Тигель — сосуд чашеобразной формы, используемый в химической промышленности, который впервые использовался в алхимических экспериментах и служит для хранения жидкости или твердого вещества для высокотемпературного нагрева, что является основой обеспечения плавного течения химических реакций.
Требования к материалу тигля: термостойкость, прочность, и при высоких температурах нелегко вступать в химическую реакцию, самый ранний тигель в истории был изготовлен из глины, развитие до наших дней позволило расплавить или изменить его содержимое из любого материала, например кварцевой керамики. , корунд, нитрид бора , цирконий , графит и платина, никель, хром и другие металлы.
Нитрид бора - это современный керамический материал с широкими перспективами применения, который состоит из атомов азота и кристаллов атомов бора, химический состав 43,6% бора и 56,4% азота, с четырьмя различными вариантами: гексагональный нитрид бора (HBN), кубический нитрид бора ( CBN), ромбический нитрид бора (RBN), вюрцитовый нитрид бора (WBN).
Поскольку материал из нитрида бора имеет сравнимый с кварцем коэффициент теплового расширения, но теплопроводность в 10 раз выше, чем у последнего, устойчивость к тепловому удару довольно хорошая, что может снизить риск разрушения, вызванного быстрыми изменениями температуры, и нет проблем с несколькими циклами при 20 ~ 1200 ° C.
Кроме того, нитрид бора и кислота, щелочь, стекло и большинство металлов не вступают в реакцию, механическая прочность низкая, лишь немного выше, чем у графита, но при высоких температурах не происходит явления смягчения нагрузки, можно обрабатывать на обычной машине для обработки металлов. , поэтому он действительно подходит для плавки, испарения металлического тигля, посуды, труб для транспортировки жидкого металла и форм для литья стали.
Тигель из нитрида бора, представленный в настоящее время на рынке, делится на два типа:
ПБН Тигель
Обычно в качестве сырья используется борсодержащий газ (BCl3 или B2H6), который производится методом химического осаждения из паровой фазы, но поскольку B2H6 высокотоксичен, в настоящее время в качестве сырья используется BCl3. Борсодержащий газ подвергается пиролизу (1500-1800 ℃) и реагирует с NH3 в высокотемпературной реакционной камере с образованием твердого вещества нитрида бора, а химическое уравнение выглядит следующим образом. Поскольку в реакции происходит реакция пиролиза, ее также называют пиролитическим тиглем из нитрида бора (широко известным как тигель PBN).
Процесс роста материала ПБН аналогичен «падающему снегу», то есть выращенные в результате реакции шестиугольные снежинки БН постоянно наслаиваются на нагретую графитовую матрицу (стержневую форму), с течением времени слой накопления утолщается. , то есть формируется оболочка ПБН, а из независимых и чистых компонентов ПБН удаляется форма, а на ней остается покрытие ПБН.
Поскольку тигель PBN не должен проходить традиционный процесс спекания горячим прессованием без добавления спекающего агента, он имеет высокую чистоту (99,99% или более), а температура использования в вакууме достигает 1800 градусов, а температура использования в атмосфере до 2100 градусов (обычно с азотом или аргоном). Он в основном используется для испарения/молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ)/роста GaAs. Кроме того, из-за низкой скорости осаждения цена тигля PBN довольно высока (в основном тигли небольшого размера).
тигель БН
Спеченный тигель BN представляет собой использование гексагональной кристаллической системы нитрида бора и спекающей добавки (Y2O3 и т. д.) в качестве сырья, после формирования в результате высокотемпературного спекания, а также обладает хорошей термостойкостью, термической стабильностью, теплопроводностью, диэлектрической прочностью при высоких температурах. , может противостоять большей части коррозии расплавленного металла.
Однако, поскольку спеченный тигель BN содержит спекающую добавку (1~6 мас.%), чистота не такая высокая, как в тигле PBN. Тем не менее, цена относительно дешевая, подходит для производства тиглей большого размера, в которых используются инертные газы, такие как аргон или азот, максимальная температура составляет 2800 ℃; Стабильность в кислороде плохая, и его можно использовать только при температуре ниже 900°C.
Применение тигля из нитрида бора
Хотя стоимость тигля из нитрида бора будет выше, поскольку он обладает хорошими характеристиками термического удара, коррозионной стойкостью, смазкой, высокотемпературной изоляцией и преимуществами нереактивности при высоких температурах, он весьма практичен в конкретных областях.
Например, благодаря превосходной химической стабильности P-BN и вышеуказанным изоляционным свойствам при высоких температурах, высокой теплопроводности, низкому термическому расширению, он очень подходит для использования в качестве материала в полупроводниковом процессе и других строгих условиях окружающей среды, таких как арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия.
В то же время, поскольку тигель из нитрида бора обладает хорошими характеристиками механической обработки, чрезвычайно высокой термостойкостью и диэлектрической прочностью, его также можно использовать для изготовления изоляционных материалов или стеклянных приспособлений для различных нагревателей, гильз нагревательных трубок и высокотемпературных, высокочастотных и высокочастотных материалы для отвода тепла под давлением.
