Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, nồi nấu kim loại đóng vai trò then chốt trong các quá trình nhiệt độ cao, đặc biệt là trong các kỹ thuật lắng đọng như phủ bay hơi. Nên lựa chọn vật liệu nồi nấu kim loại phù hợp theo loại vật liệu lắng đọng cụ thể đang sử dụng. 

Trong các quy trình lắng đọng hơi vật lý (PVD), các nồi nấu kim loại được sử dụng để giữ kim loại rắn hoặc hợp chất, sau đó được nung nóng đến điểm bốc hơi hoặc thăng hoa. Điều này cho phép vật liệu bay hơi ngưng tụ thành một lớp màng mỏng trên chất nền. Nhiều vật liệu nóng chảy cần có lớp lót nồi nấu kim loại, và khả năng nạp thực tế của nồi nấu kim loại phụ thuộc vào thể tích của lớp lót.

Các vấn đề thường gặp và giải pháp của lò nung trong quá trình lắng đọng vật liệu

Các vấn đề về khả năng tương thích hóa học

Các nồi nấu và lớp lót của chúng phải được lựa chọn cẩn thận để tránh các phản ứng hóa học không mong muốn ở nhiệt độ cao. Các vật liệu nồi nấu không tương thích có thể ăn mòn hoặc làm nhiễm bẩn chất nóng chảy, có thể làm giảm chất lượng sản phẩm.

Các giải pháp được đề xuất:

• Sử dụng lớp lót Crucible:Lót nồi nấu bằng vật liệu phù hợp có thể ngăn ngừa phản ứng hóa học giữa nồi nấu và vật liệu nóng chảy, bảo toàn độ tinh khiết của vật liệu bay hơi. Nhưng không phải tất cả các nồi nấu đều được trang bị lớp lót. Đối với quá trình bay hơi các kim loại nóng chảy như vàng (Au) và lắng đọng bo (B), coban (Co), crom (Cr), sắt (Fe), germani (Ge), paladi (Pd) và niken (Ni), lớp lót nồi nấu thường không cần thiết.
• Lựa chọn vật liệu lót phù hợp:Tùy thuộc vào vật liệu nóng chảy, lớp lót được làm từTantali (Ta),Niken (Ni),Molypden (Mo),Nitrua Bo nhiệt phân (PBN), hoặc làVonfram (W)thường được sử dụng để giảm thiểu phản ứng và bảo vệ nồi nấu khỏi bị hư hại.
  
  

Sự giãn nở nhiệt không phù hợp

Một vấn đề quan trọng trong các quy trình nhiệt độ cao là sự không phù hợp giãn nở nhiệt giữa nồi nấu và vật liệu nóng chảy. Trong quá trình gia nhiệt, vật liệu nóng chảy thường giãn nở nhanh hơn nồi nấu, tạo áp lực lên thành nồi và có khả năng dẫn đến nứt hoặc biến dạng. Tương tự như vậy, trong quá trình làm mát, ứng suất có thể phát triển khi vật liệu co lại, đặc biệt là nếu có quá nhiều vật liệu còn sót lại trong nồi nấu.

Giải pháp:

• Hệ số giãn nở nhiệt phù hợp:Đảm bảo hệ số giãn nở nhiệt của nồi nấu và vật liệu tương thích để giảm thiểu ứng suất.
• Giới hạn khối lượng vật liệu:Giữ vật liệu nóng chảy trong một vũng nhỏ ở đáy nồi nấu trong quá trình làm nguội để tránh tiếp xúc với thành bên hoặc xả hết vật liệu trước khi làm nguội.
• Kiểm tra thường xuyên:Sau mỗi quy trình, hãy kiểm tra xem nồi nấu có vết nứt hoặc hư hỏng về mặt cấu trúc không.
  

Khuyến nghị về việc đổ đầy nồi nấu

Mức độ đầy của nồi nấu kim loại phụ thuộc vào loại vật liệu lắng đọng và có thể thay đổi đáng kể giữa vật liệu thăng hoa, vật liệu nóng chảy và hợp chất hóa học.

Vật liệu thăng hoa:Đổ đầy nồi nấu đến 90% dung tích để có hiệu suất tối ưu. Trong quá trình bốc hơi ở nhiệt độ hoặc công suất không đổi, sự phân phối hơi và tốc độ thay đổi khi vật liệu được tiêu thụ, nhưng vật liệu thăng hoa (ví dụ: muối) thường có vấn đề tối thiểu.

Vật liệu nóng chảy/Vật liệu không thăng hoa:Mức đổ đầy được khuyến nghị cho vật liệu không thăng hoa là 75% công suất của nồi nấu. Đổ đầy quá mức có thể dẫn đến nứt do sự khác biệt về độ giãn nở nhiệt giữa nồi nấu và các vật liệu như nhôm oxit khi được đun nóng lại.

Các hợp chất hóa học:Đối với các hợp chất hóa học, kết quả tốt nhất thường đạt được khi nồi nấu được đổ đầy khoảng 50%, với vật liệu giảm xuống khoảng 17% trong quá trình bay hơi. Nếu chất lượng hơi (ví dụ, độ phân ly, nhiệt độ hơi hoặc tốc độ) là quan trọng, có thể cần điều chỉnh thêm để tối ưu hóa quá trình bay hơi.

Thực hành vệ sinh lò nung tốt nhất

Để tránh nhiễm chéo, nên sử dụng mỗi nồi nấu kim loại để nung một loại vật liệu duy nhất. Trong khi một số hợp chất hữu cơ có thể được loại bỏ hoàn toàn bằng cách vệ sinh đúng cách, thì một số khác có thể khó loại bỏ hơn. Thành công của việc vệ sinh phụ thuộc vào hợp chất hữu cơ cụ thể và nhiệt độ nung.

Quy trình vệ sinh được khuyến nghị:

• Ngâm chén nung trong dung dịch kali hydroxit 0.1M trong 15-20 phút.
• Rửa sạch bằng nước khử ion.
• Làm sạch bằng bồn siêu âm với chất tẩy rửa dạng bột mịn (hòa tan 2 thìa canh trong 200 mL nước) trong 60 phút.
• Rửa sạch lại bằng nước khử ion một lần nữa.
• Ngâm chén nung vào axeton và rửa sạch bằng siêu âm trong 20 phút.
• Lặp lại quá trình này với isopropanol trong 20 phút nữa.
• Sấy khô nồi nấu ở nhiệt độ 70°C trong ít nhất 40 phút hoặc lâu hơn nếu cần.

Ngoài ra, việc nung nóng nồi nấu đến nhiệt độ cao hơn nhiều so với điểm bay hơi bình thường của vật liệu hữu cơ có thể cho phép tự làm sạch bằng cách đốt cháy cặn bã.

Vật liệu và giải pháp Crucible tùy chỉnh

Đối với hình dạng nồi nấu kim loại, kích thước lỗ, vật liệu hoặc các yêu cầu chuyên biệt khác, vui lòng liên hệ với chúng tôi để có giải pháp phù hợp.