Le creuset est un récipient en forme de coupe utilisé dans l'industrie chimique, qui a été utilisé pour la première fois dans des expériences d'alchimie et est utilisé pour contenir un liquide ou un solide pour un chauffage à haute température, ce qui constitue la base pour assurer le bon déroulement des réactions chimiques.
Les exigences du matériau du creuset sont résistantes à la chaleur, solides et à haute température, il n'est pas facile de réagir chimiquement, le premier creuset de l'histoire est en argile, le développement jusqu'aux temps modernes a pu faire fondre ou modifier son contenu de n'importe quel matériau, tel que la céramique de quartz. , corindon, nitrure de bore , zircone , graphite et platine, nickel, chrome et autres métaux.
Le nitrure de bore est un matériau céramique avancé avec de larges perspectives d'application, composé d'atomes d'azote et de cristaux d'atomes de bore, d'une composition chimique de 43,6 % de bore et de 56,4 % d'azote, avec quatre variantes différentes : nitrure de bore hexagonal (HBN), nitrure de bore cubique ( CBN), nitrure de bore rhombique (RBN), nitrure de bore wurtzite (WBN).
Étant donné que le matériau en nitrure de bore a un coefficient de dilatation thermique comparable à celui du quartz, mais que la conductivité thermique est 10 fois supérieure à celle de ce dernier, la résistance aux chocs thermiques est assez bonne, ce qui peut réduire le risque de rupture provoquée par des changements rapides de température, et il n'y a aucun problème avec plusieurs cycles à 20~1200°C.
De plus, le nitrure de bore et l'acide, les alcalis, le verre et la plupart des métaux ne réagissent pas, la résistance mécanique est faible, à peine légèrement supérieure à celle du graphite, mais il n'y aura pas de phénomène de ramollissement de la charge à haute température, peut être traité par la machine générale de traitement des métaux. , il convient donc effectivement à la fusion, à l'évaporation de creusets métalliques, d'ustensiles, de tuyaux de transport de métal liquide et de moules en acier moulé.
Le creuset en nitrure de bore actuellement sur le marché est divisé en deux types :
Creuset PBN
Habituellement, le gaz contenant du bore (BCl3 ou B2H6) est utilisé comme matière première et est produit par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur, mais comme le B2H6 est hautement toxique, le BCl3 est actuellement utilisé comme matière première. Le gaz contenant du bore est pyrolysé (1 500-1 800 ℃) et réagit avec le NH3 dans une chambre de réaction à haute température pour former des solides de nitrure de bore, et l'équation chimique est la suivante. Parce qu'il y a une réaction de pyrolyse dans la réaction, on l'appelle également creuset pyrolytique en nitrure de bore (communément appelé creuset PBN).
Le processus de croissance du matériau PBN est similaire aux « chutes de neige », c'est-à-dire que les flocons de neige hexagonaux BN développés lors de la réaction sont constamment empilés sur la matrice de graphite chauffée (moule à noyau), avec le temps, la couche d'accumulation s'épaissit. , c'est-à-dire que la coque PBN est formée et que le moule est retiré des composants PBN indépendants et purs, et que le revêtement PBN est laissé dessus.
Parce que le creuset PBN n'a pas besoin de passer par le processus traditionnel de frittage par pressage à chaud, sans ajouter d'agent de frittage, il a une pureté élevée (99,99 % ou plus), et la température d'utilisation sous vide peut atteindre 1 800 degrés, et le la température d'utilisation sous atmosphère protectrice peut atteindre 2100 degrés (généralement avec de l'azote ou de l'argon). Il est principalement utilisé pour la croissance par évaporation/épitaxie par faisceau moléculaire (MBE)/GaAs. De plus, en raison de la lenteur du dépôt, le prix du creuset PBN est assez élevé (principalement un creuset de petite taille).
Creuset BN
Le creuset BN fritté utilise un système cristallin hexagonal de nitrure de bore et d'aide au frittage (Y2O3, etc.) comme matière première, après formation par frittage à haute température, présente également une bonne résistance à la chaleur, une bonne stabilité thermique, une conductivité thermique et une rigidité diélectrique à haute température. , peut résister à la majeure partie de la corrosion du métal en fusion.
Cependant, comme le creuset fritté BN contient un adjuvant de frittage (1 ~ 6 % en poids), la pureté n'est pas aussi élevée que celle du creuset PBN. Cependant, le prix est relativement bon marché, adapté à la production de creusets de grande taille, utilisés dans des gaz inertes tels que l'argon ou l'azote, la température maximale est de 2 800 ℃ ; La stabilité dans l'oxygène est mauvaise et ne peut être utilisée qu'en dessous de 900°C.
Application du creuset en nitrure de bore
Bien que le coût du creuset en nitrure de bore soit plus élevé, car il présente de bonnes caractéristiques de choc thermique, une résistance à la corrosion, une lubrification, une isolation à haute température et des avantages de non-réactivité à haute température, il est tout à fait pratique dans des domaines spécifiques.
Par exemple, entre l'excellente stabilité chimique du P-BN et les propriétés d'isolation à haute température ci-dessus, une conductivité thermique élevée et de faibles propriétés de dilatation thermique, il est très approprié pour une utilisation comme matériau dans le processus des semi-conducteurs et d'autres conditions environnementales strictes, telles que arséniure de gallium, phosphure de gallium, phosphure d'indium.
Dans le même temps, étant donné que le creuset en nitrure de bore présente de bonnes performances d'usinage, une résistance aux températures extrêmement élevées et une rigidité diélectrique, il peut également être utilisé pour fabriquer des matériaux isolants ou des fixations en verre pour divers appareils de chauffage, des manchons de tubes chauffants et des températures élevées, hautes fréquences et hautes températures. matériaux de dissipation thermique sous pression.
