鎢坩堝廣泛應(yīng)用于晶體生長、金屬熔煉及真空蒸發(fā)等工藝中。然而，在高溫氧化環(huán)境下，其性能表現(xiàn)則具有一定的特殊性和局限性，成為其實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須關(guān)注的重要問題。
在空氣或含氧氣氛中，當(dāng)溫度超過400℃時(shí)，鎢表面開始發(fā)生氧化反應(yīng)，生成三氧化鎢（WO?）。隨著溫度進(jìn)一步升高，這種氧化物逐漸在鎢表面形成一層脆性氧化膜。盡管氧化膜在某些材料中起到保護(hù)作用，但WO?在高溫下具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸從坩堝表面揮發(fā)掉，導(dǎo)致坩堝表層不斷被消耗。長時(shí)間暴露于高溫氧化中，W坩堝的壁厚逐漸變薄，機(jī)械強(qiáng)度下降，最終影響其結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命。
此外，高溫氧化過程中，鎢表面的氧化物膜通常較為松散且不連續(xù)，無法形成有效的保護(hù)層來阻止氧氣的進(jìn)一步擴(kuò)散。因此，坩堝在氧化性氣氛中表現(xiàn)出較弱的抗氧化能力，這也是鎢材料相比于一些耐氧化陶瓷或鉬合金等材料的一個(gè)不足之處。
高溫氧化對(duì)坩堝的影響不僅體現(xiàn)在物理結(jié)構(gòu)的退化，還可能引發(fā)熱膨脹不均勻的問題。氧化膜與基體鎢金屬的熱膨脹系數(shù)存在差異，熱循環(huán)過程中的應(yīng)力積累容易造成表面氧化層的剝落或裂紋生成，進(jìn)一步加劇氧化侵蝕和材料損傷。
為了改善鎢坩堝在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)，行業(yè)中采取了多種措施。首先，通過使用高純度鎢材料減少雜質(zhì)的存在，有助于提升整體材料的致密性和均勻性，從而減緩氧化反應(yīng)的速度。其次，采用表面保護(hù)技術(shù)，如在坩堝表面涂覆一層惰性金屬（如鉬）或陶瓷涂層（如氮化硅、氮化鋁等），形成阻擋氧氣侵入的屏障，有效延長坩堝的使用壽命。此外，工藝操作中通常要求在惰性氣氛或真空環(huán)境下進(jìn)行高溫處理，避免坩堝直接暴露于氧氣中。
近年來，研究人員還在探索通過鎢合金化改性和納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)材料的抗氧化性能。例如，添加少量鉿、鉭等元素，可促進(jìn)氧化膜的致密化與穩(wěn)定性，減緩氧化速率，提高W坩堝在高溫氧化環(huán)境中的適應(yīng)能力。
