一、主要成分

二氧化硅（SiO₂）

石英坩埚的主要成分是二氧化硅，其含量通常在99.99%以上。二氧化硅是一种无机化合物，具有高熔点（1713℃）、高硬度（莫氏硬度为7）等特点。在石英坩埚中，二氧化硅以晶体形式存在，主要为方石英和鳞石英相。这种高纯度的二氧化硅成分使得石英坩埚具有优良的化学稳定性和热稳定性。

杂质成分

尽管石英坩埚的二氧化硅含量很高，但仍含有极少量的杂质。常见的杂质包括铝（Al）、钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）等金属氧化物。这些杂质的含量虽然很低，但对石英坩埚的性能有一定影响。例如，铝杂质可能会影响石英坩埚的析晶行为，铁杂质则可能导致坩埚在使用过程中变色等问题。

二、特性

（一）化学稳定性

耐酸碱腐蚀

石英坩埚对大多数酸具有很强的耐腐蚀性。在常温下，除了氢氟酸（HF）外，它几乎不与任何酸发生反应。这是因为二氧化硅与酸反应时，会形成一层致密的硅酸凝胶保护膜，阻止反应进一步进行。例如，在使用硫酸、盐酸等强酸进行化学实验或工业生产过程时，石英坩埚能够很好地盛装这些酸液而不会被腐蚀。

对于碱，石英坩埚的耐受性相对较弱。在高温下，碱性物质（如氢氧化钠、氢氧化钾等）会与二氧化硅发生反应，生成硅酸盐。例如，在高温熔融状态下，氢氧化钠会与二氧化硅反应生成硅酸钠（Na₂SiO₃），反应方程式为：2NaOH + SiO₂ = Na₂SiO₃+ H₂O。因此，在使用石英坩埚进行涉及碱性物质的实验或生产时，需要严格控制温度和碱性物质的浓度等条件。

化学惰性

石英坩埚在化学性质上表现出高度的惰性。它不会与大多数金属和非金属元素发生化学反应。这使得它非常适合用于盛装各种化学试剂、样品等进行高温加热、熔融等操作。例如，在半导体制造过程中，石英坩埚用于盛装高纯度的硅原料进行熔融结晶，由于石英坩埚的化学惰性，不会对硅原料的纯度产生影响，从而保证了半导体材料的质量。

（二）热稳定性

高熔点

石英坩埚的熔点高达1713℃，这使得它能够在高温环境下稳定工作。在许多高温工业过程中，如玻璃熔制、陶瓷烧结、金属冶炼等，石英坩埚可以承受极高的温度而不变形或熔化。例如，在玻璃制造中，将石英砂等原料放入石英坩埚中，在1400 - 1600℃的高温下进行熔融，石英坩埚能够长时间保持其形状和结构完整性。

热膨胀系数低

石英坩埚的热膨胀系数较小，约为5.5×10⁻⁷/℃（20 - 300℃）。这意味着在温度变化时，石英坩埚的体积变化相对较小。这一特性使得石英坩埚在加热和冷却过程中不容易产生热应力，从而减少了坩埚破裂的风险。例如，在实验室中进行高温加热实验时，即使快速升温或降温，石英坩埚也能够较好地适应温度变化而保持完好。

热传导性

石英坩埚具有一定的热传导性。它能够将热量均匀地传递给内部的物质，有助于提高加热效率。在熔融金属或玻璃等过程中，均匀的热传导可以避免局部过热现象，保证产品质量。例如，在熔炼高纯度的金属时，石英坩埚能够将炉内的热量有效地传递给金属原料，使金属均匀受热，从而得到质地均匀的金属产品。

（三）光学性能

透明度

石英坩埚具有良好的透明度，特别是在紫外光和可见光波段。这一特性使得它在光学实验、光谱分析等领域有着广泛的应用。例如，在紫外 - 可见分光光度法中，可以使用石英坩埚作为样品池，因为石英坩埚不会对紫外 - 可见光产生吸收或散射，从而能够准确地测量样品的光学性质。

折射率

石英坩埚的折射率相对较高，约为1.46。这一特性在一些光学仪器和光学元件的制造中具有重要意义。例如，在制造光纤预制棒时，石英坩埚的高折射率有助于控制光纤的光学性能，提高光纤的传输效率。

（四）机械性能

硬度

石英坩埚的莫氏硬度为7，属于较硬的材料。这使得它具有一定的耐磨性，在一些轻微的摩擦或碰撞情况下不容易被划伤或损坏。然而，由于其硬度较高，在加工过程中也相对困难，需要采用特殊的加工工艺。

强度

石英坩埚具有较高的抗压强度，但在抗拉强度方面相对较弱。这是因为石英坩埚是一种脆性材料，在受到拉伸力时容易发生断裂。在实际使用中，需要避免对石英坩埚施加过大的拉力，以防止坩埚破裂。例如，在安装和使用石英坩埚时，要确保其受力均匀，避免局部受力过大。