چگونه محصولات گرافیت بهینه را برای برنامه خود انتخاب کنید؟

گرافیت آلوتروپ کربن با ساختار لایه ای کریستالی شش ضلعی است. این فلز دارای هدایت الکتریکی عالی، هدایت حرارتی، روانکاری، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی است و به عنوان "طلای سیاه" شناخته می شود. به این دلایل، به طور گسترده ای در متالورژی، ماشین آلات، مهندسی شیمی، فتوولتائیک، نیمه هادی ها، صنایع هسته ای، صنایع دفاع ملی و صنایع هوافضا استفاده می شود و امروزه به یک ماده غیرفلزی ضروری برای توسعه فناوری های پیشرفته و جدید تبدیل شده است.

سناریوهای مختلف کاربرد، الزامات عملکردی متفاوتی برای محصولات گرافیتی دارند، که انتخاب دقیق مواد را به یک مرحله اصلی در کاربرد محصولات گرافیتی تبدیل می کند. انتخاب اجزای گرافیتی با عملکرد منطبق با سناریوهای کاربردی نه تنها می تواند به طور موثر عمر سرویس آنها را افزایش دهد و فرکانس و هزینه های تعویض را کاهش دهد، بلکه به بهبود کیفیت تولید و بازده محصولات نهایی نیز کمک می کند.

1. خلوص مواد گرافیت

خلوص مواد گرافیت به طور مستقیم دوام اجزا را تعیین می کند. ناخالصی ها (مانند Fe، Si، Al) در اجزای گرافیت، ترکیباتی با نقطه ذوب پایین در محیط خلاء با دمای بالا ایجاد می کنند که به آرامی اجزای گرافیت را فرسایش می دهند و منجر به ترک خوردگی و آسیب می شوند. برای کاربرد کوره‌های خلاء با دقت بالا در زمینه نیمه‌رسانا، اجزای هسته‌ای مانند بخاری‌های گرافیتی، بوته‌های گرافیتی، سیلندرهای عایق گرافیت و حامل‌های گرافیتی باید از گرافیت با خلوص بالا با خلوص 5N و بالاتر ساخته شوند و میزان خاکستر ماده باید به شدت زیر 10ppm کنترل شود.

2. چگالی و ساختار مواد گرافیت

چگالی و ساختار اغلب در انتخاب مواد گرافیت نادیده گرفته می شود، با این حال این دو شاخص عوامل اصلی تعیین کننده شوک حرارتی و مقاومت در برابر خزش اجزای گرافیت هستند. هرچه چگالی مواد گرافیتی بیشتر باشد، تخلخل قطعات کمتر، مقاومت آنها در برابر نفوذ گاز و شوک حرارتی قوی تر است و احتمال ترک خوردن آنها در حین استفاده کمتر می شود. به عنوان مثال گرافیت فشرده ایزواستاتیک را در نظر بگیرید: این نوع گرافیت دارای خطای همسانگرد کمتر از 1٪ و ویژگی های انبساط حرارتی یکنواخت است. مقاومت در برابر شوک حرارتی آن بیش از 30 درصد بیشتر از گرافیت قالب‌گیری شده معمولی است و مقاومت خزشی آن 3 تا 5 برابر گرافیت اکسترود شده است، که آن را به یک ماده ایده‌آل برای کوره‌های خلاء در معرض چرخه‌های حرارتی مکرر تبدیل می‌کند.

3. تطبیق دما

نیازی به دنبال کورکورانه مواد پیشرفته برای انتخاب اجزای گرافیت نیست. انتخاب دقیق مواد بر اساس حداکثر دمای عملیاتی کوره خلاء نه تنها می تواند هزینه ها را کنترل کند، بلکه دوام قطعات را تضمین می کند و به حداکثر عملکرد هزینه دست می یابد.

دمای عملیاتی زیر 1600 درجه سانتیگراد است:گرافیت معمولی با خلوص بالا را می توان برای برآورده ساختن نیازهای کاربردی اولیه استفاده کرد.

دمای کار در 1600 ℃ تا 2000 ℃:ریزدانه با خلوص بالاگرافیت ایزواستاتیکانتخاب مناسبی است که دوام و عملکرد هزینه را متعادل می کند.

دمای عملیاتی بیش از 2000 ℃:گرافیت ایزواستاتیک، گرافیت پیرولیتیک یا کامپوزیت های C/C باید برای اطمینان از عملکرد ثابت در شرایط سخت عملیاتی با دمای بالا انتخاب شوند.

4. درمان سطحی

اعمال سطح مناسب برای اجزای گرافیت معادل افزودن یک "سپر محافظ" به آنها است که می تواند به طور موثر در برابر اکسیداسیون و فرسایش متوسط ​​مقاومت کند و عمر مفید آنها را تا حد زیادی افزایش دهد. در زیر چندین روش متداول تصفیه سطح برای اجزای گرافیت وجود دارد:

پوشش سی سی سی سی وی دی

یکنواخت و متراکمپوشش CVD SiCمی تواند دمای مقاومت در برابر اکسیداسیون اجزای گرافیت را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و برای اکثر اجزای گرافیتی کوره های خلاء مانندبخاری ها, بوته هاو سیلندرهای عایق این پوشش می تواند به طور موثر در برابر فرسایش گازهای شیمیایی مانند اکسیژن، کلر و بخار سیلیکون در محیط کار مقاومت کند.

پوشش TaC

در مقایسه با پوشش CVD SiC،پوشش کاربید تانتالیوممقاومت در برابر خوردگی بهتر و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا دارد و می تواند در دمای بسیار بالا و محیط های خوردگی شیمیایی شدید مانند سناریوهای کاربرد خشن کوره های رشد کریستال کاربید سیلیکون مقاومت کند.

نفوذ سیلیکون / تراکم سطح

عملیات نفوذ سیلیکون برای برخی از اجزای گرافیت باربر و کامپوزیت های C/C توصیه می شود. پس از درمان، سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خزش اجزاء به میزان زیادی بهبود می یابد. اشباع رزین یا عملیات کربن پیرولیتیک نیز می تواند برای پر کردن منافذ سطحی اجزای گرافیت، کاهش گازهای خروجی و بهبود تنگی هوا استفاده شود.