鎢坩堝廣泛應(yīng)用於晶體生長(zhǎng)、金屬熔煉及真空蒸發(fā)等工藝中。然而，在高溫氧化環(huán)境下，其性能表現(xiàn)則具有一定的特殊性和局限性，成為其實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須關(guān)注的重要問(wèn)題。
在空氣或含氧氣氛中，當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，鎢表面開(kāi)始發(fā)生氧化反應(yīng)，生成三氧化鎢（WO?）。隨著溫度進(jìn)一步升高，這種氧化物逐漸在鎢表面形成一層脆性氧化膜。儘管氧化膜在某些材料中起到保護(hù)作用，但WO?在高溫下具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸從坩堝表面揮發(fā)掉，導(dǎo)致坩堝表層不斷被消耗。長(zhǎng)時(shí)間暴露於高溫氧化中，W坩堝的壁厚逐漸變薄，機(jī)械強(qiáng)度下降，最終影響其結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命。
此外，高溫氧化過(guò)程中，鎢表面的氧化物膜通常較為鬆散且不連續(xù)，無(wú)法形成有效的保護(hù)層來(lái)阻止氧氣的進(jìn)一步擴(kuò)散。因此，坩堝在氧化性氣氛中表現(xiàn)出較弱的抗氧化能力，這也是鎢材料相比於一些耐氧化陶瓷或鉬合金等材料的一個(gè)不足之處。
高溫氧化對(duì)坩堝的影響不僅體現(xiàn)在物理結(jié)構(gòu)的退化，還可能引發(fā)熱膨脹不均勻的問(wèn)題。氧化膜與基體鎢金屬的熱膨脹係數(shù)存在差異，熱迴圈過(guò)程中的應(yīng)力積累容易造成表面氧化層的剝落或裂紋生成，進(jìn)一步加劇氧化侵蝕和材料損傷。
為了改善鎢坩堝在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)，行業(yè)中採(cǎi)取了多種措施。首先，通過(guò)使用高純度鎢材料減少雜質(zhì)的存在，有助於提升整體材料的緻密性和均勻性，從而減緩氧化反應(yīng)的速度。其次，採(cǎi)用表面保護(hù)技術(shù)，如在坩堝表面塗覆一層惰性金屬（如鉬）或陶瓷塗層（如氮化矽、氮化鋁等），形成阻擋氧氣侵入的屏障，有效延長(zhǎng)坩堝的使用壽命。此外，工藝操作中通常要求在惰性氣氛或真空環(huán)境下進(jìn)行高溫處理，避免坩堝直接暴露於氧氣中。
近年來(lái)，研究人員還在探索通過(guò)鎢合金化改性和納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)材料的抗氧化性能。例如，添加少量鉿、鉭等元素，可促進(jìn)氧化膜的緻密化與穩(wěn)定性，減緩氧化速率，提高W坩堝在高溫氧化環(huán)境中的適應(yīng)能力。
