化學氣相沉積技術（CVD）是應用氣態物質在固體上產生化學反應和傳輸反應等并產生固態沉積物的一種工藝，它大致包含三步：（1）形成揮發性物質；（2）把上述物質轉移至沉積區域；（3）在固體上產生化學反應并產生固態物質。最基本的化學氣相沉積反應包括熱分解反應、化學合成反應以及化學傳輸反應等。其中熱解石墨坩堝和熱解氮化硼坩堝都是通過該技術的熱分解反應制備而成，因此這兩種坩堝都有一些共性的性能特點，例如耐高溫、耐磨、純度高等。顯而易見，它們最大的區別就是使用的材料不同，因此它們的制品性能也各有不同，以至于兩種坩堝使用的領域也不同。

CVD-1200系統（來源：上海鉅晶）

那這兩種運用相同制備方法的坩堝，他們具體有何區別呢？下面我們從熱解石墨坩堝和熱解氮化硼坩堝的制備工藝、特點以及應用等方面來了解它們的區別。

一、熱解石墨（PG）坩堝

美國Raytheon公司在1956年生產了工業規模的熱解石墨制品，成功地應用于宇航工業。我國于六十年代初，開始研制熱解石墨材料，我們在國內外工作的基礎上，進行了熱解石墨坩堝的研制和生產。相對于一般的石墨坩堝（以天然鱗片石墨為主體原料，以可塑性耐火粘土或炭質為粘結劑加工而成），熱解石墨坩堝是由一種新型碳素材料——熱解石墨制備而成，熱解石墨是高純碳氫氣體在一定的爐壓下，在1800℃～2000℃的石墨基體上經化學氣相沉積出的較高結晶取向的熱解碳。它具有高密度（2.20g/cm3）、高純度（雜質含量（0.0002%）和熱、電、磁、力學性能各向異性。在1800℃左右仍能維持10mmHg的真空度。因此，由該材料制備的坩堝性能更加優良，例如導熱性能更好、對酸堿性的溶液耐腐蝕性能更強、表面更光滑致密、滲透性更小等，具有更廣泛的應用前景。

耐高溫導電熱解石墨坩堝（來源：晶龍特碳）

1、制備工藝：

熱解石墨坩堝不同于一般石墨坩堝。它是在高溫、低壓、氮氣氛下，由碳氫化合物裂解后，使碳原子定向沉積在模型上，待其冷卻后脫模制成。

2、主要特點：

（1）耐高溫、燒蝕率低；

（2）在高溫（700℃）下耐酸堿化學腐蝕；

（3）表面光滑、致密、滲透性小，易清洗去污；

（4）有一定的機械強度；

（5）純度高，不沾污樣品，可重復多次使用。

3、應用：

熱解石墨坩堝不僅可用于礦物、建材、玻璃等方面試樣的前處理，還可以在高純金屬氧化物制備，離子鍍膜等方面應用。例如，有研究人員用熱解石墨（PG）坩堝代替鉑、石英等坩堝制備高純黃色氧化鉛獲得理想結果。

二、熱解氮化硼（PBN）坩堝：

氮化硼坩堝通常是由PBN組成的。PBN陶瓷具有良好的耐熱性、熱穩定性、導熱性、高溫介電強度，是理想的散熱材料和高溫絕緣材料。

氮化硼粉體

介于PBN優秀的化學穩定性，它能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕，又因為上述中的高溫絕緣特性、導熱性高、熱膨脹性低性能，最適合作為在半導體制程等嚴格的環境條件下所使用的材料。PBN坩堝常用于熔煉金屬及半導體，它在真空下的使用溫度高達1800度，氣氛保護下使用溫度最高可達2100℃，一般用氮氣或者氬氣保護（氣氛保護是為了不使坩鍋氧化）。

1、制備工藝：

（1）使含硼的氣體化合物和含氮氣體在真空條件下在加熱的模芯上進行化學氣相沉積反應以獲得預涂層；

（2）獲得預涂層后，停止化學氣相沉積反應并保持恒溫；

（3）保持恒溫后，繼續進行化學氣相沉積反應，得到具有預涂層的熱解氮化硼坩堝；

（4）去除預涂層，獲得熱解氮化硼坩堝。

氮化硼坩堝制備工藝

2、主要特點：

（1）有極好的化學和熱穩定性。在高溫下與大多數熔融金屬、半導體不發生化學反應；
（2）熱解氮化硼坩堝致密度高，無氣孔；

（3）可反復使用多次，容易清洗；

（4）在力學、熱學和電學等性能方面有明顯的各向異性，同時還具有透微波和紅外線的良好性能；

（5）高溫絕緣性能良好。

3、應用：

由于PBN坩堝不必經過傳統的熱壓燒結過程，無須添加任何燒結劑，因此具有很高的純度（99.99%以上），在真空下的使用溫度高達1800度，氣氛保護下使用溫度最高可達2100℃，（一般用氮氣或者氬氣），使用在蒸鍍/分子束磊晶（MBE)/GaAs長晶等用途居多。另外，因沉積速度很慢，因此PBN坩堝價格相當昂貴，多為小尺寸坩堝。

總結：

熱解石墨坩堝和熱解氮化硼坩堝由于使用的制備技術相同，所以有一些相同的性能特點，但由于材料不同，導致其各有獨特的性能和應用，比如熱解石墨坩堝，擁有燒蝕率低、在高溫（700℃）下耐酸堿化學腐蝕、致密、滲透性小、易清洗去污等特點，可以用作礦物原料、建筑材料、高純材料、糧食和飼料等試樣的分析器皿，還可部分代替鉑、銀、鎳、剛玉、聚四氟乙烯及石墨等材料的坩堝制品。

而熱解氮化硼坩堝由于化學純度高、具有良好的導熱性和絕緣性、有著明顯的各向異性、并可進行加工等特點，可用于蒸鍍/分子束外延用/液相外延用/砷化鎵單晶制備等用途，在許多尖端材料制備領域也有著不可替代的作用。例如，熱解氮化硼坩堝在CdZnTe晶體生長中更具優勢，熱解氮化硼坩堝的性能優異，且與CdZnTe不發生反應，浸潤角大，這些性能都更有利于高質量CdZnTe單晶體的制備，該晶體被廣泛用作紅外探測器HgCdTe的外延襯底和室溫核輻射探測器等。

總之，熱解石墨坩堝和熱解氮化硼坩堝都各有各的優勢和特點，都在各自的領域發光發熱，在應用時大家可根據自身的需求選擇。小編才疏學淺，若有遺漏或錯誤，也歡迎各位指正，謝謝！

來源參考：

1..熱解石墨坩堝的應用，張恩慈，吳賢欣（巖礦測試）；

2.熱解氮化硼坩堝材料生長與性能，趙鳳鳴（半導體情報）。

粉體圈 芷凌整理

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