满足对纯化石墨的需求

电动汽车、电池储能系统和下一代半导体刺激了对大容量熔炉的需求

在电动汽车电池和储能系统、LED、太阳能设备和SiC半导体的推动下，石墨的需求正在激增，并预计将持续几十年。部分需求还来自生产高纯度石墨的高温炉中使用的关键部件。

“在自然界中发现的石墨是晶体状的；当从矿山中提取时，它通常有约90%的碳含量。专门的高温炉生产的合成石墨碳含量约为99.5%。如果应用需要更高的纯度，专用设备可以将杂质减少到百万分之一的范围内。”PVA TePla America工业炉高级产品和销售经理Thomas Palamides评论道。PVA TePla America是石墨行业定制工业炉设备的供应商。

在化合物半导体工业中，石墨被用于生长在各种下游工艺中精炼的SiC单晶。晶体生长以消耗性的SiC粉末为源材料。粉末在晶体生长机反应器内暴露于2000℃以上的温度时蒸发。在此过程中，在气相中形成的硅和碳分子在由SiC组成的高质量圆盘上缓慢结晶。

对于石墨供应商来说，对高碳含量的合成石墨的需求不断增长，以及美国联邦政府为恢复美国国内半导体生产而采取的举措，都正在推动电炉系统增加容量，以在更短的时间内产生更大的有效载荷。

由于材料净化过程涉及极端温度和有毒气体，这些工业工具需要高度专业化的过程控制和安全性能。

根据应用定制的炉子

PVA TePla公司在德国的高级产品经理Thomas Metzger说：“通常，大约四公吨的石墨材料被装入加热到2400°C的炉式反应器中，这是一个巨大的能量，因此安全至关重要。在系统设计中必须考虑工艺或介质中的异常情况，以确保设备操作人员的安全。无论是冷却水、加工气体、压缩空气还是电力故障，系统都必须能够恢复到安全状态，以保护操作员、设备、有效载荷和环境。”

此外，大多数炉子都是围绕石墨供应商的特定要求定制设计的，例如可用空间、装载方法和有效载荷。

“有一位客户为一间工厂创建一个新的 [炉子] 车间时，他设计了一个用于底部装载系统的坑，这便于装载炉料，而无需从底层的车上抬起。使用底部装载炉，真空室的整个底部下降，放置炉料，然后通过电动系统将其提升到炉内。“Metzger 说。

Metzger指出，其他客户更喜欢顶部装载系统，它可以使用桥式起重机装载。“顶部会向侧面滑动 180 度以打开，然后使用吊臂起重机或桥式起重机将炉料从顶部装入炉中。”他解释道。

内部配置是高温净化所独有的。

选择使用的工艺气体是一个重要的考虑因素，每个制造商在其工艺中使用的化学成分或时间略有不同。“我们通常使用氟或氯等工艺气体。尽管这些气体在高浓度下具有高度腐蚀性和危险性，但我们必须灵活地满足工艺的具体要求。“Metzger说。

“我们将所有工艺气体保存在安全壳反应器内，外面则是氩气或氮气等惰性气体。这种配置可确保产品的高纯度，避免了污染加热元件、绝缘材料和其他容器组件。反应空间与加热元件保持完全分离。“Metzger说。

通常，直径达两米的炉子可以容纳不同几何形状的石墨加工零件，产生的有效载荷为四公吨或更多。

“通常，加工件被放置在炉子中进行净化，然后进行包装、密封，并在物品加工完成后发货。”Metzger 说。

定制系统可以满足某些工艺条件和安装要求。

“一些客户喜欢有一个额外的专用泵来处理腐蚀性工艺气体。其他客户更喜欢在加热之前先使用同一台泵来排空系统，然后再进行工艺压力调节。“Metzger说。

他指出，设计的灵活性可以扩展到辅助设备和控制系统，以最好地解决环境问题。

“石墨供应商通常选择包括一个洗涤系统来清洁废气。在加工过程中使用的腐蚀性气体大部分在加工过程中被消耗，但工艺废气必须符合排放保护的法律要求。”Metzger说。

他补充说，技术人员可以使用个人电脑操作炉子或使用远程连接进行监控。一个概览屏幕显示所有泵、阀门和关键部件的实时状态，并带有问题和所需维护的警报指示器。

“今天的炉子系统基本上是统包方案，具有充分的集成度。”Metzger说。