隨著生活水平的提高，玻璃產品變得隨處可見，在建筑行業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、長石、純堿、硼酸等，在可耐高溫的坩堝中經過復雜的物理和化學反應后，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，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，可能會導致整個工序停轉，代價十分昂貴。

因此為了生產的穩定性及降低成本，坩堝最好選擇具有較長使用壽命的類型，而這一般需要結合原材料的諸多性能特征進行評價，如抗熱震性、最高工作溫度、抗壓強度、與玻璃是否發生反應、膨脹系數等。以下是在玻璃行業中常用的一些坩堝材料：

石英陶瓷

石英陶瓷坩堝，全稱為高純熔融石英陶瓷坩堝石，主要成分是二氧化硅（SiO₂），可在高溫下工作并保持化學成份穩定和結構完整性。由于具有結構精細、熱導率低、熱膨脹系數小、熱震穩定性好、電性能好、耐化學侵蝕性好（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它沒有作用）等特點，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，具有很好的高溫穩定性，人們通常會把氧化鋁含量超過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，純度足夠高的話，其最高工作溫度可達1700℃。

氧化鋁坩堝另一個優勢在于它能夠抵抗化學侵蝕（但不適于用Na₂O₂、NaOH等強堿性物質和酸性物質作熔劑熔融樣品），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)是工業玻璃生產中最常用的耐火材料之一，它可以耐受高溫并具有很強的抗腐蝕性。由于組成AZS的氧化物價格都比較低廉，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，當玻璃熔體接觸到其內壁時，會產生諸如節點和氣泡之類的缺陷從而導致結構破損。這對于工業玻璃的生產來說是一個巨大的隱患。據預測高達10%的玻璃會在連續操作的熔爐中被淘汰，因此超低滲出AZS的研發已被擺上日程。

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，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類型的腐蝕，但重金屬氧化物玻璃會對鉑坩堝造成損害，從而導致端部材料的特性退化。

玻璃碳

交聯聚合物的熱分解產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，有點類似玻璃，但由于能夠抵抗熱沖擊，同時具有高達2500℃的工作溫度，因此玻璃碳十分適合作為坩堝材料。同時由于成本中含有碳，因此熱導率也比較高。

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，同時還具備很強的抵抗化學侵蝕的能力（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，但由于極高的穩定性，因此使用壽命更長。

耐火粘土

粘土是應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），可能會降低其抗熱震性。當耐火粘土坩堝的孔隙率較高時，這些氣孔會導致坩堝被玻璃熔體滲透，增加了被污染的風險，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