国产高纯炭素热场材料

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1、国产高纯碳素热场材料在半导体、太阳能硅晶体生长领域的应用及其节能效果湖南南方搏云新材料有限责任公司总经理蒋建纯湖南长沙410100提要：国产高纯碳素热场材料通过集成创新，在单晶硅生长炉、多晶硅铸锭炉、氢化炉等多个领域获得成功的应用。成功地替代了进口石墨材料及其产品，成功地实现硅晶体生长热场材料的更新换代。工业使用证明，新材料、新系统较传统系统节能20－25％。1.     高纯石墨的进口依存度中国国内石墨生产厂家有数百家，都只能制造化工、冶金工业电极和碳刷等小尺寸、低纯度、粗结构的石墨锭，没有生产满足半导体、太阳能硅晶体生长炉用

2、大尺寸、高纯度、细结构、高强度的石墨的厂家。晶圆、硅棒、晶体生长设备日益大型化，中国能拉制6英寸硅棒的CZ硅晶体生长炉多达6000台，定向结晶硅锭炉1000多台、多晶硅尾气回收系统的热氢化炉上百台。这些设备配置的高纯石墨炭素材料全部依赖进口。大量需求使高纯石墨的售价从5年前的3－6美元/公斤提高到现在的15－30美元/公斤。一套拉制6英寸硅单晶的热场售价达30万元，可拉制8英寸或12英寸硅棒的28英寸热系统，进口价要200万元/套；投料450公斤左右的定向硅结晶炉的热场售价高达100万元/套。我国2005年进口高纯石墨耗资1亿美

3、元；06、07、08年分别耗资为1.5亿、2亿、4亿美元。按照行业的现有基础，预计2010年这类材料进口耗资10亿美元。2.高纯石墨碳素材料的货源中国用高纯石墨碳素材料，主要来自于日本。日本东洋碳素，日本东海，吴羽化学，日本特殊炭素新日铁公司等。日本的石墨出口限制很严。2005年以前，企业每年办理一次一般许可证就能正常进口石墨料，后来要求一个月办一次一般许可证；2005年4月份开始要求办特别许可证。每月一审批，进口石墨的数量、规格受到严格限制。特别是硅单晶炉加热器、保温筒的IG-58石墨料，是国际原子能协会认定的核反应堆的专用材

4、料，控制的更为严格。给中国供应石墨碳素制品的还有德国西格里公司、法国罗兰公司等。罗兰公司进军中国市场，在重庆投资建设高纯度石墨生产厂，2007年底开始生产，2008年开始正常供货，据说二期建设完工，石墨产能达到5000吨。由于硅材料产业发展迅速，石墨供应紧张情况一直很难缓解。石墨生产周期很长，属于高耗能、强污染行业。国外厂家扩产计划没有适时实现。国外订货周期长达8个月以上；国外限制向中国出口高质量石墨，同时一直控制着石墨加工技术市场。中国高纯石墨碳素材料的高进口依存度，存在着极大的风险。3.高纯碳－碳复合热场材料的优越性碳－碳复

5、合材料的比重轻，纯度高，耐高温，抗热震，高温强度、刚度、韧性高，机械强度可达石墨的5至10倍以上。湖南南方搏云新材料有限责任公司等单位生产碳－碳复合材料热场件的，采用的是少无切削加工工艺，或者叫做近净成形工艺。例如一个高700mm直径700mm的加热器，用碳－碳复合材料制造，净重只有47kg。消耗的材料重量只有用石墨棒材加工耗用材料的13分之一；石墨材料生产周期长达半年，碳－碳复合材料制品生产周期只有1到2个月。两者比较，碳－碳复合材料制品的节能、节材效果明显。全碳－碳复合材料硅单晶系统成晶条件好，成晶区域寛；无放气现象，煅烧时

6、间短，成材率高，节能显著；整个热场系统操作方便，使用寿命长，性价比较常规热场大幅提高。20＂、22＂、24＂以上的热系统性价比提高幅度更大。为提高集成电路和太阳能电池产品的质量和降低成本，硅晶圆、单晶硅棒的直径越来越大。世界上12＂抛光片的生产线越来越多。有专家建议，新建抛光线不能是8＂、应直接上12＂抛光线。这就意味着直径300mm的晶圆很快就会成为主流产品。拉制12＂晶棒，坩埚至少在28英寸以上，拉晶炉的炉膛加大到1500mm。碳－碳复合材料的热场系统较石墨材料制造这种大系统性价比会高出3倍。进口一套28英寸热场系统，耗资2

7、00万元，国产的碳－碳复合材料热场系统价格只有进口系统的60％以下，使用寿命则会高出2倍以上。4国产碳－碳复合热场材料的产业化进程以湖南南方搏云新材料有限责任公司为代表的厂家，围绕高纯石墨碳素材料制品，开展了技术研发与技术转化工作。依靠自主创新，设计和制造了低密度、密度梯度、高密度几类材料；依靠有自主知识产权的大型真空炉设计制造技术，保证了材料制备的主要手段；依靠有自主知识产权的单晶硅生长炉热场系统设计技术，推出了单晶硅生长炉热场系统、多晶硅铸锭炉热场系统、氢化炉保温热场等产品；依靠公司自主开发的热场制品的近净成形技术，成功制造

8、了各种类型、各种规格的产品；公司依靠自己建立和打造的研发队伍，依托中南大学的技术支持和检测试验手段，利用较强的核心技术创新能力，推出了许多新工艺、新设备，开发了大量的新产品。2008年，攻克了氢化炉加热器这一世界性难题。随着一个个产品的工业性应用考核成功，一个个