科创中国
高均匀性、无缺陷石英玻璃熔制工艺及装备研发
发布时间:
2025-12-18
截止日期:2026-12-18
价格 双方协商
地区： 宁夏回族自治区 银川市 西夏区
需求方： 宁夏***公司
行业领域
新材料技术
需求背景
石英坩埚由高纯石英粉在真空电弧炉中熔融冷却制成，其内部质量（如致密度、气泡含量）是影响使用寿命和单晶拉制稳定性的决定性因素。现有熔制工艺普遍存在以下痛点：熔融过程的热场与功率控制不够精准，导致熔体温度不均、粘度差异大，进而造成坩埚壁存在致密性分层（内中外层密度不一致）和区域化缺陷；同时，石英粉吸附的气体及混入的空气在熔融过程中若无法高效排出，会形成残留气泡与针孔，这些微观缺陷在高温下会成为裂纹起源点，严重降低坩埚强度与使用寿命。
需解决的主要技术难题
本需求聚焦于石英玻璃熔制环节的工艺与装备精准调控，重点研发：1）开发基于多物理场实时模拟与传感器反馈的电弧功率精准调控系统，实现对熔池温度场、热梯度的动态优化，确保石英粉熔融速率和熔融温度的均匀性；2）系统研究并优化真空度、熔融速度、冷却速率等关键工艺参数组合，解决坩埚壁从内到外、从底部到侧壁的致密性差异问题，获得高度均一的非晶态石英玻璃体；3）创新开发高效的气体排出技术，如阶梯式动态减压、特定频率机械振动辅助脱气等，旨在彻底消除因原料吸附气体和工艺卷入空气所形成的微观气泡与针孔缺陷。
期望实现的主要技术目标
研发的电弧调控系统能使熔池中心与边缘的温度差控制在±30°C以内；制备的石英玻璃坩埚毛坯，其主体部分（排除口部和底部过渡区）的密度均匀性差异小于0.5%；气泡与针孔等气体夹杂缺陷密度降低至≤3个/kg，且最大单个气泡直径≤0.5 mm。
需求解析
解析单位：“科创中国”宁夏(新材料)区域科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2026-01-05
武金龙
北方民族大学
讲师
综合评价
此需求是突破高端石英玻璃“工艺Know-how与核心装备”双重壁垒的关键，技术复杂度与集成度极高。其核心挑战在于将极端条件下的材料合成科学转化为可重复、可放大的工业化精密工程，涉及多物理场耦合设计与控制。成功实施将直接支撑我国在光刻机、半导体设备等产业链最上游的关键材料自主可控，战略意义重大。然而，研发周期长、跨学科（材料、热工、机械、自动化）协同难度大、装备投资高是主要风险点，属于需要长期投入并具备深厚工程化能力的重大技术攻关项目。
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