鎢坩堝因其極高的熔點、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于航天、冶金、材料科學(xué)等領(lǐng)域的高溫實驗之中，尤其是在晶體生長、金屬熔煉及稀有元素提取等工藝中，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。然而，在實際使用過程中，鎢制坩堝并非“堅不可摧”，仍會因多種復(fù)雜因素而出現(xiàn)不同形式的失效。
首先，熱疲勞裂紋是鎢坩堝最常見的失效形式之一。高溫實驗往往伴隨著劇烈的溫度波動，如快速升溫和冷卻循環(huán)，這會導(dǎo)致坩堝內(nèi)外壁間產(chǎn)生劇烈的熱應(yīng)力。由于鎢的熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低，雖然這有助于快速傳熱，但一旦局部升溫不均或降溫速度過快，易形成應(yīng)力集中，從而在微觀缺陷處誘發(fā)疲勞裂紋。長期積累后，這些裂紋會逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂。
其次，氧化和揮發(fā)損耗也是W坩堝失效的關(guān)鍵因素。雖然鎢在真空或惰性氣氛中具有良好的穩(wěn)定性，但若實驗環(huán)境存在微量氧、水汽或高溫強(qiáng)還原性氣體，其表面極易氧化成WO?。氧化鎢在高溫下?lián)]發(fā)性極強(qiáng)，會導(dǎo)致材料表面逐漸損耗、粗糙化，甚至形成孔洞，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致坩堝壁厚變薄甚至穿孔。此外，氧化過程中生成的脆性物質(zhì)還可能在溫度循環(huán)中剝落，引發(fā)局部崩裂。
再次，金屬間反應(yīng)或腐蝕也是需要關(guān)注的問題。在某些實驗中，被熔煉的材料（如鈦、鋯、稀土金屬等）可能在高溫下與鎢發(fā)生反應(yīng)，生成脆性中間相，導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度下降，甚至出現(xiàn)界面層脫落、結(jié)構(gòu)崩裂等現(xiàn)象。對于高純度實驗而言，這不僅影響坩堝本身的使用壽命，還會造成實驗樣品被污染，影響結(jié)果準(zhǔn)確性。
還有一種不可忽視的失效因素是機(jī)械沖擊與裝卸損傷。雖然鎢在高溫下保持較好的強(qiáng)度，但在常溫下卻表現(xiàn)出一定的脆性，特別是在經(jīng)過多次熱循環(huán)后，坩堝晶粒粗化、內(nèi)部殘余應(yīng)力積聚，一旦受到外力撞擊或夾具過緊夾持，都可能引發(fā)開裂或邊緣崩損。
為減緩上述失效形式的發(fā)生，通常建議采取以下措施：其一，優(yōu)化升溫與降溫曲線，避免快速溫變引起的熱沖擊；其二，在使用過程中保持真空或高純惰性氣氛，防止氧化；其三，必要時可在坩堝內(nèi)壁施加保護(hù)性涂層，如鉬或氮化物，以隔離反應(yīng)性物質(zhì)；其四，在搬運及安裝過程中需采用柔性支撐，避免機(jī)械應(yīng)力集中。
