Якія вобласці прымянення вальфрамавых тыгляў?

Вальфрамавыя тыглі - гэта высокаэфектыўныя ёмістасці з чыстага вальфраму або вальфрамавых сплаваў, якія цэняцца за звышвысокую тэмпературу плаўлення (3422°C), выдатную тэрмічную стабільнасць, каразійную ўстойлівасць да расплаўленых металаў/сплаваў і нізкі ўзровень забруджвання. Гэтыя ўласцівасці робяць іх незаменнымі ў высокатэмпературнай металургіі, вырошчванні крышталяў і перадавой апрацоўцы матэрыялаў. Ніжэй прыведзены іх асноўныя вобласці прымянення з падрабязнымі сцэнарыямі і тэхнічнымі патрабаваннямі:

1. Рост монакрышталя (паўправадніковая і оптаэлектроніка)

Гэта самае буйное і важнае прымяненне вальфрамавых тыгляў, абумоўленае попытам на паўправадніковыя пласціны і оптаэлектронныя матэрыялы.

Ключавыя сцэнары:

Рост монакрышталяў крэмнія: выкарыстоўваецца ў працэсе Чахральскага (CZ) для ўтрымання расплаўленага крэмнію (тэмпература плаўлення ~1414°C). Вальфрамавыя тыглі замяняюць традыцыйныя кварцавыя тыглі ў некаторых сцэнарыях высокай чысціні, паколькі яны пазбягаюць забруджвання крэмніем у выніку растварэння кварца.

Вырошчванне састаўных паўправаднікоў: для вырошчвання крышталяў злучэнняў GaAs, InP, GaN і іншых злучэнняў III-V (шырока выкарыстоўваюцца ў святлодыёдах, лазерных дыёдах і мікрахвалевых прыладах). Гэтыя матэрыялы патрабуюць звышвысокай чысціні і стабільных высокатэмпературных асяроддзяў, якія могуць забяспечыць вальфрамавыя тыглі.

Рост аптычных крышталяў: для плаўлення і фарміравання сапфіра (Al₂O₃, тэмпература плаўлення ~2072°C), YAG (ітрыевага алюмініевага граната) і іншых аптычных крышталяў, якія выкарыстоўваюцца ў лазерах і аэракасмічных датчыках.

Тэхнічныя патрабаванні: высокая чысціня (≥99,95% Вт), гладкая ўнутраная паверхня (Ra ≤ 0,4 мкм) і ўстойлівасць да цеплавога ўдару (для прадухілення расколін падчас хуткага нагрэву/астуджэння).

2. Высокотэмпературная металургія і выплаўленне сплаваў

Вальфрамавыя тыглі ідэальна падыходзяць для выплаўлення актыўных металаў з высокай тэмпературай плаўлення і спецыяльных сплаваў, якія не могуць утрымлівацца звычайнымі матэрыяламі для тыгля (напрыклад, графіт, гліназём).

Ключавыя сцэнары:

Выплаўленне рэдкіх металаў: плаўленне тытана, цырконія, тантала, ніобію і іншых тугаплаўкіх металаў. Гэтыя металы вельмі рэакцыйныя пры высокіх тэмпературах і не ўступаюць у рэакцыю з вальфрамам.

Апрацоўка каштоўных металаў: ліццё золата, срэбра, плаціны і іх сплаваў. Вальфрамавыя тыглі не забруджваюць каштоўныя металы, забяспечваючы чысціню канчатковага прадукту.

Падрыхтоўка спецыяльнага сплаву: выплаўка жаропрочных сплаваў (напрыклад, суперсплавов на аснове нікеля для авіяцыйных рухавікоў) і магнітных сплаваў, дзе патрабуецца строгі кантроль утрымання прымешак.

Тэхнічныя патрабаванні: больш тоўстая канструкцыя сценкі (каб вытрымліваць высокатэмпературныя механічныя нагрузкі) і ўстойлівасць да карозіі расплаўленым металам.

3. Вакуумнае пакрыццё і нанясенне тонкай плёнкі

У працэсах вакуумнага пакрыцця вальфрамавыя тыглі дзейнічаюць як крыніцы выпарэння матэрыялаў пакрыцця.

Ключавыя сцэнары:

Нанясенне тэрмічнага выпарэння: выкарыстоўваецца ў абсталяванні для нанясення пакрыцця ў вакууме для награвання і выпарвання металаў (напрыклад, алюмінія, медзі, хрому) або аксідаў, нанясення тонкіх плёнак на такія падкладкі, як шкло, пластык або паўправадніковыя пласціны. Прыкладанні ўключаюць святлоадбівальныя плёнкі, якія праводзяць плёнкі і дэкаратыўныя пакрыцця.

Падрыхтоўка мішэняў для распылення: вальфрамавыя тыглі выкарыстоўваюцца для плаўлення і адліўкі мішэняў для распылення (напрыклад, вальфрамавых мішэняў, малібдэнавых мішэняў) для металізацыі паўправадніковых мікрасхем.

Тэхнічныя патрабаванні: добрая цеплаправоднасць, дакладныя допускі на памеры і сумяшчальнасць з вакуумнымі асяроддзямі (нізкая хуткасць выкіду газаў).

4. Аэракасмічная і ядзерная энергетыка

Надзвычайная ўстойлівасць да навакольнага асяроддзя вальфрамавых тыгляў робіць іх прыдатнымі для аэракасмічных рухавікоў і сістэм ядзерных рэактараў.

Ключавыя сцэнары:

Кампаненты ракетных рухавікоў: выкарыстоўваюцца ў камерах згарання або частках захоўвання паліва некаторых ракетных рухавікоў вялікай цягі, дзе яны вытрымліваюць звышвысокія тэмпературы, якія ўзнікаюць у выніку згарання паліва.

Прымяненне ў ядзерных рэактарах: у якасці кантэйнераў для таблетак ядзернага паліва або як частка сістэмы цеплаабмену актыўнай зоны рэактара. Высокая тэмпература плаўлення вальфраму і нізкае сячэнне паглынання нейтронаў робяць яго кандыдатам у матэрыял для сучасных ядзерных рэактараў.

Тэхнічныя патрабаванні: радыяцыйная ўстойлівасць, устойлівасць да паўзучасці пры высокіх тэмпературах, сумяшчальнасць з ядзерным палівам і ракетным палівам.

5. Лабараторыя і навуковыя даследаванні

Вальфрамавыя тыглі з'яўляюцца важнымі інструментамі ў лабараторыях матэрыялазнаўства і хіміі для высокатэмпературных эксперыментаў.

Ключавыя сцэнары:

Высокотэмпературнае спяканне ўзораў, выпрабаванні тэмпературы плаўлення і фазавыя змены матэрыялаў.

Сінтэз сучасных керамічных матэрыялаў (напрыклад, карбіду крэмнію, карбіду бору) і кампазітных матэрыялаў ва ўмовах высокіх тэмператур.

Тэхнічныя патрабаванні: невялікі памер, лёгкая чыстка і сумяшчальнасць з рознымі метадамі нагрэву (напрыклад, індукцыйны нагрэў, супраціўляльны нагрэў).

6. Сонечная энергетыка

У вытворчасці сонечных элементаў вальфрамавыя тыглі выкарыстоўваюцца для плаўлення і легіравання крэмніевых зліткаў, забяспечваючы чысціню крэмніевых матэрыялаў і паляпшаючы эфектыўнасць пераўтварэння сонечных элементаў.

Асноўныя перавагі перад альтэрнатыўнымі матэрыяламі для тыгля