Ein Überblick über verschiedene Keramiktiegel

Einführung

Tiegel als zentrale Bestandteile chemischer Instrumente dienen als Gefäße zum Schmelzen, zur Veredelung von Metallflüssigkeiten und zur Erleichterung der Reaktion von festen und flüssigen Stoffen - eine wesentliche Grundlage für reibungslose chemische Prozesse. Die historische Verwendung von Platin für Tiegel, die ursprünglich aus Ton hergestellt wurden, war ein bedeutender technologischer Schritt. Dank der Weiterentwicklung der Präparationsverfahren können Tiegel heute aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, die in der Lage sind, dem Schmelzen oder der Veränderung des Inhalts standzuhalten.

Die unzähligen Tiegeltypen, -modelle und -spezifikationen bieten eine unvergleichliche Flexibilität und gewährleisten die Reinheit der geschmolzenen Materialien. Keramische Tiegel spielen dabei eine wichtige Rolle. Nach Rohstoffen kategorisiert, umfassen keramische Tiegel Quarz, Korund, Bornitrid, Zirkoniumdioxid und mehr, die jeweils aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind.

1. Quarz-Keramik-Tiegel

Ein Quarzkeramiktiegel wird aus hochreinem geschmolzenem Quarz hergestellt und zeichnet sich durch eine feine Struktur, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit, eine gute elektrische Leistung und chemische Beständigkeit aus. Er findet breite Anwendung in der glasverarbeitenden Industrie, Metallurgie, Elektronik, Chemie, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen. Im Allgemeinen ist die Form des Quarzkeramiktiegels hauptsächlich quadratisch und zylindrisch.

Mit der Aufmerksamkeit und der Entwicklung von Umweltenergie wird die Solarenergie als grüne Energie in der Welt sehr geschätzt. Die Menge an polykristallinem Silizium, die für die Umwandlung von Solarenergie verwendet wird, hat sich drastisch erhöht, was die rasche Entwicklung der Produktion von polykristallinem Silizium fördert. Daher nimmt auch die Nachfrage nach entsprechenden großformatigen, dünnwandigen, quadratischen Schmelztiegeln aus Quarzglas schnell zu, und der internationale Markt ist sehr optimistisch.

2. Korund-Tiegel

Korundtiegel, formal bekannt als Aluminiumoxidtiegel, werden gemeinhin als Korundtiegel bezeichnet, wenn der Gehalt an Aluminiumoxid 95 % übersteigt. Ein Korundtiegel ist robust und kann hohen Temperaturen, Säuren, Laugen, extremer Kälte und Hitze sowie chemischer Korrosion standhalten. Er eignet sich zum Schmelzen von Proben schwach alkalischer Substanzen wie Na2CO3 ohne Wasser. Es ist jedoch nicht geeignet für das Schmelzen von Proben mit stark alkalischen und sauren Stoffen als Flussmittel.

99,70% der Korund-Tiegel bei Oxidation und Reduktion Atmosphäre von 1650 ℃ bis 1700 ℃ hat eine gute Isolierung und mechanische Festigkeit. Je nach den Anwendungsbedingungen, die Aluminiumoxid-Tiegel hat eine Vielzahl von Größen und Formen zur Auswahl.

3. Tiegel aus Bornitrid

Zu den häufig verwendeten Arten von Bornitrid gehören kubisches Bornitrid (C-BN) und pyrolytisches Bornitrid (P-BN). Der Bornitrid-Tiegel besteht in der Regel aus P-BN. P-BN-Keramiken haben eine gute Wärmebeständigkeit, thermische Stabilität, Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperatur-Durchschlagfestigkeit und sind ideale Materialien zur Wärmeableitung und Hochtemperaturisolierung.

P-BN ist für seine hervorragende chemische Stabilität bekannt und kann der Erosion der meisten geschmolzenen Metalle widerstehen. Es eignet sich hervorragend zur Hochtemperaturisolierung, hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Diese Eigenschaften machen es ideal für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen wie die Halbleiterherstellung. P-BN-Tiegel werden häufig zum Schmelzen von Metallen und Halbleitern verwendet, wobei die Einsatztemperatur im Vakuum bis zu 1800 Grad beträgt.

4. Zirkoniumdioxid-Tiegel

Zirkoniumdioxid hat einen höheren Schmelzpunkt als Zirkonium und ist eines der feuerfestesten Materialien der Natur. Selbst wenn es auf 1900 ℃ erhitzt wird, reagiert Zirkoniumoxid nicht mit geschmolzenem Aluminium, Eisen, Nickel und Platinmetallen, Silikat und saurer Schlacke usw., so dass der Zirkoniumdioxid-Tiegel erfolgreich Platin, Palladium, Ruthenium und Cäsium-Edelmetalle und deren Legierungen schmelzen kann.

Im Vergleich zu Aluminiumoxid ist Zirkoniumdioxid teurer. Es ist jedoch ein spezielles feuerfestes Oxidmaterial, das in Hochtemperaturöfen über 2000 ℃ verwendet werden kann, was durch kein anderes Oxid ersetzt werden kann.

5. Yttrium-Oxid-Tiegel

Yttriumoxid (Y2O3) ist eine Hochleistungskeramik mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität. Der Schmelzpunkt von Yttriumoxid ist höher als 2400 ℃, und es ist schwierig, mit einigen aktiven Metallen (wie Ti, Al, Hf, Nb, etc.) bei hohen Temperaturen zu reagieren. Der Schmelztiegel, der hauptsächlich aus hochreinem Y2O3 besteht, eignet sich für das Schmelzen von Ti und Ti-Legierungen sowie für alle sauerstoffempfindlichen Schmelzverfahren.

Allerdings ist Y2O3 wegen seines hohen Schmelzpunkts schwer zu verarbeiten. Da Y2O3 selbst sehr spröde ist, kann der Tiegel brechen, wenn die Aufheiz- oder Abkühlgeschwindigkeit zu schnell ist.

6. Tiegel aus Siliziumkarbid

Tiegel aus Siliziumkarbid, die für ihre außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit bekannt sind, kommen vor allem bei Hochtemperaturanwendungen zum Einsatz. Diese Tiegel bestehen aus Siliziumkarbid, einer Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, und eignen sich hervorragend zum Schmelzen und Raffinieren von Metallen wie Aluminium, Kupfer und Eisen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, werden Siliziumkarbid-Tiegel in Gießereien und Labors für verschiedene metallurgische Prozesse bevorzugt.

7. Magnesia-Tiegel

Magnesia-Tiegel, die aus Magnesia oder Magnesiumoxid hergestellt werden, zeichnen sich durch chemische Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität aus. Diese Tiegel werden in Laboratorien und bei metallurgischen Prozessen eingesetzt und bieten einen zuverlässigen Behälter für das Schmelzen und Erhitzen von Metallen.

8. Mullit-Tiegel

Mullit-Tiegel, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid bestehen, zeichnen sich durch die vorteilhaften Eigenschaften beider Materialien aus. Mit ihrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ihrer außergewöhnlichen Temperaturwechselbeständigkeit und ihrer hohen mechanischen Festigkeit finden Mullit-Tiegel Anwendung in verschiedenen Hochtemperaturprozessen. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit eignen sie sich für Aufgaben, die vom Schmelzen von Metallen bis hin zur Synthese moderner Werkstoffe reichen.

9. Kordierit-Tiegel

Tiegel aus Kordierit mit einer Zusammensetzung aus Magnesium, Aluminium und Silizium bieten eine einzigartige Kombination aus Temperaturwechselbeständigkeit und geringer Wärmeausdehnung. Tiegel aus Kordierit werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen erfordern, und finden in Labors und in der Industrie Verwendung. Ihre Fähigkeit, abrupten Temperaturschwankungen zu widerstehen, macht sie ideal für Prozesse, die eine präzise Kontrolle der thermischen Bedingungen erfordern.

10. Tiegel aus gesintertem Siliziumnitrid

Tiegel aus gesintertem Siliziumnitrid zeichnen sich als fortschrittliche keramische Gefäße aus, die für extreme Bedingungen ausgelegt sind. Diese Tiegel bestehen aus Silizium und Stickstoff und weisen eine bemerkenswerte thermische Stabilität, hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen chemische Korrosion auf.

Tiegel aus gesintertem Siliziumnitrid werden häufig in Labors und in der Industrie für Experimente oder Prozesse unter rauen thermischen und chemischen Bedingungen eingesetzt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung von Materialforschung und Fertigungstechnologien. Ihre außergewöhnlichen Eigenschaften machen sie zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen, die strenge Leistungsstandards erfordern.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das vielfältige Angebot an Tiegeln ihre unverzichtbare Rolle bei der Erleichterung eines Spektrums chemischer Prozesse unterstreicht. Von traditionellen Materialien wie Quarz bis hin zu modernen Zusammensetzungen wie gesintertem Siliziumnitrid erfüllt jeder Tiegeltyp einen einzigartigen Zweck und trägt zur Effizienz und Präzision verschiedener Anwendungen bei. Im Zuge des technologischen Fortschritts werden sich die Tiegel wahrscheinlich weiterentwickeln und den immer spezielleren und anspruchsvolleren Anforderungen von Industrie und Labor gerecht werden.