众所周知，石墨炉通常只能在氩气环境下工作，防止石墨加热元件，保温材料在极高温的环境中发生反应，特别是在2200°C-2800°C的石墨炉。而其他惰性气氛，如常见的氮气，会在2200°C以上时与石墨中的碳发生化学反应，会直接腐蚀炉膛内的石墨部件，如加热元件、保温层等，导致设备寿命骤减。还会使得待石墨化的样品变成含氮的多晶体，这种化学改变对于追求高纯度石墨化工艺来说是不可接受的。这就是为什么石墨炉主要的工艺气氛为氩气的原因。

虽然氩气比氮气更具惰性，但是当温度到了2500°C以上，尤其是在低压、大电流、纯氩环境里、电流密度高的高温环境中，炉内很容易出现电弧或类似等离子体的放电现象。从下图帕邢定律（Paschen‘s Law）曲线可以发现，氩气相比其他惰性气氛，在同等压力和电场的情况下，是最容易被电离。一旦形成放电通道，就可能持续存在，带来局部打火、石墨烧蚀，甚至影响温度均匀性。

一旦氩气被电离后，会形成自由电子e-和带正电的离子Ar+。这些带电粒子可以自由移动，从而使氩气具有了导电性。从而影响其他的氩气原子，更容易被电离。电子和离子在电场中将获得能量，会撞击石墨电极以及加热元件表面，会使这些部件表面出现类似“烧蚀”现象。

再有，虽然温度本身并不是气体发生电离的原因。随着温度升高，这些电子和离子活跃度会进一步加强。动能和碰撞频率可能会使电离过程更容易发生。

从概率图，理想情况温度为零度（K）下，电子和离子保持静止，即不发生撞击的概率为100%。随着温度的上升，保持静止的概率会逐步下降。

氩气发生电离本质上是一个物理过程，在高温和强电场条件下是很难完全避免的。所以在高温石墨炉里，我们真正能做的不是去“消除”电离，而是尽量降低它发生的概率。同时，氩气本身的惰性决定了，它依然是2200°C以上石墨炉最主要，也基本不可替代的工艺气氛。除了优化加热元件表面光滑度，控制装配工差外，那有没有一种办法，既能保持惰性环境，又能让放电不那么容易发生？

HTK 80GR/28

LHTG 200-300/30

从帕邢曲线来看，在相同条件下，氮气的击穿电压比氩气高得多，也就是说更不容易被电离。这和氮气的分子结构有关，它是双原子分子，更容易通过振动、转动这些方式消耗能量，相当于对电子有一定的缓冲作用，所以对等离子体有一定的抑制效果。另外，氮气在热性能上也有一点优势。它的导热性比氩气略好，在高温下可以稍微改善炉内的温度分布，减少局部热点，从而间接降低放电出现的可能。不过问题也很明确：在2200°C以上，氮气会和石墨发生反应，这一点在前面已经提到过。所以在实际使用中，炉内气氛还是必须以氩气为主，氮气只能作为少量的辅助气体加入。

至于加多少，并没有一个通用的固定比例，需要结合设备结构和具体工艺来调整。卡博莱特基于多年的应用经验，已经整理出一套比较成熟的气氛控制方案（Recipe），并集成在控制系统里。用户可以根据自己的实验情况直接调用或做适当调整。

当然，这种做法对实验本身是否影响的？如果是碳材料、石墨化过程，或者一些对氮不太敏感的陶瓷材料，少量引入氮气一般问题不大。但如果是对氮比较敏感的样品，就需要更加谨慎。比如需要把氮气比例控制在很低的水平，用于减少电离现象，而不是与材料发生反应。根据实际情况，卡博莱特可为您提供技术咨询。

弗尔德（上海）仪器设备有限公司隶属全球技术优势企业-弗尔德集团旗下，提供先进的样品处理与分析设备及解决方案。

旗下六大品牌：德国Retsch（莱驰）粉碎、研磨、筛分设备，德国Microtrac MRB（麦奇克莱驰）多功能粒度粒形分析仪，Carbolite（卡博莱特）烘箱、高温烘箱、箱式马弗炉、灰化炉、管式马弗炉、气氛马弗炉、真空马弗炉、高温马弗炉及工业定制炉，Eltra（埃尔特）碳/氢/氧/氮/硫元素分析仪，QATM（奥德镁）切割机、镶嵌机、磨抛机、硬度计，Erweka (艾维卡) 药品药剂测试设备。

服务于全球无数实验室、制造商和科研机构，是客户忠实的合作伙伴。弗尔德致力于和客户共同进步成长，为客户提供有效可靠的产品、流程和工艺方法，使其能够更安全、更高效、更持久地发展业务。我们希望通过不懈努力，不断推动技术进步，使世界变得更加健康和安全。