方形坩埚是一种具有矩形或正方形横截面的实验容器，专为需要特定形状、大容量处理或定向热传导的实验场景设计。
一、核心特点
几何设计
横截面：矩形或正方形，区别于传统圆柱形坩埚。
壁厚：可设计为均匀或梯度厚度，满足不同热传导需求（如定向凝固）。
开口设计：大开口便于样品装填与取出，适合批量处理。
材料优势
耐火陶瓷：氧化铝、碳化硅等，耐高温且化学稳定性强。
金属材质：铂金、钼等，适用于超高温或高纯度实验。
复合材料：陶瓷基复合材料，兼具耐热性与机械强度。
二、应用场景
| 领域 | 具体应用 |
| 材料合成 | 熔融金属合金、陶瓷前驱体，方形结构利于均匀混合与定向凝固（如单晶生长）。 |
| 化学分析 | 大容量样品熔融（如XRF分析），开口设计便于样品操作。 |
| 半导体制造 | 方形腔体匹配晶圆尺寸，用于晶圆级材料生长（如砷化镓单晶）。 |
| 冶金工业 | 批量熔炼贵金属（如铂金、黄金），提高生产效率。 |
| 热处理 | 梯度壁厚设计优化热传导路径，实现快速升温和均匀加热。 |
三、技术优势
空间利用率
方形结构可充分利用炉膛空间，适合批量实验或大容量样品处理（如单次处理50kg钛合金）。
热传导优化
壁厚梯度设计可控制温度梯度，实现定向凝固或区域熔炼（如氧化铝坩埚定向凝固金属合金）。
操作便捷性
大开口设计便于机械臂或人工操作，减少样品污染风险。
四、典型案例
定向凝固实验
使用壁厚梯度设计的方形氧化铝坩埚，通过精确控温实现金属合金的定向凝固，制备单晶材料。
半导体晶圆制备
方形铂金坩埚用于砷化镓（GaAs）单晶生长，腔体尺寸匹配晶圆尺寸，提高材料利用率。
批量金属熔炼
方形石墨坩埚在真空感应炉中熔炼钛合金，单次处理量达50kg，显著提升生产效率。
五、选择依据
实验需求
需定向凝固或区域熔炼时，选择壁厚梯度设计的方形坩埚。
批量处理样品时，优先选择大开口、大容量方形坩埚。
材料匹配
高温合金熔炼选石墨或钼坩埚；高纯度实验选铂金或石英坩埚。
成本与寿命
陶瓷坩埚成本低但寿命短；金属坩埚成本高但可重复使用。
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