Ako si vybrať optimálne grafitové produkty pre vašu aplikáciu?

Grafit je alotrop uhlíka s hexagonálnou kryštálovou vrstvenou štruktúrou. Pýši sa vynikajúcou elektrickou vodivosťou, tepelnou vodivosťou, klznosťou, odolnosťou voči vysokým teplotám, tepelným šokom a chemickou stabilitou a je známy ako „čierne zlato“. Z týchto dôvodov je široko používaný v metalurgii, strojárstve, chemickom inžinierstve, fotovoltaickom, polovodičovom, jadrovom priemysle, národnej obrane a leteckom a kozmickom priemysle a stal sa dnes nepostrádateľným nekovovým materiálom pre vývoj špičkových a nových technológií.

Rôzne aplikačné scenáre majú rôzne požiadavky na výkon grafitových produktov, vďaka čomu je presný výber materiálu kľúčovým krokom pri aplikácii grafitových produktov. Výber grafitových komponentov s výkonom zodpovedajúcim aplikačným scenárom môže nielen efektívne predĺžiť ich životnosť a znížiť frekvenciu výmeny a náklady, ale tiež pomôcť zlepšiť kvalitu výroby a výťažnosť konečných produktov.

1. Čistota grafitového materiálu

Čistota grafitového materiálu priamo určuje životnosť komponentov. Nečistoty (ako Fe, Si, Al) v grafitových komponentoch vytvoria vo vysokoteplotnom vákuu zlúčeniny s nízkou teplotou topenia, ktoré pomaly erodujú grafitové komponenty a vedú k praskaniu a poškodeniu. Na použitie vysoko presných vákuových pecí v oblasti polovodičov musia byť jadrové komponenty, ako sú grafitové ohrievače, grafitové tégliky, grafitové izolačné valce a grafitové nosiče, vyrobené z vysoko čistého grafitu s čistotou 5N a vyššou a obsah popola v materiáli musí byť prísne kontrolovaný pod 10 ppm.

2. Hustota a štruktúra grafitového materiálu

Pri výbere grafitového materiálu sa často prehliada hustota a štruktúra, no tieto dva ukazovatele sú hlavnými faktormi určujúcimi tepelný šok a odolnosť grafitových komponentov voči tečeniu. Čím vyššia je hustota grafitového materiálu, tým nižšia je pórovitosť komponentov, tým silnejšia je ich odolnosť proti prenikaniu plynov a tepelným šokom a tým menšia je pravdepodobnosť, že počas používania prasknú. Ako príklad si vezmite izostaticky lisovaný grafit: tento typ grafitu má izotropnú chybu menšiu ako 1 % a rovnomernú tepelnú rozťažnosť. Jeho odolnosť proti tepelnému šoku je o viac ako 30 % vyššia ako u bežného lisovaného grafitu a jeho odolnosť voči tečeniu je 3 až 5-krát vyššia ako u extrudovaného grafitu, čo z neho robí ideálny materiál pre vákuové pece, ktoré sú vystavené častým tepelným cyklom.

3. Prispôsobenie teploty

Pri výbere grafitových komponentov nie je potrebné slepo prenasledovať špičkové materiály. Presný výber materiálu na základe maximálnej prevádzkovej teploty vákuovej pece môže nielen kontrolovať náklady, ale aj zabezpečiť trvanlivosť komponentov, čím sa dosiahne maximálny nákladový výkon.

Prevádzková teplota je nižšia ako 1600 ℃:Na splnenie základných aplikačných požiadaviek možno použiť obyčajný grafit vysokej čistoty.

Prevádzková teplota pri 1600 ℃ až 2000 ℃:Jemnozrnné s vysokou čistotouizostatický grafitje vhodnou voľbou, ktorá vyvažuje odolnosť a nákladový výkon.

Prevádzková teplota presahuje 2000 ℃:Izostatický grafit, pyrolytický grafit alebo kompozity C/C by sa mali zvoliť tak, aby sa zabezpečil konštantný výkon v náročných prevádzkových podmienkach pri vysokých teplotách.

4. Povrchová úprava

Aplikácia vhodnej povrchovej úpravy na grafitové komponenty je ekvivalentom pridania „ochranného štítu“ k nim, ktorý dokáže účinne odolávať oxidácii a strednej erózii a výrazne predĺžiť ich životnosť. Nasleduje niekoľko bežných metód povrchovej úpravy grafitových komponentov:

CVD SiC povlak

Jednotná a hustáCVD SiC povlakmôže výrazne zvýšiť teplotu oxidačnej odolnosti grafitových komponentov a je vhodný pre väčšinu grafitových komponentov vákuových pecí ako napr.ohrievače, téglikya izolačné valce. Tento povlak môže účinne odolávať erózii chemických plynov, ako je kyslík, chlór a výpary kremíka v prevádzkovom prostredí.

TaC povlak

V porovnaní s povlakom CVD SiC,povlak karbidu tantalumá lepšiu odolnosť proti korózii a odolnosť voči vysokým teplotám a môže odolať ultravysokým teplotám a extrémnym chemickým koróznym prostrediam, ako sú scenáre drsných aplikácií pecí na rast kryštálov karbidu kremíka.

Infiltrácia kremíka/zhutnenie povrchu

Pre niektoré nosné grafitové komponenty a C/C kompozity sa odporúča úprava silikónovou infiltráciou. Po úprave sa tvrdosť, odolnosť proti opotrebeniu a odolnosť proti tečeniu komponentov výrazne zlepší. Na vyplnenie povrchových pórov grafitových komponentov, zníženie uvoľňovania plynov a zlepšenie vzduchotesnosti je možné použiť aj impregnáciu živicou alebo pyrolytickú uhlíkovú úpravu.