“白色石墨烯”坩埚:六方氮化硼的应用

作者:氮硼科技 2025-09-22

六方氮化硼(h-BN)因其独特的综合性能,已成为制造高端坩埚的理想材料,被誉为白色石墨烯。其晶体结构与石墨相似,由硼、氮原子交替排列成六方层状结构,层间由较弱的范德华力结合,这赋予了它一系列卓越特性,使其在高温和腐蚀性极强的工业与科研环境中表现出不可替代的价值。

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六方氮化硼具有极高的耐热性,其熔点接近3000℃,在惰性气氛或真空环境下,工作温度可长期保持在2000℃以上而不发生软化或变形。同时,它还具有优异的热稳定性和化学惰性,高温下不与绝大多数金属(如铝、铁、铜、贵金属)、熔融玻璃、氟盐等发生反应,能有效防止熔体污染,保证材料的极高纯度。此外,其极低的热膨胀系数和良好的导热性赋予了它出色的热震稳定性,能够承受剧烈的温度骤变而不会开裂。它的层状结构还带来了良好的润滑性和不粘性,熔融物冷却后极易与坩埚分离,无需复杂脱模工艺。它还是优良的高温绝缘体,适用于对电绝缘有严格要求的场景。

基于这些优异特性,h-BN坩埚在多个尖端领域发挥着关键作用。在金属熔炼与提纯领域,它特别适用于蒸发、镀膜或提纯高纯铝、镁、锡等活性金属及其合金,其不润湿性确保了金属熔体的高回收率和极高纯度,是制备高纯材料的首选容器。在半导体工业中,它被广泛用于分子束外延(MBE)等工艺中盛放铝、镓等金属源,其高温下的稳定性和洁净度保证了半导体晶体生长的质量。此外,在化学气相沉积(CVD)设备中,它作为舟、衬板或涂层,用于生产氮化镓(GaN)等化合物半导体,自身不会引入杂质。在玻璃加工行业,它被用于熔融透明石英玻璃或特殊光学玻璃,因其与熔融玻璃不反应,能生产出无缺陷、高纯度的产品。

六方氮化硼坩埚主要有热压成型和气相沉积两种形式。热压成型坩埚由h-BN粉末经高温高压制成,致密且机械强度较高;而气相沉积坩埚则是通过CVD工艺在石墨等基体上沉积纯h-BN涂层,纯度极高且无孔隙。尽管其成本高于传统石墨或陶瓷坩埚,但六方氮化硼坩埚在提升产品纯度、良率和工艺稳定性方面的巨大优势,使其在航空航天、半导体、光电、核工业等高科技领域的需求持续增长。随着制备技术的不断进步和成本的逐步优化,其应用范围必将进一步扩大,成为推动高端制造发展的关键材料之一。


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