Kuidas valida oma rakenduse jaoks optimaalseid grafiittooteid?

Grafiit on kuusnurkse kristallikihilise struktuuriga süsiniku allotroop. Sellel on suurepärane elektrijuhtivus, soojusjuhtivus, määrdevõime, kõrge temperatuuritaluvus, soojuslöögikindlus ja keemiline stabiilsus ning seda tuntakse kui "must kuld". Nendel põhjustel kasutatakse seda laialdaselt metallurgias, masinates, keemiatööstuses, fotogalvaanilises, pooljuhtide-, tuumatööstuses, riigikaitse- ja kosmosetööstuses ning sellest on tänapäeval saanud asendamatu mittemetalliline materjal kõrgtehnoloogiate ja uute tehnoloogiate arendamiseks.

Erinevatel kasutusstsenaariumidel on grafiittoodetele erinevad jõudlusnõuded, mistõttu täpne materjalivalik on grafiittoodete kasutamise põhietapp. Rakenduse stsenaariumitele vastava jõudlusega grafiitkomponentide valimine ei saa mitte ainult tõhusalt pikendada nende kasutusiga ega vähendada asendamise sagedust ja kulusid, vaid aitab parandada ka lõpptoodete tootmiskvaliteeti ja tootlikkust.

1. Grafiitmaterjali puhtus

Grafiitmaterjali puhtus määrab otseselt komponentide vastupidavuse. Grafiidi komponentide lisandid (nagu Fe, Si, Al) moodustavad kõrge temperatuuriga vaakumkeskkonnas madala sulamistemperatuuriga ühendeid, mis grafiidikomponente aeglaselt erodeerivad ning põhjustavad pragunemist ja kahjustusi. Kõrge täpsusega vaakumpahjude kasutamiseks pooljuhtväljas peavad südamikukomponendid, nagu grafiidist küttekehad, grafiittiiglid, grafiidist isolatsioonisilindrid ja grafiidikandurid, olema valmistatud kõrge puhtusastmega grafiidist, mille puhtus on 5 N ja üle selle, ning materjali tuhasisaldust tuleb rangelt kontrollida alla 10 ppm.

2. Grafiitmaterjali tihedus ja struktuur

Tihedus ja struktuur jäetakse grafiitmaterjalide valikul sageli tähelepanuta, kuid need kaks näitajat on peamised tegurid, mis määravad grafiidikomponentide termilise šoki ja roomamiskindluse. Mida suurem on grafiitmaterjali tihedus, seda väiksem on komponentide poorsus, seda suurem on nende vastupidavus gaasi läbitungimisele ja termilisele šokile ning seda väiksem on nende pragunemise tõenäosus kasutamise ajal. Võtke näiteks isostaatiliselt pressitud grafiit: seda tüüpi grafiidi isotroopne viga on alla 1% ja soojuspaisumise omadused on ühtlased. Selle termilise šoki vastupidavus on rohkem kui 30% kõrgem kui tavalisel vormitud grafiidil ja selle roomemiskindlus on 3–5 korda suurem kui ekstrudeeritud grafiidil, mistõttu on see ideaalne materjal vaakumahjude jaoks, mis alluvad sagedastele termotsüklitele.

3. Temperatuuri sobitamine

Grafiitkomponentide valikul pole vaja pimesi taga ajada kvaliteetseid materjale. Täpne materjalivalik, mis põhineb vaakumahju maksimaalsel töötemperatuuril, ei võimalda mitte ainult kulusid kontrollida, vaid tagab ka komponentide vastupidavuse, saavutades maksimaalse kulutulemuse.

Töötemperatuur on alla 1600 ℃:Põhiliste rakendusnõuete täitmiseks saab kasutada tavalist kõrge puhtusastmega grafiiti.

Töötemperatuur vahemikus 1600 ℃ kuni 2000 ℃:Kõrge puhtusastmega peeneteralineisostaatiline grafiiton sobiv valik, mis tasakaalustab vastupidavuse ja kulutasuvuse.

Töötemperatuur ületab 2000 ℃:Konstantse jõudluse tagamiseks karmides kõrge temperatuuriga töötingimustes tuleks valida isostaatiline grafiit, pürolüütiline grafiit või C/C komposiidid.

4. Pinnatöötlus

Grafiitkomponentidele sobiva pinnatöötluse rakendamine võrdub neile "kaitsekilbi" lisamisega, mis suudab tõhusalt vastu seista oksüdatsioonile ja keskmisele erosioonile ning pikendab oluliselt nende kasutusiga. Järgnevalt on toodud mitu levinumat grafiidikomponentide pinnatöötlusmeetodit:

CVD SiC kate

Ühtlane ja tiheCVD SiC katevõib märkimisväärselt tõsta grafiidikomponentide oksüdatsioonikindluse temperatuuri ja sobib enamiku vaakumahjude grafiitkomponentide jaoks, näiteksküttekehad, tiiglidja isolatsioonisilindrid. See kate suudab tõhusalt vastu seista keemiliste gaaside, nagu hapniku, kloori ja räni aurude erosioonile töökeskkonnas.

TaC kate

Võrreldes CVD SiC kattega,tantaalkarbiidkateon parem korrosiooni- ja kõrge temperatuuritaluvusega ning talub ülikõrgeid temperatuure ja äärmuslikke keemilisi korrosioonikeskkondi, nagu ränikarbiidi kristallide kasvuahjude karmid kasutusstsenaariumid.

Räni infiltratsioon/pinna tihenemine

Mõnede kandvate grafiitkomponentide ja C/C komposiitide puhul on soovitatav kasutada räni infiltratsioonitöötlust. Pärast töötlemist paraneb oluliselt komponentide kõvadus, kulumiskindlus ja roomamiskindlus. Vaigu immutamist või pürolüütilist süsinikutöötlust saab kasutada ka grafiidikomponentide pinnapooride täitmiseks, gaasi väljavoolu vähendamiseks ja õhutiheduse parandamiseks.