Jak vybrat optimální grafitové produkty pro vaši aplikaci?

Grafit je alotrop uhlíku s šestihrannou krystalickou vrstvenou strukturou. Může se pochlubit vynikající elektrickou vodivostí, tepelnou vodivostí, mazivostí, odolností vůči vysokým teplotám, odolností proti tepelným šokům a chemickou stabilitou a je známý jako „černé zlato“. Z těchto důvodů je široce používán v metalurgii, strojírenství, chemickém inženýrství, fotovoltaice, polovodičovém průmyslu, jaderném průmyslu, národní obraně a leteckém průmyslu a stal se dnes nepostradatelným nekovovým materiálem pro vývoj špičkových a nových technologií.

Různé scénáře použití mají pro grafitové produkty různé požadavky na výkon, takže přesný výběr materiálu je klíčovým krokem při aplikaci grafitových produktů. Výběr grafitových komponent s výkonem odpovídajícím aplikačním scénářům může nejen účinně prodloužit jejich životnost a snížit frekvenci výměny a náklady, ale také pomoci zlepšit kvalitu výroby a výtěžnost konečných produktů.

1. Čistota grafitového materiálu

Čistota grafitového materiálu přímo určuje životnost součástí. Nečistoty (jako Fe, Si, Al) v grafitových součástech vytvoří ve vysokoteplotním vakuovém prostředí sloučeniny s nízkou teplotou tání, které pomalu erodují grafitové součásti a vedou k praskání a poškození. Pro použití vysoce přesných vakuových pecí v oblasti polovodičů musí být součásti jádra, jako jsou grafitové ohřívače, grafitové kelímky, grafitové izolační válce a grafitové nosiče, vyrobeny z vysoce čistého grafitu o čistotě 5N a vyšší a obsah popela v materiálu musí být přísně kontrolován pod 10 ppm.

2. Hustota a struktura grafitového materiálu

Hustota a struktura jsou při výběru grafitového materiálu často přehlíženy, přesto jsou tyto dva ukazatele klíčovými faktory určujícími tepelný šok a odolnost grafitových komponent proti tečení. Čím vyšší je hustota grafitového materiálu, tím nižší je pórovitost součástí, tím silnější je jejich odolnost proti pronikání plynů a teplotním šokům a tím menší je pravděpodobnost, že během používání prasknou. Vezměte si jako příklad izostaticky lisovaný grafit: tento typ grafitu má izotropní chybu menší než 1 % a stejnoměrné charakteristiky tepelné roztažnosti. Jeho odolnost proti tepelnému šoku je o více než 30 % vyšší než u běžného lisovaného grafitu a jeho odolnost proti tečení je 3 až 5krát vyšší než u extrudovaného grafitu, což z něj činí ideální materiál pro vakuové pece vystavené častým tepelným cyklům.

3. Přizpůsobení teploty

Pro výběr grafitových komponent není potřeba slepě prosazovat špičkové materiály. Přesný výběr materiálu na základě maximální provozní teploty vakuové pece může nejen řídit náklady, ale také zajistit odolnost součástí a dosáhnout tak maximální nákladové výkonnosti.

Provozní teplota je nižší než 1600 ℃:Pro splnění základních aplikačních požadavků lze použít běžný vysoce čistý grafit.

Provozní teplota při 1600 ℃ až 2000 ℃:Vysoce čistý jemnozrnnýizostatický grafitje vhodnou volbou, která vyvažuje trvanlivost a cenu.

Provozní teplota přesahuje 2000 ℃:Izostatický grafit, pyrolytický grafit nebo kompozity C/C by měly být vybrány tak, aby zajistily konstantní výkon v náročných provozních podmínkách při vysokých teplotách.

4. Povrchová úprava

Nanesení vhodné povrchové úpravy na grafitové komponenty je ekvivalentní přidání „ochranného štítu“, který dokáže účinně odolat oxidaci a střední erozi a výrazně prodloužit jejich životnost. Níže je uvedeno několik běžných metod povrchové úpravy grafitových součástí:

CVD SiC povlak

Jednotná a hustáCVD SiC povlakmůže výrazně zvýšit teplotu oxidační odolnosti grafitových komponentů a je vhodný pro většinu grafitových komponentů vakuových pecí jako např.ohřívače, kelímkya izolační válce. Tento povlak může účinně odolávat erozi chemických plynů, jako je kyslík, chlór a páry křemíku v provozním prostředí.

TaC povlak

Ve srovnání s povlakem CVD SiC,povlak z karbidu tantalumá lepší odolnost proti korozi a vysokým teplotám a může odolat ultravysokým teplotám a extrémním chemickým korozním prostředím, jako jsou scénáře drsných aplikací pecí pro růst krystalů karbidu křemíku.

Infiltrace křemíku/zhuštění povrchu

Pro některé nosné grafitové komponenty a C/C kompozity se doporučuje ošetření silikonovou infiltrací. Po úpravě se tvrdost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti tečení komponent výrazně zlepší. Pro vyplnění povrchových pórů grafitových komponent, snížení odplynění a zlepšení vzduchotěsnosti lze také použít impregnaci pryskyřicí nebo pyrolytické uhlíkové ošetření.