隨著生活水平的提高，玻璃產(chǎn)品變得隨處可見，在建筑行業(yè)中它更是成為了繼水泥和鋼材之后的第三大建筑材料。玻璃的主要原料有石英砂、石灰石、長(zhǎng)石、純堿、硼酸等，在可耐高溫的坩堝中經(jīng)過復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)后，便可形成均勻的無氣泡玻璃液。

因此為了讓玻璃順利完成制作，需要特別留意坩堝的選擇，以免玻璃熔體受到坩堝變形、開裂或污染等帶來的影響。同時(shí)，坩堝也是玻璃制備成本中的重要一部分，如果坩堝在制作過程中失效，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工序停轉(zhuǎn)，代價(jià)十分昂貴。

因此為了生產(chǎn)的穩(wěn)定性及降低成本，坩堝最好選擇具有較長(zhǎng)使用壽命的類型，而這一般需要結(jié)合原材料的諸多性能特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，如抗熱震性、最高工作溫度、抗壓強(qiáng)度、與玻璃是否發(fā)生反應(yīng)、膨脹系數(shù)等。以下是在玻璃行業(yè)中常用的一些坩堝材料：

石英陶瓷

石英陶瓷坩堝，全稱為高純?nèi)廴谑⑻沾邵釄?/span>石，主要成分是二氧化硅（SiO₂），可在高溫下工作并保持化學(xué)成份穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)完整性。由于具有結(jié)構(gòu)精細(xì)、熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、電性能好、耐化學(xué)侵蝕性好（除氫氟酸及300℃以上的濃磷酸外，幾乎所有酸和金屬熔體都對(duì)它沒有作用）等特點(diǎn)，因此石英坩堝成為了許多玻璃家族的理想選擇，如硼硅酸鹽、硅酸鹽和鈉石灰。其最高運(yùn)行溫度為1500 ℃，比它的替代材料——氧化鋁低一些。

氧化鋁陶瓷

氧化鋁（Al₂O₃）屬于石英的替代材料，具有很好的高溫穩(wěn)定性，人們通常會(huì)把氧化鋁含量超過95%以上的坩堝稱為剛玉坩堝。由于具有較高的熱導(dǎo)率，因此它能更快地從爐子中傳遞熱量，此外氧化鋁還具備較高的抗熱震性及較低的熱膨脹系數(shù)，純度足夠高的話，其最高工作溫度可達(dá)1700℃。

氧化鋁坩堝另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于它能夠抵抗化學(xué)侵蝕（但不適于用Na₂O₂、NaOH等強(qiáng)堿性物質(zhì)和酸性物質(zhì)作熔劑熔融樣品），避免坩堝被降解或玻璃熔體受到污染。在重金屬氧化物(HMO)玻璃熔制中，其電阻率甚至高于鉑。

AZS（氧化鋁-氧化鋯-氧化硅）

AZS (alumina-zirconia-silica)是工業(yè)玻璃生產(chǎn)中最常用的耐火材料之一，它可以耐受高溫并具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。由于組成AZS的氧化物價(jià)格都比較低廉，因此成本不高，隨后的混合物可被澆鑄成各式各樣的坩堝形狀。

AZS坩堝主要的局限性在于，當(dāng)玻璃熔體接觸到其內(nèi)壁時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諸如節(jié)點(diǎn)和氣泡之類的缺陷從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破損。這對(duì)于工業(yè)玻璃的生產(chǎn)來說是一個(gè)巨大的隱患。據(jù)預(yù)測(cè)高達(dá)10%的玻璃會(huì)在連續(xù)操作的熔爐中被淘汰，因此超低滲出AZS的研發(fā)已被擺上日程。

鉑

鉑是貴金屬之一，而且極為惰性，因此鉑坩堝是避免樣品污染的最佳選擇之一。但鉑的稀有性和開采的困難度意味著它的造價(jià)極為高昂，因此一般與銠以90:10或80:20的比例合金化，在不影響功能的前提下降低成本。

合金化后的鉑坩堝的工作溫度可提高到約1600℃，比純鉑的溫度高300℃。由于鉑的可鍛性較強(qiáng)，因此很容易被制成各種尺寸和形狀的坩堝。雖然鉑坩堝能夠抵抗大多數(shù)類型的腐蝕，但重金屬氧化物玻璃會(huì)對(duì)鉑坩堝造成損害，從而導(dǎo)致端部材料的特性退化。

玻璃碳

交聯(lián)聚合物的熱分解產(chǎn)生了一種稱為玻璃碳的陶瓷材料。由于其高光澤和黑色，它也被稱為“玻璃碳”。它非常易碎，有點(diǎn)類似玻璃，但由于能夠抵抗熱沖擊，同時(shí)具有高達(dá)2500℃的工作溫度，因此玻璃碳十分適合作為坩堝材料。同時(shí)由于成本中含有碳，因此熱導(dǎo)率也比較高。

玻璃碳不容易受氣體的影響，而且孔隙率低得令人難以置信，同時(shí)還具備很強(qiáng)的抵抗化學(xué)侵蝕的能力（如鉻，硫酸，硝酸，氫氟酸和鹽酸等）。與其他陶瓷坩堝（如氧化鋁）相比，雖然玻璃碳的成本更高，但由于極高的穩(wěn)定性，因此使用壽命更長(zhǎng)。

耐火粘土

粘土是應(yīng)用歷史最久的坩堝原料，有多種類型，在歷史上一直被用于制作玻璃熔爐。現(xiàn)代耐火粘土可通過氧化物和其他添加劑改變其組成，以適應(yīng)不同的用途，如 MgO、 CaO、 K₂O 和Na₂O等，它們都可以顯著提高粘土坩堝的最高操作溫度。

但耐火粘土若含有較高的二氧化硅（SiO₂），可能會(huì)降低其抗熱震性。當(dāng)耐火粘土坩堝的孔隙率較高時(shí)，這些氣孔會(huì)導(dǎo)致坩堝被玻璃熔體滲透，增加了被污染的風(fēng)險(xiǎn)，甚至造成坩堝本身的破損。

資料來源：Mo-Sci 公司

粉體圈 小榆編譯