پتری دیش کوارتز شفاف سفارشی مقاوم در برابر حرارت

فرآیند تولید و گردش کار ظرف پتری از جنس کوارتز شفاف

این روش شامل شکل‌دهی دوم حرارتی یک لوله کوارتز از پیش ساخته شده به شکل بوته با استفاده از فشار گاز و قالب است.

مرحله ۱: فاز آماده‌سازی

1. آماده‌سازی مواد اولیه
· ماده اولیه: لوله کوارتز شفاف با خلوص بالا و بدون نقص. این لوله معمولاً از طریق فرآیند ذوب الکتریکی یا شعله تولید می‌شود و کیفیت آن عملکرد نهایی بوته را تعیین می‌کند.
· آماده‌سازی قالب: از یک قالب گرافیتی یا آلیاژ نسوز با دقت بالا و مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌شود. حفره قالب، شکل خارجی بوته (مثلاً کروی، استوانه‌ای، اشکال سفارشی) را مشخص می‌کند.


۲. پیش‌پردازش لوله کوارتز
· برش: لوله کوارتز به طول مورد نیاز برش داده می‌شود.
· تمیزکاری: لوله تحت فرآیند تمیزکاری با خلوص بالا قرار می‌گیرد (مثلاً با آب فوق‌العاده خالص، اچینگ اسیدی، تمیزکاری اولتراسونیک) تا تمام آلاینده‌ها از دیواره داخلی و خارجی آن برداشته شود.
· مهر کردن یک سر: یک سر لوله با استفاده از مشعل هیدروژن-اکسیژن گرم می‌شود تا ذوب شده و به‌صورت بسته درآمده و یک گنبد نیمکره‌ای صاف تشکیل دهد که قاعده بوته را خواهد ساخت.

مرحله ۲: فاز تغییر شکل حرارتی - فرآیند اصلی

این مرحله مهم‌ترین بخش است که روی یک دستگاه چرخ شیشه‌گری تخصصی یا دستگاه قالب‌گیری خودکار انجام می‌شود.

۱. گرم کردن و نرم کردن
· لوله کوارتز پیش‌پردازش‌شده (با سر مهرشده در ابتدا) روی چرخ نصب شده و در داخل قالب از پیش گرم‌شده قرار می‌گیرد.
· منطقه هدف (قسمت آینده بدنه بوته) در حال چرخش است و به‌صورت یکنواخت با شعله هیدروژن-اکسیژن یا مشعل پلاسما گرم می‌شود. چرخش برای گرمای یکنواخت حیاتی است.
· کوارتز تا دمای نرم‌شدن آن (حدود ۱۶۵۰ تا ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود، جایی که انعطاف‌پذیر می‌شود اما کاملاً مذاب نمی‌گردد.

۲. اعمال فشار گاز و شکل‌دهی
· در حالی که کوارتز نرم است، گاز بی‌اثر با خلوص بالا (مثلاً نیتروژن، آرگون) از طریق انتهای باز به داخل لوله تزریق می‌شود و فشار آن دقیقاً کنترل می‌شود.
· فشار گاز داخلی باعث می‌شود دیواره نرم‌شده کوارتز به‌صورت یکنواخت به سمت بیرون گسترش یابد تا کاملاً با شکل سطح داخلی قالب هماهنگ شود.
· قالب، هندسه نهایی خارجی را تعیین می‌کند، در حالی که فشار گاز دقت ابعادی و سطحی صاف و یکنواخت را تضمین می‌کند.

3. عملیات حرارتی و سرد کردن
· پس از شکل‌دهی، بشقاب پتری کوارتزی بلافاصله در حالی که هنوز درون یا نزدیک قالب است عملیات حرارتی می‌شود. از یک شعله گسترده و نرم برای رهایی از تنش‌های حرارتی ناشی از گرمایش و سرد شدن سریع استفاده می‌شود.
· سپس بشقاب پتری کوارتزی تشکیل‌شده در شرایط کنترل‌شده تا دمای اتاق سرد می‌شود و پس از آن از قالب خارج می‌گردد.

مرحله 3: پس‌آماده‌سازی و پرداخت نهایی

1. برش و باز کردن
· انتهای باز بشقاب پتری کوارتزی با استفاده از اره چرخ الماسی یا برش‌زن لیزری به ارتفاع و زاویه دقیق مشخص‌شده برش داده می‌شود.
· لبهٔ تیز و برش‌خورده سپس با شعله پولیش یا از نظر مکانیکی تا جایی که صاف و گرد شود، پرداخت می‌شود تا از خراشیدگی و تمرکز تنش جلوگیری شود.

2. تمیزکاری و بازرسی با شدت بالا
· تمیزکاری: ظرف کوارتز پتری تحت فرآیند تمیزکاری چندمرحله‌ای و با خلوص بالا (تمیزکاری اسیدی، تمیزکاری اولتراسونیک، شست‌وشو با آب فوق‌العاده خالص) قرار می‌گیرد تا تمام آلاینده‌های حاصل از فرآیند زدوده شوند.
· بازرسی:
· بررسی ابعادی: تأیید قطر، ارتفاع و ضخامت دیواره.
· بازرسی بصری: بررسی حباب‌ها، خراش‌ها، حفره‌ها یا هر ناهنجاری دیگری روی سطوح داخلی و خارجی در شرایط نورپردازی کنترل‌شده.

مرحله 4: عملیات ویژه و پیشرفته – پولیش سطح داخلی با شعله

برای بوته‌های پیشرفته که در کاربردهای نیمه‌هادی یا فتوولتائیک با کیفیت بالا استفاده می‌شوند، یک مرحلهٔ اضافی و حیاتی انجام می‌شود:
· پولیش سطح داخلی با شعله
· هدف: ایجاد لایه‌ای کاملاً متراکم، صاف و آینه‌ای شفاف روی سطح داخلی ظرف کوارتز پتری
· روش: ظرف پتری کوارتز در حال چرخش است، در همین حال شعله هیدروژن-اکسیژن یا مشعل پلاسما وارد شده و روی تمام سطح داخلی اسکن می‌شود.
· اثرات:
· مهر و موم کردن منافذ ریز: ظرف پتری کوارتز شفاف، ترک‌های ریز و منافذ کوچک را از بین می‌برد.
· کاهش زبری: ظرف پتری کوارتز شفاف سطحی اتمی صاف ایجاد می‌کند که از چسبیدن مواد جلوگیری کرده و تمیزکاری آسان را فراهم می‌آورد.
· بهبود مقاومت در برابر دِویتریفیکاسیون: مقاومت ظرف پتری کوارتز شفاف در برابر بلورشدن در دمای بالا را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و در نتیجه عمر مفید بوته را افزایش می‌دهد.

نمودار گردش کلی فرآیند برای ظرف پتری کوارتز شفاف:
لوله کوارتز با خلوص بالا → برش → تمیزکاری → مهر و موم یک سر → نصب در قالب → گرمایش و نرم‌کردن با چرخش → شکل‌دهی با فشار گاز → عملیات حرارتی آهسته (آنیلینگ) → خارج‌کردن از قالب → برش/بازکردن → صیقل‌دهی لبه → (صیقل‌دهی سطح داخلی با شعله) → تمیزکاری با شدت بالا → بازرسی نهایی → بسته‌بندی در محیط تمیز

مزایای ظرف پتری کوارتز شفاف:
· خلوص بالا: ظرف پتری کوارتز شفاف از لوله‌های کوارتز با خلوص بالا استفاده می‌کند و آلودگی را به حداقل می‌رساند.
· دقت بالا: قالب‌گیری ظرف پتری کوارتز شفاف، سازگاری ابعادی عالی را تضمین می‌کند.
· انعطاف‌پذیری در شکل‌دهی: قادر به تولید هندسه‌های پیچیده و سفارشی است.
· کیفیت سطحی عالی: پولیش شعله‌ای ظرف پتری کوارتز شفاف، پرداخت بی‌نظیری از سطح داخلی ایجاد می‌کند.

کاربردهای اصلی:
· صنعت نیمه‌هادی: برای فرآیندهای انتشار دمای بالا، اکسیداسیون و اپیتاکسی.
· آزمایشگاه و تحقیق و توسعه: برای سنتز مواد، رشد کریستال و واکنش‌های شیمیایی دمای بالا.
· تحقیق و توسعه فتوولتائیک: برای رشد و پردازش آزمایشی سیلیکون.
· الکترونیک نوری: برای سینتر کردن فسفرها، کریستال‌های لیزری و سایر مواد تخصصی.

  
پارامترهای فنی