石墨发热体

石墨发热体是指用石墨材料制成的电炉，用于加热加热元件部分。石墨具有优异的电导和热导性能。石墨常被用作特殊工业炉或电炉中的加热元件。在工业电炉早期阶段，使用石墨电极作为加热元件，后来采用高密度高功率电极作为加热元件。随着半导体行业的发展，用于提纯单晶硅、单晶锗、砷化镓、磷和铟等材料的加热炉，选择高纯度细结构石墨和各向同性石墨作为加热元件。

▍石墨发热体的主要性能

石墨的氧化速度和挥发速度影响加热元件的使用寿命。当真空度为10-3〜10-4 mmHg时，操作温度应低于2300℃。在保护气氛（如氢气、氮气、氩气等）中，操作温度可达到3000℃。石墨不能在空气中使用，否则会氧化消耗。

石墨的热膨胀系数小，温度升高时尺寸稳定，这是加热元件结构设计中的一个重要特性。

石墨的机械强度在2500℃以下随温度升高而增加，当温度超过2500℃时，强度迅速下降。

石墨的热导率随温度升高而降低。当炉子在高温下运行且加热元件壁厚较大时，加热元件表面与中心的温差较大，导致更大的热应力。

尽管石墨的电阻率相对较大，但为了增加加热元件的强度，其侧壁应有一定的厚度。因此，加热元件的总电阻非常低，并随不同批次的材料变化。需要配备低压、大电流变压器。石墨具有高机械强度、高热导率和低热膨胀系数，因此具有良好的热冲击抵抗能力，可以减少高温下的裂纹出现。

石墨发热体的优化设计

研究人员对改进前后石墨发热体结构的模拟计算结果进行了比较分析，得出以下结论：

1. 改进石墨发热体结构后，石墨筒内温度场的均匀性显著提高。

2. 改进石墨发热体结构后，靠近石墨筒门的烧结产品低温问题得到了极大改善。

改进后，靠近石墨筒门的烧结产品与其他位置的温差较小，这提高了整个炉内烧结产品的表面温度均匀性，在确保整个炉内烧结产品质量方面起着重要作用。

3. 改进石墨发热体结构后，虽然烧结产品的表面温度仍呈现外高内低的分布，但较高温度区域不再是顶部和中部的烧结产品。这对改善靠近炉门的烧结产品表面温度起到了重要作用，大大减少了由于炉门处缺少加热元件造成的影响，提高了整个炉内烧结产品的表面温度均匀性。