도가니(crucible)는 화학공업에서 사용하는 컵 모양의 용기로 연금술 실험에 처음 사용되었으며, 고온 가열을 위해 액체나 고체를 담는 데 사용되며, 이는 화학반응의 원활한 진행을 보장하는 기초가 됩니다.
도가니 재료 요구 사항 내열성, 강함 및 고온에서 화학 반응이 쉽지 않습니다. 역사상 최초의 도가니는 점토로 만들어졌으며 현대까지의 발전은 석영 세라믹 과 같은 모든 재료의 내용을 녹이거나 변경할 수 있었습니다. , 강옥, 질화붕소 , 지르코니아 , 흑연 및 백금, 니켈, 크롬 및 기타 금속.
질화붕소는 질소 원자와 붕소 원자 결정, 43.6% 붕소와 56.4% 질소의 화학적 조성으로 구성되어 있으며 육각형 질화붕소(HBN), 입방정 질화붕소( CBN), 마름모꼴 질화붕소(RBN), 우르자이트 질화붕소(WBN).
질화붕소 소재는 석영과 비슷한 열팽창계수를 가지지만 열전도율은 석영의 10배에 달하기 때문에 열충격 저항성이 상당히 좋아 급격한 온도 변화에 따른 파손 위험을 줄일 수 있으며, 20~1200°C에서 여러 사이클을 사용해도 문제가 없습니다.
또한 질화붕소와 산, 알칼리, 유리 및 대부분의 금속은 반응하지 않으며 기계적 강도가 낮고 흑연보다 약간 높지만 고온에서 부하 연화 현상이 없으며 일반 금속 가공 기계로 가공할 수 있습니다. , 따라서 금속 도가니, 기구, 액체 금속 운반 파이프 및 주조 강철 금형의 용융, 증발에 실제로 적합합니다.
현재 시중에 판매되는 질화붕소 도가니는 두 가지 유형으로 구분됩니다.
PBN 도가니
일반적으로 붕소 함유 가스(BCl3 또는 B2H6)를 원료로 사용하며 화학기상증착법으로 생산하는데, B2H6은 독성이 강하기 때문에 현재는 BCl3를 원료로 사용하고 있다. 붕소 함유 가스는 고온의 반응실에서 열분해(1500~1800℃)되어 NH3와 반응하여 질화붕소 고체를 형성하며, 그 화학반응식은 다음과 같다. 반응 중에 열분해 반응이 있기 때문에 열분해 질화붕소 도가니 (통칭 PBN 도가니)라고도 합니다.
PBN 재료의 성장 과정은 "눈이 내리는" 것과 유사합니다. 즉, 반응에서 성장한 육각형 BN 눈 조각이 가열된 흑연 매트릭스(코어 몰드) 위에 끊임없이 쌓이고 시간이 지남에 따라 축적층이 두꺼워집니다. 즉, PBN 쉘이 형성되고, 독립된 순수 PBN 부품에서 몰드가 제거되고, 그 위에 PBN 코팅이 남는다.
PBN 도가니는 전통적인 열간압착 소결공정을 거치지 않기 때문에 소결제를 첨가하지 않아 순도가 높고(99.99% 이상) 진공 사용온도가 1800도에 달하며, 대기 보호 하에서 사용 온도는 최대 2100도입니다(일반적으로 질소 또는 아르곤 사용). 주로 증발/분자선 에피택시(MBE)/GaAs 성장에 사용됩니다. 또한, 증착 속도가 느리기 때문에 PBN 도가니의 가격은 상당히 비쌉니다(주로 작은 크기의 도가니).
BN 도가니
소결 BN 도가니는 질화붕소와 소결 보조제(Y2O3 등)의 육방정계 결정계를 원료로 사용하여 고온 소결 공정으로 성형한 후 내열성, 열안정성, 열전도도, 고온 절연 내력이 우수합니다. , 용융 금속의 대부분의 부식에 저항할 수 있습니다.
그러나 BN 소결 도가니에는 소결조제(1~6wt%)가 함유되어 있어 PBN 도가니에 비해 순도가 높지 않습니다. 그러나 가격이 상대적으로 저렴하여 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스에 사용되는 대형 도가니 생산에 적합하며 최대 온도는 2800℃입니다. 산소 안정성이 좋지 않아 900 ° C 이하에서만 사용할 수 있습니다.
질화붕소 도가니의 적용
질화붕소 도가니의 가격은 더 높지만 열충격 특성, 내식성, 윤활성, 고온 절연성, 고온 비반응성 등의 장점이 있기 때문에 특정 분야에서 상당히 실용적입니다.
예를 들어, P-BN의 우수한 화학적 안정성과 위의 고온 절연성, 높은 열 전도성, 낮은 열팽창 특성 사이에서 반도체 공정 및 기타 엄격한 환경 조건에서 재료로 사용하기에 매우 적합합니다. 갈륨비소, 갈륨인화물, 인듐인화물.
동시에 질화붕소 도가니는 우수한 기계 가공 성능, 매우 높은 내열성 및 유전 강도를 갖기 때문에 다양한 히터, 가열 튜브 슬리브 및 고온, 고주파 및 높은 절연 재료 또는 유리 고정 장치를 만드는 데에도 사용할 수 있습니다. 압력 방열 재료.
