随着生活水平的提高，玻璃产品变得随处可见，在建筑行业中它更是成为了继水泥和钢材之后的第三大建筑材料。玻璃的主要原料有石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等，在可耐高温的坩埚中经过复杂的物理和化学反应后，便可形成均匀的无气泡玻璃液。

因此为了让玻璃顺利完成制作，需要特别留意坩埚的选择，以免玻璃熔体受到坩埚变形、开裂或污染等带来的影响。同时，坩埚也是玻璃制备成本中的重要一部分，如果坩埚在制作过程中失效，可能会导致整个工序停转，代价十分昂贵。

因此为了生产的稳定性及降低成本，坩埚最好选择具有较长使用寿命的类型，而这一般需要结合原材料的诸多性能特征进行评价，如抗热震性、最高工作温度、抗压强度、与玻璃是否发生反应、膨胀系数等。以下是在玻璃行业中常用的一些坩埚材料：

石英陶瓷

石英陶瓷坩埚，全称为高纯熔融石英陶瓷坩埚石，主要成分是二氧化硅（SiO₂），可在高温下工作并保持化学成份稳定和结构完整性。由于具有结构精细、热导率低、热膨胀系数小、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好（除氢氟酸及300℃以上的浓磷酸外，几乎所有酸和金属熔体都对它没有作用）等特点，因此石英坩埚成为了许多玻璃家族的理想选择，如硼硅酸盐、硅酸盐和钠石灰。其最高运行温度为1500 ℃，比它的替代材料——氧化铝低一些。

氧化铝陶瓷

氧化铝（Al₂O₃）属于石英的替代材料，具有很好的高温稳定性，人们通常会把氧化铝含量超过95%以上的坩埚称为刚玉坩埚。由于具有较高的热导率，因此它能更快地从炉子中传递热量，此外氧化铝还具备较高的抗热震性及较低的热膨胀系数，纯度足够高的话，其最高工作温度可达1700℃。

氧化铝坩埚另一个优势在于它能够抵抗化学侵蚀（但不适于用Na₂O₂、NaOH等强碱性物质和酸性物质作熔剂熔融样品），避免坩埚被降解或玻璃熔体受到污染。在重金属氧化物(HMO)玻璃熔制中，其电阻率甚至高于铂。

AZS（氧化铝-氧化锆-氧化硅）

AZS (alumina-zirconia-silica)是工业玻璃生产中最常用的耐火材料之一，它可以耐受高温并具有很强的抗腐蚀性。由于组成AZS的氧化物价格都比较低廉，因此成本不高，随后的混合物可被浇铸成各式各样的坩埚形状。

AZS坩埚主要的局限性在于，当玻璃熔体接触到其内壁时，会产生诸如节点和气泡之类的缺陷从而导致结构破损。这对于工业玻璃的生产来说是一个巨大的隐患。据预测高达10%的玻璃会在连续操作的熔炉中被淘汰，因此超低渗出AZS的研发已被摆上日程。

铂

铂是贵金属之一，而且极为惰性，因此铂坩埚是避免样品污染的最佳选择之一。但铂的稀有性和开采的困难度意味着它的造价极为高昂，因此一般与铑以90:10或80:20的比例合金化，在不影响功能的前提下降低成本。

合金化后的铂坩埚的工作温度可提高到约1600℃，比纯铂的温度高300℃。由于铂的可锻性较强，因此很容易被制成各种尺寸和形状的坩埚。虽然铂坩埚能够抵抗大多数类型的腐蚀，但重金属氧化物玻璃会对铂坩埚造成损害，从而导致端部材料的特性退化。

玻璃碳

交联聚合物的热分解产生了一种称为玻璃碳的陶瓷材料。由于其高光泽和黑色，它也被称为“玻璃碳”。它非常易碎，有点类似玻璃，但由于能够抵抗热冲击，同时具有高达2500℃的工作温度，因此玻璃碳十分适合作为坩埚材料。同时由于成本中含有碳，因此热导率也比较高。

玻璃碳不容易受气体的影响，而且孔隙率低得令人难以置信，同时还具备很强的抵抗化学侵蚀的能力（如铬，硫酸，硝酸，氢氟酸和盐酸等）。与其他陶瓷坩埚（如氧化铝）相比，虽然玻璃碳的成本更高，但由于极高的稳定性，因此使用寿命更长。

耐火粘土

粘土是应用历史最久的坩埚原料，有多种类型，在历史上一直被用于制作玻璃熔炉。现代耐火粘土可通过氧化物和其他添加剂改变其组成，以适应不同的用途，如 MgO、 CaO、 K₂O 和Na₂O等，它们都可以显著提高粘土坩埚的最高操作温度。

但耐火粘土若含有较高的二氧化硅（SiO₂），可能会降低其抗热震性。当耐火粘土坩埚的孔隙率较高时，这些气孔会导致坩埚被玻璃熔体渗透，增加了被污染的风险，甚至造成坩埚本身的破损。

资料来源：Mo-Sci 公司

粉体圈 小榆编译