憑藉鎢材極高的熔點(diǎn)、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的熱導(dǎo)率以及在真空或惰性氣氛中化學(xué)惰性強(qiáng)等特性,鎢坩堝的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
一、半導(dǎo)體單晶生長
1.矽(Si)單晶提拉(Czochralski)
在矽單晶生長過程中,坩堝必須承受約?1400?℃?以上的高溫,並與熔融矽長時間接觸而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鎢制坩堝憑藉其高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性,成為高端晶體生長設(shè)備中承載熔體的首選材料。
2.砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等 III–V 族半導(dǎo)體
這些材料的熔點(diǎn)更高、對純度要求更嚴(yán),生長溫度往往需要達(dá)到?1500?℃?以上。W坩堝能提供穩(wěn)定、高純的熔體環(huán)境,確保所制得單晶具有低位元錯密度和高電性能一致性。
二、高溫合金與功能材料熔煉
1.鈷基、鎳基高溫合金
航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片、燃?xì)廨啓C(jī)等關(guān)鍵部件採用的高溫合金,需要在高達(dá)?1500–1700?℃?的真空或惰性氣氛中進(jìn)行真空電弧熔煉或感應(yīng)熔煉。W坩堝可在這些極端工況下保持尺寸穩(wěn)定和力學(xué)完整性。
2.鎢合金、錸合金及稀貴金屬
含鎢、錸、鉑、鈀等稀貴金屬的合金熔煉工藝溫度高、對容器要求苛刻。鎢制坩堝絕熱性好、抗蠕變性能優(yōu)異,能夠承載高熔點(diǎn)金屬長時間熔煉。
3.氧化物與碳化物陶瓷材料
如碳化矽(SiC)、氮化矽(Si?N?)、氧化鋯(ZrO?)等功能陶瓷,在 2000–2400?℃?左右燒結(jié)或熔融時,鎢制坩堝可作為內(nèi)襯或模具使用。
三、核工業(yè)與放射性材料處理
1.核燃料製備
在鈾、釷金屬的高溫熔煉與鑄錠工藝中,W坩堝因其低中子吸收截面(約?2.7?b)和優(yōu)異的抗輻照性能,被用於核燃料塊或靶材製備。
2.放射性廢物高溫處理
將高放廢液或廢料轉(zhuǎn)化為玻璃或陶瓷固體時,需在高溫真空或惰性氣氛下進(jìn)行熔融。鎢坩堝可承擔(dān)高溫化學(xué)環(huán)境中的長期運(yùn)行,減少二次污染風(fēng)險。
四、真空冶金與電子束熔煉
1.電子束熔煉(EBM)
EBM 設(shè)備中常用W坩堝承載金屬粉末或金屬塊,在真空狀態(tài)下用電子束束流進(jìn)行熔煉、精煉。此坩堝的高溫耐受性和抗蒸發(fā)性能確保了熔煉過程的潔淨(jìng)度和金屬純度。
2.真空熱處理與熱等靜壓(HIP)
W坩堝在熱等靜壓爐中也經(jīng)常用作坩堝或內(nèi)套,以支撐和密封粉末預(yù)製件,保證高溫高壓下組織緻密化。
五、材料科學(xué)研究與高溫分析
1.差示掃描量熱(DSC)與熱重(TG)測試
高溫?zé)岱治鰞x器中,鎢坩堝可以用於?2000?℃?以上的樣品測量,研究材料相變、熱解和氧化行為。
2.高通量材料研發(fā)平臺
近年來,科研機(jī)構(gòu)搭建的高通量熔煉和篩選平臺中,W坩堝常用於並行小尺寸樣品的自動化合成、快照式性能測試,推動新材料快速發(fā)現(xiàn)。
六、新能源與功能材料製備
1.熱電材料
SiGe、PbTe、Bi?Te? 等熱電合金或納米複合材料的熔煉與結(jié)晶,W坩堝可提供高純、高溫、惰性環(huán)境,保證熱電性能和材料穩(wěn)定性。
2.太陽能電池材料
GaAs、CdTe、CIGS 等光伏材料單晶或薄片生長過程中,需要高溫熔體處理。鎢坩堝因其潔淨(jìng)度和穩(wěn)定性,成為該領(lǐng)域的重要器具。