ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์วัสดุ เบ้าหลอมมีบทบาทสำคัญในกระบวนการที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคนิคการสะสม เช่น การเคลือบด้วยการระเหย ควรเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับเบ้าหลอมตามประเภทของวัสดุสะสมที่ใช้ 
ประเทศไทย

ในกระบวนการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) จะใช้เบ้าหลอมเพื่อยึดโลหะแข็งหรือสารประกอบ จากนั้นจึงให้ความร้อนจนถึงจุดระเหยหรือระเหิด ซึ่งจะทำให้สารที่ระเหยกลายเป็นไอควบแน่นเป็นฟิล์มบางๆ บนพื้นผิว วัสดุหลอมเหลวหลายชนิดต้องใช้แผ่นบุเบ้าหลอม และความจุของสารเติมจริงของเบ้าหลอมขึ้นอยู่กับปริมาตรของแผ่นบุ

ปัญหาทั่วไปและแนวทางแก้ไขของเบ้าหลอมในกระบวนการสะสมวัสดุ

ปัญหาความเข้ากันได้ของสารเคมี

ต้องเลือกเบ้าหลอมและแผ่นบุอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์ที่อุณหภูมิสูง วัสดุเบ้าหลอมที่เข้ากันไม่ได้อาจกัดกร่อนหรือปนเปื้อนของเหลวที่หลอมละลาย ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์

โซลูชั่นที่แนะนำ:

• การใช้ Crucible Liners:การบุเบ้าหลอมด้วยวัสดุที่เหมาะสมสามารถป้องกันปฏิกิริยาเคมีระหว่างเบ้าหลอมกับวัสดุที่หลอมละลายได้ ช่วยรักษาความบริสุทธิ์ของวัสดุที่ระเหยได้ แต่เบ้าหลอมทั้งหมดไม่ได้มีแผ่นบุไว้ สำหรับการระเหยโลหะที่หลอมละลาย เช่น ทองคำ (Au) และการสะสมของโบรอน (B) โคบอลต์ (Co) โครเมียม (Cr) เหล็ก (Fe) เจอร์เมเนียม (Ge) แพลเลเดียม (Pd) และนิกเกิล (Ni) โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องใช้แผ่นบุเบ้าหลอม
• การเลือกใช้วัสดุซับในที่เหมาะสม:ขึ้นอยู่กับวัสดุที่หลอมละลาย แผ่นซับที่ทำจากแทนทาลัม (ตา),นิกเกิล (Ni),โมลิบดีนัม (Mo),ไพโรไลติกโบรอนไนไตรด์ (PBN),หรือ ทังสเตน (W)มักใช้เพื่อบรรเทาปฏิกิริยาและปกป้องเบ้าหลอมจากความเสียหาย
  
  

การขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกัน

ปัญหาสำคัญในกระบวนการอุณหภูมิสูงคือการขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ไม่ตรงกันระหว่างเบ้าหลอมกับวัสดุหลอมเหลว ในระหว่างการให้ความร้อน วัสดุหลอมเหลวมักจะขยายตัวเร็วกว่าเบ้าหลอม ส่งผลให้ผนังมีแรงกดและอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวหรือเสียรูปได้ ในทำนองเดียวกัน ในระหว่างการทำให้เย็นลง ความเครียดอาจเกิดขึ้นได้เมื่อวัสดุหดตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีวัสดุเหลืออยู่ในเบ้าหลอมมากเกินไป

โซลูชัน:

• การจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน:ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเบ้าหลอมและวัสดุเข้ากันได้เพื่อลดความเครียดให้เหลือน้อยที่สุด
• ปริมาณวัสดุจำกัด:จำกัดวัสดุที่หลอมเหลวให้อยู่ในแอ่งเล็กๆ ที่ก้นเบ้าหลอมในระหว่างการทำความเย็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับผนังด้านข้าง หรือระบายวัสดุทั้งหมดออกก่อนที่จะทำความเย็น
• การตรวจสอบปกติ:หลังจากแต่ละกระบวนการ ให้ตรวจสอบเบ้าหลอมว่ามีรอยแตกร้าวหรือความเสียหายต่อโครงสร้างหรือไม่
  

คำแนะนำในการเติมเบ้าหลอม

ระดับที่เบ้าหลอมถูกเติมขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ใช้ในการสะสม และอาจแตกต่างกันได้อย่างมากระหว่างวัสดุที่ระเหิด วัสดุที่หลอมเหลว และสารประกอบทางเคมี

วัสดุระเหิด:เติมเบ้าหลอมให้เต็มความจุ 90% เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ในการระเหยด้วยพลังงานคงที่หรืออุณหภูมิคงที่ การกระจายไอและอัตราการเปลี่ยนแปลงตามปริมาณวัสดุที่ถูกใช้ไป แต่โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่ระเหิด (เช่น เกลือ) จะแสดงปัญหาเพียงเล็กน้อย

วัสดุที่หลอมละลาย/วัสดุที่ไม่ระเหิด:ระดับการบรรจุที่แนะนำสำหรับวัสดุที่ไม่ระเหิดคือ 75% ของความจุของเบ้าหลอม การเติมมากเกินไปอาจทำให้เกิดรอยแตกเนื่องจากความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างเบ้าหลอมและวัสดุ เช่น อะลูมิเนียมออกไซด์ เมื่อถูกให้ความร้อนซ้ำ

สารเคมี:สำหรับสารประกอบเคมี ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดมักจะได้เมื่อเบ้าหลอมเต็มประมาณ 50% โดยที่สารจะลดลงเหลือประมาณ 17% ในระหว่างการระเหย หากคุณภาพของไอ (เช่น การแยกตัว อุณหภูมิไอ หรืออัตรา) มีความสำคัญ อาจต้องมีการปรับเพิ่มเติมเพื่อปรับกระบวนการระเหยให้เหมาะสมที่สุด

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการทำความสะอาดเบ้าหลอม

เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้ามกัน ขอแนะนำให้ใช้เบ้าหลอมแต่ละอันในการให้ความร้อนกับวัสดุประเภทเดียวกัน แม้ว่าสารประกอบอินทรีย์บางชนิดสามารถกำจัดออกได้หมดจดด้วยการทำความสะอาดที่เหมาะสม แต่สารประกอบอินทรีย์บางชนิดอาจกำจัดออกได้ยากกว่า ความสำเร็จในการทำความสะอาดขึ้นอยู่กับสารประกอบอินทรีย์ชนิดนั้น ๆ และอุณหภูมิในการเผา

ขั้นตอนการทำความสะอาดที่แนะนำ:

• แช่เบ้าหลอมในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 0.1 M เป็นเวลา 15-20 นาที
• ล้างด้วยน้ำดีไอออนไนซ์
• ทำความสะอาดในอ่างอัลตราโซนิกด้วยผงซักฟอกชนิดละเอียด (2 ช้อนโต๊ะละลายในน้ำ 200 มล.) เป็นเวลา 60 นาที
• ล้างออกให้สะอาดด้วยน้ำดีไอออนอีกครั้ง
• จุ่มเบ้าหลอมในอะซิโตนและทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกเป็นเวลา 20 นาที
• ทำซ้ำขั้นตอนด้วยไอโซโพรพานอลอีก 20 นาที
• อบเบ้าหลอมให้แห้งที่อุณหภูมิ 70°C เป็นเวลาอย่างน้อย 40 นาที หรือนานกว่านั้น หากจำเป็น

อีกวิธีหนึ่งคือการให้ความร้อนแก่เบ้าหลอมจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดระเหยปกติของวัสดุอินทรีย์อย่างมาก ซึ่งจะช่วยให้ทำความสะอาดตัวเองได้โดยการเผาสิ่งตกค้างออกไป

วัสดุและโซลูชันเบ้าหลอมที่กำหนดเอง

หากต้องการรูปร่างเบ้าหลอมที่กำหนดเอง ขนาดรูพรุน วัสดุ หรือข้อกำหนดเฉพาะอื่นๆ โปรดติดต่อเราเพื่อรับโซลูชันเฉพาะทาง