碳化矽 (SiC)因其卓越的熱性能、機械性能和化學性能， 被廣泛用於製造 坩堝。 SiC 坩堝在高溫應用中尤其重要，例如金屬熔化、晶體生長（例如矽錠）和化學加工。下文將詳細介紹 SiC 坩堝，包括其優勢、類型、製造方法和應用。
1. 為什麼要用碳化矽做坩堝？
SiC坩堝的主要特性：
高熱導率 （~120 W/m·K）－確保均勻加熱和高效傳熱。
優異的抗熱震性 －可承受快速的溫度變化而不破裂。
高熔點 （~2,700°C）－適用於極端溫度製程。
化學惰性 －抵抗熔融金屬（如鋁、銅、鋅）和酸性/鹼性環境的腐蝕。
機械強度 －硬度（~9.5 莫氏）和剛性可防止負載下變形。
使用壽命長 – 在許多應用中比石墨或黏土石墨坩堝更耐用。
2. SiC坩堝的種類
（A）燒結碳化矽（SSiC）坩堝
採用 高純度SiC粉末經無壓燒結 或 熱壓而成。
優點：密度高、機械強度高、導熱性優良。
應用：半導體晶體生長（例如矽單晶）、高純度金屬熔煉。
（B）反應燒結碳化矽（RB-SiC）坩堝
透過用熔融矽滲透多孔碳預製體，透過反應形成 SiC 而產生。
優點：成本比SSiC低，抗熱震性佳。
缺點：含有遊離矽（~8-15%），在某些環境下耐化學性降低。
應用：有色金屬熔煉（例如鋁、黃銅）。
（C）黏土結合碳化矽坩堝
由碳化矽顆粒與黏土黏合劑混合後燒製而成。
優點：更便宜，更容易製造。
缺點：與純SiC相比，熱導率和強度較低。
應用：熔化有色金屬的鑄造廠。
3. SiC坩堝的製造工藝
粉末製備：選用高純度SiC粉末（一般為α-SiC，用於燒結）。
成型：
等靜壓 （用於 SSiC）或 註漿成型 （用於 RB-SiC）。
對於粘土坩堝，採用傳統的壓製或擠壓工藝。
燒結/反應結合：
SSiC：在惰性氣氛下以~2,000°C 的溫度燒結。
RB-SiC：與矽接觸加熱至約 1,600°C。
加工和精加工：研磨至精確尺寸。
品質控制：密度、孔隙率和抗熱震性測試。
4. SiC坩堝的應用
| 產業 | 應用 | 首選 SiC 類型 |
|---|---|---|
| 冶金 | 熔化鋁、銅、鋅合金 | RB-SiC，黏土結合 |
| 半導體 | 生長矽/砷化鎵晶體 | SSiC（高純度） |
| 珠寶/玻璃 | 貴金屬鑄造、玻璃熔煉 | RB-SiC、SSiC |
| 化學 | 腐蝕化學反應 | SSiC（高電阻） |
5. 與其他坩堝材料的比較
| 材料 | 最高溫度 | 熱衝擊 | 耐化學性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 碳化矽（SSiC） | ~2,700°C | 出色的 | 出色的 | 高的 |
| 石墨 | ~3,000°C | 好的 | 差（在空氣中氧化） | 中等的 |
| 氧化鋁（Al₂O₃） | ~1,800°C | 緩和 | 好的 | 低的 |
| 石英 | ~1,200°C | 貧窮的 | 優秀（但易碎） | 中等的 |
→ 當高抗熱衝擊性和耐用性至關重要時，SiC 是首選。