A crescente demanda por grafite purificada estimula a necessidade de alta

A estrutura atômica do grafite pode suportar temperaturas extremas de forno em um ambiente corrosivo.

A procura global de grafite está a aumentar e espera-se que continue durante décadas, impulsionada pela ampla utilização de grafite numa gama de produtos, tais como baterias para automóveis EV e sistemas de armazenamento de energia, LEDs, equipamentos solares, semicondutores de alto desempenho e componentes críticos em fornos de alta temperatura.

Numa reviravolta irónica, os fornos que produzem grafite de alta pureza também requerem componentes fabricados a partir de grafite e materiais relacionados, como carbono reforçado com fibra. A estrutura atômica exclusiva do grafite lhe confere a capacidade de suportar temperaturas extremas de forno em um ambiente corrosivo, tornando-o uma escolha ideal como material crítico em zonas quentes usadas em fornos industriais.

“O grafite encontrado na natureza tem forma cristalina; quando extraído de uma mina, geralmente apresenta cerca de 90% de teor de carbono. Fornos especializados de alta temperatura criam grafite sintética com aproximadamente 99,5% de teor de carbono. Se a aplicação exigir maior pureza, equipamentos especializados podem reduzir as impurezas para a faixa de partes por milhão”, disse Thomas Palamides, Gerente Sênior de Produtos e Vendas - Fornos Industriais da PVA TePla America, um fornecedor global de equipamentos de fornos industriais personalizados para a indústria de grafite. .

Para os fornecedores de grafite, a crescente procura de grafite sintética com elevado teor de carbono e as iniciativas do governo federal para restaurar a produção doméstica de semicondutores nos EUA estão a impulsionar a necessidade de sistemas de fornos eléctricos de maior capacidade que produzam uma maior carga útil em menos tempo. Como o processo de purificação de materiais envolve temperaturas extremas e gases nocivos, essas ferramentas industriais exigem controles de processo altamente especializados e recursos de segurança.

Em diversas indústrias, existem muitos usos para o carboneto de silício, em cuja produção a grafite é um componente essencial.

A dureza superficial superior do carboneto de silício facilita seu uso em aplicações de engenharia onde um alto grau de resistência ao deslizamento, ao desgaste erosivo e corrosivo é necessário para os componentes. O processo mais simples para fabricar carboneto de silício é combinar areia de sílica e carbono em um forno de resistência elétrica de grafite a uma temperatura entre 1.600 °C e 2.500 °C.

No entanto, o uso do carboneto de silício como material semicondutor é uma das áreas com maior potencial de crescimento. A demanda por grafite está crescendo substancialmente à medida que o carboneto de silício substitui o silício como material semicondutor preferido em muitos produtos eletrônicos da geração futura. Comparado aos wafers de silício tradicionais, o carboneto de silício é superior para operação em tensões mais altas e oferece faixas de temperatura significativamente mais amplas e frequências de comutação maiores.

A legislação federal para estimular a produção nacional de semicondutores e fortalecer a cadeia de abastecimento também aumentará a demanda por carboneto de silício e grafite. A Lei CHIPS e Ciência destinou US$ 52,7 bilhões para financiar programas de incentivo a semicondutores autorizados pela Lei CHIPS for America de 2021.

Na indústria de semicondutores, um dos principais impulsionadores do uso de grafite é o crescimento de monocristais de carboneto de silício refinados em vários processos downstream. O crescimento do cristal começa com um pó consumível de carboneto de silício como material de origem. O pó evapora quando exposto a temperaturas acima de 2.000 °C dentro de um reator de máquina de crescimento de cristais. No processo, as moléculas de silício e carbono formadas na fase gasosa cristalizam lentamente em um disco de altíssima qualidade composto de carboneto de silício.

A grafite é usada em muitas outras formas para permitir que equipamentos resistam a altas temperaturas, como revestimentos de fornos, trocadores de calor, acessórios de fundição e eletrodos. Como tal, o processo ocorre num cadinho de grafite rodeado por isolamento térmico de grafite.

Na indústria, os fornecedores de grafite muitas vezes operam fornos com décadas de existência e podem estar prontos para ampliar a capacidade substituindo equipamentos ou construindo novas instalações. Mesmo entre as opções de fornos da próxima geração, pode haver diferenças substanciais na forma como o fabricante aborda as questões de segurança, confiabilidade, configuração e controle no projeto do equipamento.