氧化锌(ZnO)的高纯度熔炼需要严格控制工艺参数。首先要选择优质原料,工业级氧化锌通常纯度在99%-99.5%之间,通过进一步提纯可以达到99.7%以上。电熔法是最常用的方法,采用电弧炉或感应炉在1200-1400℃高温下熔融,同时保持惰性气体保护(N₂或Ar)避免氧化。需要注意熔炼过程中锌元素可能挥发损失,因此要控制好温度和时间这对关键参数。
为了确保最终纯度达标,前处理环节同样重要。原料需经过酸洗(盐酸浓度5%-8%)去除金属杂质,随后用去离子水反复冲洗至中性。熔炼时需要添加适量的助熔剂(如硼砂Na₂B₄O₇·10H₂O),用量控制在原料重量的0.5%-1.2%为佳。特别要注意铁、铅等重金属杂质的含量,这些元素会严重影响产品电学性能。
先进的真空熔炼技术能进一步提升纯度到99.9%以上。在10⁻³Pa真空环境下,杂质元素的挥发性差异被放大,通过分级冷凝可以有效分离。但设备投入较大,适合对纯度要求极高的特种应用。无论采用哪种工艺,都需要实时监测熔体成分,常用的X射线荧光光谱仪(XRF)检测限可达ppm级。
成品冷却过程也影响晶体质量。建议采用定向凝固技术,控制冷却速率在5-10℃/min,这样可以得到结构均匀的氧化锌锭。最后通过研磨分级可获得不同粒径(50nm-10μm)的产品,满足电子、陶瓷等不同领域的应用需求。整个流程的核心在于精确控制每个环节的污染风险,特别是金属接触部位要选用高纯石墨或氧化铝材质。
