鎢材質(zhì)廣泛應(yīng)用于高溫?zé)釄?、真空冶煉、晶體生長等前沿科技領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，鎢制坩堝憑借其耐高溫、熱導(dǎo)率高、不易變形等優(yōu)勢，成為承載熔融金屬或化學(xué)反應(yīng)物的重要器皿。然而，鎢雖然在物理性質(zhì)方面表現(xiàn)優(yōu)異，其化學(xué)穩(wěn)定性卻受到溫度、氣氛和接觸物質(zhì)等多種因素的影響。因此，對鎢坩堝的化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)研究，對于提高其服役壽命、保證實驗及生產(chǎn)環(huán)境的安全性和可靠性具有重要意義。
首先，鎢的化學(xué)穩(wěn)定性在惰性氣氛或高真空環(huán)境中表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性。在氬氣、氦氣或真空條件下，即使溫度升高至2000°C以上，鎢仍能保持化學(xué)惰性，表面基本不會發(fā)生明顯反應(yīng)。這使得鎢制坩堝成為高純材料制備及單晶生長領(lǐng)域的理想選擇，如藍(lán)寶石晶體或高純鈦的熔煉過程。然而，一旦氣氛中含有微量的氧、水蒸氣或鹵素，鎢的化學(xué)穩(wěn)定性便會顯著下降。
在氧化性環(huán)境中，鎢極易被氧化，尤其在溫度超過400°C時會生成三氧化鎢（WO?）。該氧化物具有明顯的揮發(fā)性，會使W坩堝表面逐漸變粗甚至出現(xiàn)物理結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)而影響其強度與密封性能。此外，在高溫下若與含氧熔體（如硅、氧化鋁、硼酸鹽等）接觸，鎢可能參與復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成難以控制的氧化物、金屬間化合物或硅化物，從而導(dǎo)致坩堝失效。
另外，鎢在某些強還原性或鹵素氣氛中也會發(fā)生反應(yīng)。例如，鎢在氫氣中雖然一般較為穩(wěn)定，但若溫度過高（如超過1600°C）或氫氣中含有微量的鹵素雜質(zhì)，如氟或氯，可能誘發(fā)鎢的氟化或氯化反應(yīng)，生成揮發(fā)性的WF?、WCl?等產(chǎn)物。這些反應(yīng)不僅會加速鎢的損耗，還可能對真空系統(tǒng)造成腐蝕，帶來設(shè)備安全隱患。
為了提高鎢坩堝的化學(xué)穩(wěn)定性，研究人員提出了多種改進(jìn)策略。常見的方法包括在其表面涂覆一層惰性金屬或化合物，如鉬、鉿、氮化硼等，形成隔離保護層。這類涂層既能延緩氧化反應(yīng)，又可防止高溫下鎢與熔體之間的直接接觸。此外，采用高純氣氛保護、優(yōu)化溫控方案與限制反應(yīng)時間等操作措施，也被證實有助于提升W坩堝在實際工況中的化學(xué)穩(wěn)定性。
