成石英砂作为内层砂时透明层气泡少。
2、本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
3、本发明提供了一种石英坩埚的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将外层砂倒入旋转模具中，利用成型棒熔融成型，形成坩埚外层；
5、s2、将中层砂倒入已完成坩埚外层成型的旋转模具中，利用成型棒熔融成型，形成坩埚中层；
6、s3、将已完成坩埚外层和坩埚中层成型的旋转模具置于融制区域，使用真空电弧法融制，脱模，得到石英坩埚预制件；
7、s4、向石英坩埚预制件中加入内层砂，采用气炼熔融法，旋转石英坩埚预制件，使熔融的内层砂涂覆在石英坩埚预制件内表面形成透明层，得到石英坩埚。
8、进一步地，所述外层砂为纯度大于99.9％的天然石英砂、合成石英砂中的至少一种。优选地，所述外层砂为纯度大于99.9％的天然石英砂。天然石英砂的价格较低。
9、进一步地，所述中层砂为纯度大于99.99％的天然石英砂、合成石英砂中的至少一种。优选地，所述中层砂为纯度大于99.99％的天然石英砂。外层砂与中层砂优选天然石英砂，可以降低石英坩埚的制备成本。
10、进一步地，所述内层砂为纯度大于99.998％的天然石英砂、合成石英砂中的至少一种。优选地，所述内层砂为纯度大于99.998％的合成石英砂。合成石英砂的纯度高，没有气液包裹体，制备得到的坩埚透明层中气泡少。
11、进一步地，所述合成石英砂包括玻璃态高纯石英砂、结晶态高纯石英砂中的至少一种。优选地，所述合成石英砂为玻璃态高纯石英砂。与结晶态相比，玻璃态的熔点低，在制备坩埚的过程中容易融化，易于加工成型。
12、进一步地，所述外层砂、中层砂、内层砂的粒度范围为50～140目。根据需要选择合适的粒径或不同粒径配合使用。
13、进一步地，步骤s3中所述融制的真空压力能达到极限压力值-0.099mpa。
14、进一步地，步骤s4中所述气炼熔融法使用的气体为氢气和氧气。
15、进一步地，为了防止石英坩埚预制件在气炼涂覆过程中开裂，步骤s4中在加入内层砂之前对石英坩埚预制件进行预热，预热温度为500～900℃。
16、进一步地，步骤s4中所述气炼熔融的火焰应跟随熔融的内层砂移动，以保证内层砂均匀地涂覆在石英坩埚预制件内表面，而不破坏石英坩埚预制件；另一方面采用气炼熔融法会增加石英砂中羟基含量，使石英粘度降低，有利于提高流动性，易于涂覆。这两个技术效果是电弧法难以实现的。
17、本发明还提供了一种玻璃态高纯石英砂的制备方法，包括以下步骤：
18、(1)将纳米级无定形二氧化硅加水配制成浆料，对浆料进行喷雾干燥，得到纳米二氧化硅团聚体；
19、(2)对步骤(1)制备的纳米二氧化硅团聚体进行机械静压，得到块状二氧化硅；
20、(3)对步骤(2)制备的块状二氧化硅进行破碎，煅烧，冷却，得到玻璃态高纯石英砂。
21、进一步地，所述纳米级无定形二氧化硅的平均粒径为5～100nm。无定形二氧化硅是一种非晶态的二氧化硅，本发明采用纳米级无定形二氧化硅作为原料制备玻璃态高纯石英砂。自然界中的高纯石英砂都是结晶型的，而本发明制备的高纯石英砂是玻璃态的，玻璃态属于无定形中的一种，加工温度相对较低。
22、进一步地，所述浆料的固含量为5～50％。在本发明中，如果固含量低于该范围值，喷雾干燥得到的粉体细颗粒较多，流动性差；如果固含量高于该范围值，浆料的粘度大，容易堵塞喷嘴。
23、进一步地，所述喷雾干燥的进风温度为280～350℃，出风温度为80～120℃。在本发明中，通过喷雾干燥将纳米级无定形二氧化硅转变为纳米二氧化硅团聚体。
24、进一步地，所述纳米二氧化硅团聚体的平均粒径为100～500μm。粒径太大，均匀性变差；粒径太小，不容易制备。当然纳米二氧化硅团聚体的粒径也受原料纳米级无定形二氧化硅粒径大小的影响。
25、进一步地，所述机械静压的压力为150～250mpa，时间为10～40min。由于纳米二氧化硅粉体很蓬松，如果直接对粉体施压，当压力卸掉后会重新膨胀变得疏松，因此需要先加水制成浆料，然后通过喷雾干燥制成大颗粒。在本发明中，机械静压的作用是克服纳米二氧化硅颗粒之间的排斥力，使纳米二氧化硅颗粒间距离更近，从而使烧结后得到的产品孔隙少。
26、进一步地，所述块状二氧化硅经机械破碎后的平均粒径为50～400μm。
27、进一步地，所述煅烧的温度为1000～1600℃，时间为3～8h。通过煅烧熔融破碎的块状二氧化硅使其致密化，如果煅烧温度过高或煅烧时间过长，会出现析晶现象，且能耗高；如果煅烧温度过低或煅烧时间过短，无法使其完全熔融，得到的产品存在多孔结构。优选地，所述煅烧的温度为1100～1200℃，时间为5～6h。
28、本发明的有益效果是：
29、1、由于本发明先制备石英坩埚预制件然后气炼涂覆透明层，避免了高纯度的内层砂与低纯度的中层砂或外层砂的界面混合，使界面更加清晰，减少了内层砂的用量。
30、2、由于玻璃态高纯石英砂是先软化再熔融，本发明采用合成的玻璃态高纯石英砂作为内层砂时，本发明所提供的石英坩埚制备方法避免了内层砂对中层砂的包覆，减少石英坩埚透明层中的气泡，从而解决气泡的存在对石英坩埚使用效果以及使用寿命的不利影响。