Kako izbrati optimalne grafitne izdelke za vašo uporabo?

Grafit je alotrop ogljika s šesterokotno kristalno plastovito strukturo. Ponaša se z odlično električno prevodnostjo, toplotno prevodnostjo, mazljivostjo, odpornostjo na visoke temperature, odpornostjo na toplotne udarce in kemično stabilnostjo ter je znano kot "črno zlato". Zaradi teh razlogov se široko uporablja v metalurgiji, strojih, kemijskem inženiringu, fotovoltaiki, polprevodnikih, jedrski industriji, nacionalni obrambi in vesoljski industriji ter je danes postal nepogrešljiv nekovinski material za razvoj visokih in novih tehnologij.

Različni scenariji uporabe imajo različne zahteve glede zmogljivosti za izdelke iz grafita, zaradi česar je natančna izbira materiala ključni korak pri uporabi izdelkov iz grafita. Izbira grafitnih komponent z zmogljivostjo, ki se ujema s scenariji uporabe, ne more le učinkovito podaljšati njihove življenjske dobe in zmanjšati pogostosti in stroškov zamenjave, ampak tudi pomaga izboljšati kakovost proizvodnje in donos končnih izdelkov.

1. Čistost grafitnega materiala

Čistost grafitnega materiala neposredno določa vzdržljivost komponent. Nečistoče (kot so Fe, Si, Al) v grafitnih komponentah bodo v visokotemperaturnem vakuumskem okolju tvorile spojine z nizkim tališčem, ki počasi razjedajo grafitne komponente in povzročajo razpoke in poškodbe. Za uporabo visoko preciznih vakuumskih peči na polprevodniškem področju morajo biti osnovne komponente, kot so grafitni grelniki, grafitni lončki, grafitni izolacijski valji in grafitni nosilci, izdelani iz grafita visoke čistosti s čistostjo 5N in več, vsebnost pepela v materialu pa mora biti strogo nadzorovana pod 10 ppm.

2. Gostota in struktura grafitnega materiala

Gostota in struktura sta pri izbiri grafitnega materiala pogosto spregledani, vendar sta ta dva indikatorja ključna dejavnika, ki določata toplotni udar in odpornost na lezenje grafitnih komponent. Večja kot je gostota grafitnega materiala, manjša je poroznost komponent, močnejša je njihova odpornost proti prodoru plinov in toplotnemu udaru ter manjša je verjetnost, da bodo med uporabo počile. Vzemimo za primer izostatično stisnjen grafit: ta vrsta grafita ima izotropni pogrešek manj kot 1 % in enakomerne karakteristike toplotnega raztezanja. Njegova odpornost na toplotni udar je več kot 30 % višja kot pri običajnem oblikovanem grafitu, njegova odpornost proti lezenju pa je 3- do 5-krat večja kot pri ekstrudiranem grafitu, zaradi česar je idealen material za vakuumske peči, ki so izpostavljene pogostim termičnim ciklom.

3. Temperaturno ujemanje

Za izbiro grafitnih komponent ni treba slepo slediti vrhunskim materialom. Natančna izbira materiala, ki temelji na najvišji delovni temperaturi vakuumske peči, lahko ne le nadzoruje stroške, ampak tudi zagotovi vzdržljivost komponent, kar doseže največjo stroškovno učinkovitost.

Delovna temperatura je pod 1600 ℃:Za izpolnjevanje osnovnih aplikacijskih zahtev se lahko uporablja navaden grafit visoke čistosti.

Delovna temperatura pri 1600 ℃ do 2000 ℃:Drobnozrnat visoko čistostizostatični grafitje primerna izbira, ki združuje vzdržljivost in stroškovno učinkovitost.

Delovna temperatura presega 2000 ℃:Izostatični grafit, pirolitični grafit ali C/C kompozite je treba izbrati, da se zagotovi konstantna učinkovitost v težkih delovnih pogojih pri visokih temperaturah.

4. Površinska obdelava

Uporaba ustrezne površinske obdelave grafitnih komponent je enakovredna dodajanju "zaščitnega ščita", ki se lahko učinkovito upre oksidaciji in srednji eroziji ter močno podaljša njihovo življenjsko dobo. Sledi nekaj običajnih metod površinske obdelave grafitnih komponent:

CVD SiC prevleka

Enotna in gostaCVD SiC prevlekalahko znatno poveča temperaturo odpornosti proti oksidaciji grafitnih komponent in je primeren za večino grafitnih komponent vakuumskih peči, kot je npr.grelci, lončkiin izolacijski cilindri. Ta premaz se lahko učinkovito upre eroziji kemičnih plinov, kot so kisik, klor in silicijeve pare v delovnem okolju.

TaC premaz

V primerjavi s CVD SiC prevleko,prevleka iz tantalovega karbidaima boljšo odpornost proti koroziji in visokim temperaturam ter lahko prenese ultravisoke temperature in ekstremna kemična korozivna okolja, kot so težki scenariji uporabe peči za rast kristalov iz silicijevega karbida.

Silicijeva infiltracija/površinska zgostitev

Obdelava s silikonsko infiltracijo je priporočljiva za nekatere nosilne grafitne komponente in C/C kompozite. Po obdelavi se trdota, odpornost proti obrabi in odpornost proti lezenju komponent močno izboljšajo. Za zapolnitev površinskih por grafitnih komponent, zmanjšanje izločanja plinov in izboljšanje zračne tesnosti je mogoče uporabiti tudi impregnacijo s smolo ali obdelavo s pirolitičnim ogljikom.