في مجال علم المواد، تلعب البوتقات دورًا محوريًا في العمليات ذات درجات الحرارة المرتفعة، وخاصة في تقنيات الترسيب مثل طلاء التبخر. يجب اختيار مواد البوتقة المناسبة وفقًا لنوع مادة الترسيب المحددة المستخدمة. تشمل الوظائف الأساسية للبوتقة في العمليات المختلفة ما يلي:

1.ترسيب البخار الفيزيائي (PVD)

في عمليات الترسيب الفيزيائي للبخار، يتم استخدام الأواني الفخارية لحمل المعادن أو المركبات الصلبة، والتي يتم تسخينها بعد ذلك إلى درجة التبخر أو التسامي. وهذا يسمح للمادة المتبخرة بالتكاثف كطبقة رقيقة على الركيزة. تتطلب العديد من المواد المنصهرة بطانة وعاء فخارية، وتعتمد سعة الشحن الفعلية للوعاء الفخاري على حجم البطانة.

2.ترسيب البخار الكيميائي (CVD)

في عمليات الترسيب الكيميائي للبخار، تعمل البوتقة على تسخين وتبخير المادة الأولية، مما يسهل تفاعلها وترسيبها على الركيزة.

3.طلاء بالكهرباء

في مجال الطلاء الكهربائي، يتم استخدام الأواني لصهر المذيبات عالية الحرارة أو محاليل الطلاء الكهربائي. 

---

المشاكل الشائعة والحلول الخاصة بالبوتقات في عمليات ترسيب المواد

قضايا التوافق الكيميائي

يجب اختيار الأواني وبطاناتها بعناية لتجنب التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها عند درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن تتسبب مواد الأواني غير المتوافقة في تآكل أو تلويث المصهور، مما قد يؤثر سلبًا على جودة المنتج.

الحلول الموصى بها:

• استخدام بطانات البوتقة:إن تبطين البوتقة بمادة مناسبة يمكن أن يمنع التفاعلات الكيميائية بين البوتقة والمادة المنصهرة، مما يحافظ على نقاء المادة المتبخرة. ولكن ليست كل البوتقات مجهزة ببطانات. بالنسبة لتبخر المعادن المنصهرة مثل الذهب (Au) وترسيب البورون (B) والكوبالت (Co) والكروم (Cr) والحديد (Fe) والجرمانيوم (Ge) والبلاديوم (Pd) والنيكل (Ni)، فإن بطانات البوتقة ليست مطلوبة بشكل عام.
• اختيار مواد البطانة المناسبة:اعتمادًا على المادة المنصهرة، يتم تصنيع البطانات منالتنتالوم (تا),نيكل (ني),الموليبدينوم,نتريد البورون المتحلل حراريا (PBN)الطرق أوتنجستن (W)تُستخدم عادةً للتخفيف من التفاعلات وحماية البوتقة من التلف.
  
  

عدم تطابق التمدد الحراري

إن إحدى القضايا الحرجة في العمليات ذات درجات الحرارة العالية هي عدم التوافق بين التمدد الحراري بين البوتقة والمادة المنصهرة. فخلال التسخين، تتمدد المواد المنصهرة عادة بسرعة أكبر من البوتقة، مما يفرض ضغطًا على الجدران وقد يؤدي إلى حدوث شقوق أو تشوهات. وعلى نحو مماثل، أثناء التبريد، يمكن أن يتطور الإجهاد مع انكماش المادة، وخاصة إذا كانت هناك كمية زائدة من المادة المتبقية في البوتقة.

الحلول:

• مطابقة معاملات التمدد الحراري:تأكد من أن معاملات التمدد الحراري للبوتقة والمادة متوافقة لتقليل الإجهاد.
• الحد الأقصى لحجم المواد:يجب إبقاء المواد المنصهرة محصورة في حوض صغير في قاع البوتقة أثناء التبريد لتجنب ملامستها للجدران الجانبية، أو استنفاد كل المواد قبل التبريد.
• عمليات التفتيش المنتظمة:بعد كل عملية، قم بفحص البوتقة بحثًا عن أي شقوق أو أضرار هيكلية.
  

---

 

توصيات ملء بوتقة

تعتمد درجة ملء البوتقة على نوع مادة الترسيب، ويمكن أن تختلف بشكل كبير بين مواد التسامي، والمواد المنصهرة، والمركبات الكيميائية.

مواد التسامي:املأ البوتقة حتى 90% من سعتها للحصول على الأداء الأمثل. في حالة التبخر بقوة ثابتة أو درجة حرارة ثابتة، يتغير توزيع البخار ومعدله مع استهلاك المادة، ولكن المواد المتسامية (مثل الأملاح) عادةً ما تظهر مشكلات بسيطة.

المواد المنصهرة/المواد غير القابلة للتسامي:إن مستوى الملء الموصى به للمواد غير القابلة للتسامي هو 75% من سعة البوتقة. يمكن أن يؤدي الإفراط في الملء إلى حدوث شقوق بسبب الاختلاف في التمدد الحراري بين البوتقة والمواد مثل أكسيد الألومنيوم عند إعادة التسخين.

مركبات كيميائية:بالنسبة للمركبات الكيميائية، عادة ما يتم تحقيق أفضل النتائج عندما يتم ملء البوتقة إلى حوالي 50%، مع تقليص المادة إلى حوالي 17% أثناء التبخر. إذا كانت جودة البخار (على سبيل المثال، التفكك، أو درجة حرارة البخار، أو المعدل) بالغة الأهمية، فقد تكون هناك حاجة إلى تعديلات إضافية لتحسين عملية التبخر.

---

أفضل ممارسات تنظيف بوتقة الصهر

لتجنب التلوث المتبادل، يوصى بتخصيص كل بوتقة لتسخين نوع واحد من المواد. وبينما يمكن إزالة بعض المركبات العضوية تمامًا بالتنظيف المناسب، فقد يكون من الصعب التخلص من البعض الآخر. ويعتمد نجاح التنظيف على المركب العضوي المحدد ودرجة حرارة الحرق.

إجراءات التنظيف الموصى بها:

• انقع البوتقة في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم 0.1 مول لمدة 15-20 دقيقة.
• اشطفيه بالماء منزوع الأيونات.
• قم بالتنظيف في حمام الموجات فوق الصوتية باستخدام مسحوق منظف ناعم (ملعقتان كبيرتان مذابتان في 2 مل من الماء) لمدة 200 دقيقة.
• اشطفيه جيدًا بالماء منزوع الأيونات مرة أخرى.
• اغمر البوتقة في الأسيتون ثم قم بتنظيفها بالموجات فوق الصوتية لمدة 20 دقيقة.
• كرر العملية باستخدام الأيزوبروبانول لمدة 20 دقيقة إضافية.
• قم بتجفيف البوتقة عند درجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة على الأقل، أو لفترة أطول إذا لزم الأمر.

وبدلاً من ذلك، فإن تسخين البوتقة إلى درجات حرارة أعلى بكثير من نقطة التبخر الطبيعية للمواد العضوية يمكن أن يسمح بالتنظيف الذاتي عن طريق حرق البقايا.

---

---

مواد وحلول بوتقة مخصصة

للحصول على أشكال بوتقة مخصصة، أو أحجام المسام، أو المواد، أو غيرها من المتطلبات المتخصصة، يرجى الاتصال بنا للحصول على حلول مخصصة.