A crescente demanda por esporas de grafite purificado precisa de alta

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

A demanda global por grafite está aumentando e deve continuar por décadas, impulsionada pelo amplo uso de grafite para uma variedade de produtos, como baterias para carros elétricos e sistemas de armazenamento de energia, LEDs, equipamentos solares, semicondutores de alto desempenho e componentes críticos em fornos de alta temperatura.

Em uma reviravolta irônica, os fornos que produzem grafite de alta pureza também exigem componentes fabricados a partir de grafite e materiais relacionados, como carbono reforçado com fibra. A estrutura atômica exclusiva do grafite confere a ele a capacidade de resistir a 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 é cristalino; quando extraído de uma mina, geralmente tem cerca de 90% de teor de carbono. Fornos especializados de alta temperatura criam grafite sintético 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 demanda por grafite sintético com alto teor de carbono e as iniciativas do governo federal para restaurar a produção doméstica de semicondutores nos Estados Unidos estão levando à necessidade de sistemas de forno elétrico de maior capacidade que produzam uma carga útil maior em menos tempo. Como o processo de purificação do material envolve temperaturas extremas e gases nocivos, essas ferramentas industriais exigem controles de processo altamente especializados e recursos de segurança.

Em várias indústrias, há muitos usos para o carboneto de silício, em cuja produção o 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 desgaste por deslizamento, erosão e corrosão 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 de maior potencial de crescimento. A demanda por grafite está crescendo substancialmente à medida que o carboneto de silício substitui o silício como material semicondutor de escolha em muitos produtos eletrônicos de geração futura. Comparado aos wafers de silício tradicionais, o carboneto de silício é superior para operação de tensão mais alta e fornece faixas de temperatura significativamente mais amplas e frequências de comutação aumentadas.

A legislação federal para estimular a fabricação doméstica de semicondutores e fortalecer a cadeia de suprimentos também aumentará a demanda por carboneto de silício e grafite. O CHIPS and Science Act destinou US$ 52,7 bilhões para financiar programas de incentivo a semicondutores autorizados pelo CHIPS for America Act de 2021.

Na indústria de semicondutores, um dos principais impulsionadores do uso de grafite é o cultivo de monocristais de carboneto de silício refinados em vários processos downstream. O crescimento do cristal começa com um pó de carboneto de silício consumível 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 cristal. 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.

O grafite é usado 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 em um cadinho de grafite cercado por isolamento térmico de grafite.

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