过程工程学报 ›› 2021, Vol. 21 ›› Issue (3): 323-331.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220030
王启立1*, 张锋涛1, 高晓峰1, 胡建文2
Qili WANG1*, Fengtao ZHANG1, Xiaofeng GAO1, Jianwen HU2
摘要: 本工作以煤焦颗粒和高温煤沥青为原料制备高纯石墨,测试并分析了其微观结构和主要物理性能,将其应用于多晶硅制备工艺的还原炉,发挥夹持硅芯、有效导电和传热作用,探索提升还原炉内生产可靠性和石墨组件复用率的措施。结果表明,高纯石墨试样结构总体较光滑,在不同尺度下局部和整体均展现出良好的结构相似性。制备的高纯石墨材料具有突出的物理性能,体积密度为1.84~1.88 g/cm3,肖氏硬度为55.2~62.4 Hs,抗折强度为33.9~45.6 MPa,抗压强度为66.3~78.8 MPa,热膨胀系数为3.76×10–6/℃~4.08×10–6/℃,电阻率为8.92~11.98 μΩ?m,灰分含量为133~202 mg/kg,各项指标表现优异。根据元素成分分析,碳元素占主体,含量为88.71wt%~90.57wt%,原子含量为92.09at%~93.25at%。除了基体碳元素外,其他元素主要有O, S, Si和Al,O的质量含量为7.15wt%~9.79wt%,原子含量为5.61at%~7.57at%。除C, O两种元素外,其他元素含量均较低,原子含量均低于1at%。通过分析还原炉中硅芯因导电不均质和热量集中引起的“亮点”和“倒棒”现象,优化石墨组件结构,将石墨帽的复用率从5.85%提升至7.28%,石墨座的复用率从7.95%提升至9.01%,倒棒率从14.22%降为4.43%,有效地保障了还原炉内安全生产,降低了硅棒废品率和生产成本,展示了煤基高纯石墨在硅晶材料制备领域的良好应用前景。