La demande croissante de graphite purifié entraîne un besoin élevé

La structure atomique du graphite peut résister à des températures extrêmes de four dans un environnement corrosif.

La demande mondiale de graphite est en forte hausse et devrait se poursuivre pendant des décennies, tirée par l'utilisation généralisée du graphite pour une gamme de produits tels que les batteries pour voitures électriques et les systèmes de stockage d'énergie, les LED, les équipements solaires, les semi-conducteurs hautes performances et les composants critiques dans fours à haute température.

Ironiquement, les fours qui produisent du graphite de haute pureté nécessitent également des composants fabriqués à partir de graphite et de matériaux associés tels que le carbone renforcé de fibres. La structure atomique unique du graphite lui confère la capacité de résister à des températures extrêmes dans un environnement corrosif, ce qui en fait un choix idéal comme matériau critique dans les zones chaudes utilisées dans les fours industriels.

« Le graphite trouvé dans la nature est de forme cristalline ; lorsqu'il est extrait d'une mine, il contient généralement environ 90 % de carbone. Des fours spécialisés à haute température créent du graphite synthétique avec une teneur en carbone d'environ 99,5 %. Si l'application nécessite une pureté plus élevée, un équipement spécialisé peut réduire les impuretés à l'échelle des parties par million », a déclaré Thomas Palamides, directeur principal des produits et des ventes - Fours industriels chez PVA TePla America, un fournisseur mondial d'équipements de fours industriels personnalisés pour l'industrie du graphite. .

Pour les fournisseurs de graphite, la demande croissante de graphite synthétique à haute teneur en carbone et les initiatives du gouvernement fédéral visant à restaurer la production nationale de semi-conducteurs aux États-Unis entraînent le besoin de systèmes de fours électriques de plus grande capacité, capables de produire une charge utile plus importante en moins de temps. Étant donné que le processus de purification des matériaux implique des températures extrêmes et des gaz nocifs, ces outils industriels nécessitent des contrôles de processus et des dispositifs de sécurité hautement spécialisés.

Dans diverses industries, le carbure de silicium est utilisé dans de nombreuses applications, dans la production duquel le graphite est un composant essentiel.

La dureté de surface supérieure du carbure de silicium facilite son utilisation dans les applications d'ingénierie où un degré élevé de résistance à l'usure par glissement, érosion et corrosion est nécessaire pour les composants. Le processus le plus simple pour fabriquer du carbure de silicium consiste à combiner du sable de silice et du carbone dans un four à résistance électrique en graphite à une température comprise entre 1 600 °C et 2 500 °C.

Cependant, l'utilisation du carbure de silicium comme matériau semi-conducteur constitue l'un des domaines présentant le potentiel de croissance le plus élevé. La demande de graphite augmente considérablement à mesure que le carbure de silicium remplace le silicium comme matériau semi-conducteur de choix dans de nombreux produits électroniques de la future génération. Comparé aux plaquettes de silicium traditionnelles, le carbure de silicium est supérieur pour un fonctionnement à haute tension et offre des plages de température nettement plus larges et des fréquences de commutation accrues.

La législation fédérale visant à stimuler la fabrication nationale de semi-conducteurs et à renforcer la chaîne d’approvisionnement augmentera également la demande de carbure de silicium et de graphite. Le CHIPS and Science Act a affecté 52,7 milliards de dollars au financement des programmes d’incitation aux semi-conducteurs autorisés par le CHIPS for America Act de 2021.

Dans l’industrie des semi-conducteurs, l’un des principaux moteurs de l’utilisation du graphite est la croissance de monocristaux de carbure de silicium raffinés dans divers processus en aval. La croissance cristalline commence avec une poudre de carbure de silicium consommable comme matériau source. La poudre s'évapore lorsqu'elle est exposée à des températures supérieures à 2 000 °C à l'intérieur d'un réacteur de croissance cristalline. Au cours du processus, les molécules de silicium et de carbone formées en phase gazeuse cristallisent lentement sur un disque de très haute qualité composé de carbure de silicium.

Le graphite est utilisé sous de nombreuses autres formes pour permettre aux équipements de résister à des températures élevées, comme les revêtements de four, les échangeurs de chaleur, les accessoires de fonderie et les électrodes. En tant que tel, le processus se déroule dans un creuset en graphite entouré d’une isolation thermique en graphite.

Dans l'industrie, les fournisseurs de graphite exploitent souvent des fours vieux de plusieurs décennies et peuvent être prêts à augmenter leur capacité en remplaçant des équipements ou en construisant de nouvelles installations. Même parmi les options de fours de nouvelle génération, il peut exister des différences substantielles dans la manière dont le fabricant aborde les problèmes de sécurité, de fiabilité, de configuration et de contrôle dans la conception des équipements.