精製黒鉛の需要の急増により、高純度の黒鉛の需要が増加

グラファイトの原子構造は、腐食環境における極端な炉温度に耐えることができます。

黒鉛の世界的な需要は急増しており、EV車用バッテリーやエネルギー貯蔵システム、LED、太陽光発電装置、高性能半導体、重要部品などの幅広い製品に黒鉛が広く使用されているため、今後数十年続くと予想されています。高温炉。

皮肉なことに、高純度グラファイトを製造する炉には、グラファイトや繊維強化カーボンなどの関連材料から製造されたコンポーネントも必要です。 グラファイトの独特な原子構造により、腐食環境における極端な炉温度に耐える能力が得られるため、工業炉で使用されるホットゾーンの重要な材料として理想的な選択肢となります。

「自然界に存在する黒鉛は結晶質です。 鉱山から抽出されると、通常約 90% の炭素が含まれます。 特殊な高温炉により、炭素含有量約 99.5% の人造黒鉛が製造されます。 用途でより高い純度が必要な場合、特殊な装置を使用することで不純物を百万分率の範囲まで減らすことができます」とグラファイト業界へのカスタム工業炉装置の世界的サプライヤーである PVA TePla America の工業炉部門シニア製品およびセールスマネージャーである Thomas Palamides 氏は述べています。 。

黒鉛サプライヤーにとっては、炭素含有量の高い人造黒鉛の需要の高まりと、米国国内の半導体生産を回復するための連邦政府の取り組みにより、より短時間でより大きな積載量を生産できる容量の増加した電気炉システムの必要性が高まっています。 材料の精製プロセスには極端な温度と有毒ガスが含まれるため、これらの産業ツールには高度に専門化されたプロセス制御と安全機能が必要です。

さまざまな産業で炭化ケイ素は多くの用途に使用されており、その製造にはグラファイトが不可欠な成分です。

炭化ケイ素は表面硬度が優れているため、部品に高度な滑り耐性、浸食耐性、腐食摩耗耐性が必要な工学用途での使用が容易になります。 炭化ケイ素を製造する最も簡単なプロセスは、黒鉛電気抵抗炉内で 1,600 °C ～ 2,500 °C の温度でケイ砂と炭素を混合することです。

しかし、炭化ケイ素の半導体材料としての使用は、最も成長の可能性が高い分野の 1 つです。 多くの次世代電子製品で選択される半導体材料としてシリコンに代わって炭化ケイ素が使用されるため、グラファイトの需要が大幅に増加しています。 従来のシリコンウェーハと比較して、炭化ケイ素は高電圧動作に優れており、大幅に広い温度範囲と高いスイッチング周波数を提供します。

国内の半導体製造を促進し、サプライチェーンを強化するための連邦法も、炭化ケイ素とグラファイトの需要を増加させるだろう。 CHIPSおよび科学法は、2021年のCHIPS for America Actで認可された半導体インセンティブプログラムに資金を提供するために527億ドルを割り当てた。

半導体産業において、グラファイトの使用を促進する主な要因の 1 つは、さまざまな下流プロセスで精製される炭化ケイ素単結晶の成長です。 結晶成長は、原料として消費可能な炭化ケイ素粉末から始まります。 結晶成長装置のリアクター内で 2,000 °C を超える温度にさらされると、粉末が蒸発します。 このプロセスでは、気相で形成されたシリコンと炭素の分子が、炭化ケイ素で構成される非常に高品質のディスク上でゆっくりと結晶化します。

グラファイトは、炉の内張り、熱交換器、鋳造用付属品、電極など、機器が高温に耐えられるようにするために、他の多くの形態で使用されています。 そのため、プロセスは黒鉛断熱材で囲まれた黒鉛るつぼ内で行われます。

業界では、黒鉛サプライヤーは数十年前の炉を稼働していることが多く、機器を交換したり新しい設備を建設したりすることで生産能力を拡張できる可能性があります。 次世代炉のオプションの中でも、メーカーが装置設計における安全性、信頼性、構成、制御の問題にどのように対処するかには、大きな違いがある可能性があります。