Il crogiolo è un recipiente a forma di tazza utilizzato nell'industria chimica, utilizzato per la prima volta negli esperimenti di alchimia e viene utilizzato per contenere liquidi o solidi per il riscaldamento ad alta temperatura, che è la base per garantire il regolare avanzamento delle reazioni chimiche.
I materiali del crogiolo richiedono resistenza al calore, forte e ad alte temperature non è facile la reazione chimica, il primo crogiolo della storia è fatto di argilla, lo sviluppo fino ai tempi moderni è stato in grado di sciogliere o modificare il suo contenuto di qualsiasi materiale, come la ceramica al quarzo , corindone, nitruro di boro , zirconia , grafite e platino, nichel, cromo e altri metalli.
Il nitruro di boro è un materiale ceramico avanzato con ampie prospettive di applicazione, composto da atomi di azoto e cristalli di atomi di boro, composizione chimica di 43,6% di boro e 56,4% di azoto, con quattro diverse varianti: nitruro di boro esagonale (HBN), nitruro di boro cubico ( CBN), nitruro di boro rombico (RBN), nitruro di boro wurtzite (WBN).
Poiché il materiale in nitruro di boro ha un coefficiente di dilatazione termica paragonabile a quello del quarzo, ma la conduttività termica è 10 volte quella di quest'ultimo, la resistenza allo shock termico è abbastanza buona, il che può ridurre il rischio di rottura causata da rapidi cambiamenti di temperatura, e non ci sono problemi con diversi cicli a 20~1200 °C.
Inoltre, il nitruro di boro e gli acidi, gli alcali, il vetro e la maggior parte dei metalli non reagiscono, la resistenza meccanica è bassa, solo leggermente superiore a quella della grafite, ma non si verificherà alcun fenomeno di ammorbidimento del carico ad alte temperature, può essere lavorato dalla macchina generale per la lavorazione dei metalli , quindi è effettivamente adatto per la fusione, l'evaporazione di crogioli metallici, utensili, tubi di trasporto di metalli liquidi e stampi di acciaio per colata.
I crogioli in nitruro di boro attualmente sul mercato si dividono in due tipologie:
Crogiolo PBN
Di solito, come materia prima viene utilizzato il gas contenente boro (BCl3 o B2H6) prodotto mediante il metodo di deposizione chimica in fase vapore, ma poiché B2H6 è altamente tossico, attualmente viene utilizzato BCl3 come materia prima. Il gas contenente boro viene pirolizzato (1500-1800 ℃) e reagisce con NH3 in una camera di reazione ad alta temperatura per formare solidi di nitruro di boro e l'equazione chimica è la seguente. Poiché nella reazione è presente una reazione di pirolisi, è anche chiamato crogiolo pirolitico di nitruro di boro (comunemente noto come crogiolo PBN).
Il processo di crescita del materiale PBN è simile alla "neve che cade", ovvero i fiocchi di neve esagonali BN cresciuti nella reazione vengono costantemente ammucchiati sulla matrice di grafite riscaldata (stampo centrale), con l'estensione del tempo, lo strato di accumulo si ispessisce , cioè, viene formato il guscio PBN e lo stampo viene rimosso dai componenti PBN puri e indipendenti e su di esso viene lasciato il rivestimento PBN.
Poiché il crogiolo PBN non deve passare attraverso il tradizionale processo di sinterizzazione con pressatura a caldo, senza aggiungere alcun agente di sinterizzazione, ha un'elevata purezza (99,99% o più) e la temperatura di utilizzo sotto vuoto arriva fino a 1800 gradi e la temperatura la temperatura di utilizzo in atmosfera protetta è fino a 2100 gradi (generalmente con azoto o argon). Viene utilizzato principalmente per evaporazione/epitassia a fascio molecolare (MBE)/crescita di GaAs. Inoltre, a causa del lento tasso di deposizione, il prezzo del crogiolo PBN è piuttosto elevato (per lo più crogioli di piccole dimensioni).
Crogiolo BN
Il crogiolo sinterizzato BN è l'uso del sistema cristallino esagonale di nitruro di boro e ausiliari di sinterizzazione (Y2O3, ecc.) come materie prime, dopo la formazione mediante produzione di sinterizzazione ad alta temperatura, ha anche una buona resistenza al calore, stabilità termica, conduttività termica, rigidità dielettrica ad alta temperatura , può resistere alla maggior parte della corrosione del metallo fuso.
Tuttavia, poiché il crogiolo BN sinterizzato contiene un ausiliario di sinterizzazione (1~6% in peso), la purezza non è elevata quanto quella del crogiolo PBN. Tuttavia, il prezzo è relativamente economico, adatto per la produzione di crogioli di grandi dimensioni, utilizzati in gas inerti come argon o azoto, la temperatura massima è 2800 ℃; La stabilità nell'ossigeno è scarsa e può essere utilizzata solo al di sotto dei 900°C.
Applicazione del crogiolo di nitruro di boro
Sebbene il costo del crogiolo di nitruro di boro sarà più elevato, poiché ha buone caratteristiche di shock termico, resistenza alla corrosione, lubrificazione, isolamento alle alte temperature e vantaggi di non reattività alle alte temperature, è abbastanza pratico in campi specifici.
Ad esempio, tra l'eccellente stabilità chimica del P-BN e le proprietà di isolamento alle alte temperature di cui sopra, l'elevata conduttività termica e le proprietà di bassa espansione termica, è molto adatto per l'uso come materiale nel processo dei semiconduttori e in altre condizioni ambientali rigorose, come arseniuro di gallio, fosfuro di gallio, fosfuro di indio.
Allo stesso tempo, poiché il crogiolo di nitruro di boro ha buone prestazioni di lavorazione, resistenza a temperature estremamente elevate e rigidità dielettrica, può anche essere utilizzato per realizzare materiali isolanti o dispositivi di vetro per vari riscaldatori, manicotti di tubi riscaldanti e alte temperature, alta frequenza e alta materiali per la dissipazione del calore sotto pressione.
