各類陶瓷坩堝盤點:石英、氧化鋁、氮化硼、氧化鋯…

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作為化學儀器的重要組成部分,坩堝是熔化和精煉金屬液體以及固液加熱、反應的容器,是保證化學反應順利進行的基礎。歷史上,坩堝最開始是用黏土制成的,而鉑的最早用途之一也是用于制備坩堝。但隨著制備技術的發展,坩堝如今已經可以由任意能夠熔化或改變其內容物的材料組成。

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愛迪生使用過的三個坩堝及燃爐

坩堝的種類型號規格較多,可任意選擇,適用性較強,并可保證被熔煉物質的純度。其中,陶瓷坩堝是坩堝中的重要組成部分,而陶瓷坩堝中根據原材料又可分為石英坩堝、剛玉坩堝、氮化硼坩堝、氧化鋯坩堝等,根據各自的性質在不同場合被使用。

由于前兩者較為常見,所以大家對其了解也較深;但后兩者應用較少,大部分人對它們可能比較陌生,但在某些領域,它們同樣起到不可替代的作用。下文中,小編將對這些為人熟知或不知的陶瓷坩堝做一個簡單的介紹和總結,來看看它們到底在哪最“適得其所”。

坩堝類-1

尺寸不同的坩堝

1.
 
石英陶瓷干坩堝

石英陶瓷坩堝,全稱為高純熔融石英陶瓷坩堝(二氧化硅含量≥99.9%),是以高純熔融石英為原料做成的陶瓷質坩堝,具有結構精細、熱導率低、熱膨脹系數小、熱震穩定性好、電性能好、耐化學侵蝕性好等特點,因此石英陶瓷坩堝在玻璃深加工行業、冶金工業、電子工業、化工工業、航空航天等領域得到廣泛應用。一般情況下,其形狀主要有方形和圓筒形。

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隨著環保能源的重視和發展,太陽能作為綠色能源受到世界各國的普遍重視,用于太陽能轉換的多晶硅的用量急劇增加,從而促進了多晶硅生產的快速發展。因此相應的大尺寸薄壁方形熔融石英陶瓷坩堝的用量也在急劇增大,國際上對它的市場前景十分看好。

2.
 
剛玉坩堝

剛玉坩堝,學名氧化鋁坩堝,人們通常會把氧化鋁含量超過95%以上的坩堝稱為剛玉坩堝。剛玉坩堝質堅而耐熔,耐高溫、不耐酸堿、耐急冷極熱、耐化學腐蝕,適于用無水Na2CO3等一些弱堿性物質作熔劑熔融樣品,但不適于用Na2O2、NaOH等強堿性物質和酸性物質作熔劑熔融樣品。

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99.70%剛玉坩堝剛玉坩堝在1650℃—1700℃的氧化和還原氣氛中,具有良好的高溫絕緣性和機械強度,短期內使用溫度最高可達1800℃。根據應用的條件,氧化鋁坩堝有多種尺寸和形狀可供選擇。

分類

用途

弧形坩堝

燒制彩電粉,熒光粉,稀土材料,貴金屬材料,焙燒高、中、低陶瓷電容器NTC,PTC壓電陶瓷及鈷酸鋰,錳酸鋰粉末

圓底坩堝

直型坩堝

方形坩堝

 

3.
 
氮化硼坩堝

氮化硼常用的類型有立方氮化硼(C-BN)及六方氮化硼(P-BN),其中,氮化硼坩堝通常是由P-BN組成的。P-BN陶瓷具有良好的耐熱性、熱穩定性、導熱性、高溫介電強度,是理想的散熱材料和高溫絕緣材料。

坩堝類-6

介于P-BN優秀的化學穩定性,它能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕,又因為上述中的高溫絕緣特性、導熱性高、熱膨脹性低性能,最適合作為在半導體制程等嚴格的環境條件下所使用的材料。P-BN坩堝常用于熔煉金屬及半導體,它在真空下的使用溫度高達1800度,氣氛保護下使用溫度最高可達2100℃,一般用氮氣或者氬氣保護(氣氛保護是為了不使坩鍋氧化)。

4.
 
氧化鋯坩堝

氧化鋯的熔點比鋯高,達2700℃,是自然界中耐火性能最好的材料之一,即使加熱到1900℃也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬以及硅酸鹽和酸性爐渣等發生反應,所以用氧化鋯材料制作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金。

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值得注意的是,雖然氧化鋯相比氧化鋁價格較高,但在2000℃以上的高溫爐中使用是其他氧化物材料無法取代的特種氧化物耐火材料。

5.
 
氧化釔坩堝

氧化釔(Y2O3)陶瓷是一種高性能陶瓷,具有優良的耐熱、耐腐蝕和高溫穩定性。氧化釔的熔點大于2400℃,且在高溫下較難與某些活潑金屬(如Ti、Al、Hf、Nb等)發生反應。以高純Y2O3為主要組成的坩堝,有潛力用于熔化TiTi合金,或任何氧敏感的熔融工藝。

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不過由于Y2O3的高熔點性,其加工存在一定難度,在國外有廠商通過熱等靜壓(HIP)法來制備。同時廠商還備注道,由于Y2O3本身非常脆,若加熱或冷卻的速度太快(廠商標注為高于5℃/min),坩堝有可能會發生破裂。

2015年5月28日 15:25
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