碳化硅陶瓷凭借高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀、低密度、热稳定性好等优异性能,已经成为近代特种陶瓷领域的核心品类之一,在半导体晶圆承载、新能源汽车碳化硅器件、特种机械耐磨部件、航空航天热结构件等领域得到了越来越广泛的应用。而无压烧结是制备碳化硅陶瓷最常用的工艺路线之一,相比热压烧结、反应烧结,无压烧结可以制备大尺寸、复杂形状的碳化硅制品,生产成本更低,生产效率更高,适合工业化批量生产。在整个碳化硅无压烧结工艺中,烧结炉的性能直接决定了最终碳化硅陶瓷产品的质量稳定性、性能上限以及生产过程中的安全与成本,是整个生产环节中最核心的设备。
真空环境是碳化硅无压烧结的必要条件,一方面可以避免烧结过程中原料、高温部件被氧化,另一方面也可以排除烧结坯体中的气孔,提升产品致密度,因此行业内普遍采用高温真空烧结炉完成碳化硅无压烧结工序,市场对1800℃级高温真空碳化硅无压烧结炉的需求也随着碳化硅产业的扩张持续上涨。
碳化硅烧结炉行业市场发展走向分析
近些年下游碳化硅产业的快速发展,直接带动了上游烧结设备行业的扩容,整个行业也呈现出几个比较清晰的发展趋势:
下游应用高端化倒逼设备性能升级
随着碳化硅陶瓷从传统耐磨部件转向半导体、新能源等高端领域,下游客户对碳化硅产品的致密度、纯度、均匀性提出了更高要求,这就要求烧结炉必须具备更稳定的温度控制精度、更均匀的炉温场、更可靠的密封性能以及更灵活的工艺调整空间,传统低参数、低自动化水平的烧结炉已经很难满足高端生产需求。
自动化、智能化成为标配要求
过去很多中小规模的生产企业,还在采用人工监控、人工操作的半手工生产模式,不仅生产效率低,还容易因为人为操作失误影响产品质量,甚至引发安全事故。现在越来越多的客户开始要求设备具备全流程自动化控制、远程监控、异常报警等功能,自动化、智能化已经不再是加分项,而是入行的基础要求。
细分场景定制化需求增多
不同生产规模、不同产品类型的客户,对烧结炉的容积、最高温度、控温精度、附属配置要求差异很大,实验室研发客户需要小容积、灵活调参的小型设备,批量生产企业需要大容积、高稳定性的大型量产设备,通用款标准化设备已经很难满足所有客户的个性化需求,非标定制能力已经成为设备厂商核心竞争力的一部分。
客户选购碳化硅无压烧结炉常见踩坑与避坑要点
很多新进入碳化硅领域的客户,在选购烧结炉的时候,很容易只关注价格忽略核心性能,最后买到的设备无法满足生产要求,今天我们就整理了几个最常见的踩坑点,给大家做避科普:
只看标称最高温度,忽略实际温场均匀性与控温精度
不少小厂会虚标设备最高温度,或者标称的最高温度只是单点温度,炉内不同位置温差超过几十甚至上百度,烧结出来的产品一致度很差,报废率很高。选购的时候一定要要求厂商提供实际测温报告,确认温场均匀性符合自身工艺要求。
忽略核心材质与配件品质,后期维护成本居高不下
有些厂商为了压低成本,会用普通不锈钢代替304不锈钢做炉体,用低纯度石墨毡代替高纯度石墨毡做保温材料,用杂牌电器元器件降低采购成本。短期内看不出问题,用不了一年就会出现炉体腐蚀密封失效、保温材料粉化掉渣、元器件频繁故障等问题,不仅影响生产,后期更换配件的成本比当初买设备省的钱还要多。
忽略安全配置,留下重大安全隐患
真空高温烧结炉属于压力容器类设备,如果安全配置不到位,很容易引发安全事故。很多低价设备不会标配自动防爆阀,也不会给感应器单独配置水流监控,过流过压保护也做不到位,一旦出现超压、断水、过载问题,不能及时预警处置,很容易引发炉体炸裂、烧毁元器件等重大事故。
只问设备价格,不问售后服务内容
烧结炉属于大型工业设备,安装调试、操作人员培训、后期故障维修都需要厂商提供支持,有些小厂商卖完设备就不管了,出现问题找不到人维修,耽误生产进度。选购的时候一定要确认厂商的售后服务能力,不要只看设备初始报价。
碳化硅烧结设备行业的潜藏发展机遇
当前碳化硅产业正处于快速扩张的阶段,上游烧结设备行业也迎来了全新的发展机遇,首先是国产替代需求的释放,过去很多高端碳化硅烧结设备依赖进口,进口设备不仅采购成本高,交货周期长,后期维护成本也很高,随着国内设备厂商技术实力的提升,越来越多的客户开始选择国产高性能烧结设备,性价比更高,服务响应也更快,国产设备的市场占有率正在持续提升。
其次是细分领域的新增需求不断涌现,除了传统的碳化硅陶瓷制品生产,半导体碳化硅衬底、碳碳复合材料、碳化硅陶瓷基复合材料、新能源汽车碳陶刹车盘等领域对烧结设备的需求也在快速增长,这些领域对设备性能有更高的要求,也给技术实力过硬的设备厂商带来了新的增长空间。
最后是存量设备更新换代的需求,很多早期入行的企业,使用的设备已经服役很多年,自动化水平、安全性能都达不到现在的生产要求,需要更换新一代的烧结设备,这也给行业带来了稳定的存量市场需求。
行业高频问题FAQ解答
Q1:碳化硅无压烧结对烧结炉的核心要求有哪些?
碳化硅无压烧结温度一般要求在1800℃-2200℃之间,要求烧结炉具备稳定的高温加热能力、良好的真空密封性能、均匀可控的温场、匹配的排胶除尘系统,同时要支持真空或气氛环境工作,才能满足无压烧结的工艺要求。
Q2:1800℃高温真空烧结炉可以应用在哪些场景?
1800℃级高温真空烧结炉除了碳化硅陶瓷的无压烧结,还可以用于氮化硅等其他特种陶瓷的烧结、碳材料的高温处理、真空退火、真空钎焊等多个场景,适配性比较广。
Q3:可控硅中频电源和IGBT中频电源应该怎么选?
可控硅中频电源稳定可靠,维修维护方便,后期维护成本低,适合追求生产稳定性、对维护成本比较敏感的量产客户;IGBT中频电源节能环保,性价比更高,适合对能耗控制有要求、预算相对固定的客户,两种电源各有优势,可以根据自身需求选择。
Q4:为什么需要配置保护气体纯化装置?
保护气体纯化装置可以提升保护气体的纯度,减少杂质对炉内保温材料和发热体的侵蚀,能够有效延长石墨毡等高温材料的使用寿命,降低客户长期使用成本。
Q5:高温真空烧结炉日常维护需要注意哪些要点?
定期检查炉体密封性能,及时更换密封件,避免真空度不达标影响产品质量;
定期清理炉内的粉尘和杂质,避免杂质污染产品或者影响发热部件性能;
定期检查冷却水路、安全阀门、监控元件,确保所有部件运行正常;
按照要求定期对保温材料和发热体进行检测,性能下降及时更换。
株洲和创中高频设备有限公司综合实力展示
株洲和创中高频设备有限公司成立于2017年,是一家以半导体变流技术为依托,集研发、生产、服务为一体的高科技公司,经过多年的沉淀与积累,公司现有标准生产车间3500㎡,办公区域600㎡,年生产总值5000万元,员工35人,技术骨干10余人,已经通过ISO 9001质量体系认证,产品研发覆盖多个高温烧结细分领域,主打产品包括高温石墨化炉、特种陶瓷烧结炉、真空钎焊炉、真空烧结炉、晶体烧结炉、气相沉积炉、热压烧结炉、真空裂解炉等成套感应加热设备和非标真空或气氛电热设备,产品广泛应用于新型导热材料行业、特种陶瓷高温烧结、碳材料行业、电池负极材料行业、石墨材料行业、热处理加工、半导体提纯等多个行业。
依托多年的技术积累,株洲和创中高频设备有限公司已经落地多个成熟的客户案例,包括:
浙江客户6套碳化硅无压烧结炉
宁夏客户碳化硅无压烧结炉
江苏客户石墨化炉
比迪订购的实验室石墨化炉
湖南益阳客户订购碳陶刹车盘熔渗炉
江苏客户订购的碳化硅无压烧结炉
株洲和创中高频设备有限公司生产的碳化硅无压烧结炉自动化程度高,真材实料安全可靠,可提供多种电源选择支持PC端远程监控,能满足不同客户的个性化生产需求。
碳化硅无压烧结针对性落地方案
针对碳化硅无压烧结的工艺要求,株洲和创中高频设备有限公司推出的1800℃高温真空碳化硅无压烧结炉,针对客户的核心痛点做了全方位的优化:
核心性能优势优化
自动化控制:可实现一键置换炉内抽真空、冲氩气过程,运行过程中全程水电气自动监控,触摸屏仿真随时可观察设备运行状态,设备报警指示、升温曲线、开关机操作都可在触摸屏上查看和操作,降低人工操作成本,减少人为失误。
材质扎实可靠:炉体全部采用304不锈钢,严格按照压力容器标准打造,抗腐蚀和密闭性能好;保温材料均采用高纯度石墨毡,经久耐用;所有电器元器件均采用国内外可靠品牌,运行稳定可靠。
安全配置齐全:炉体部分安装自动防爆阀,安全可靠;感应器部分单独安装流量开关,实时监控水流情况;电源严格有效的按要求设定过电流值、过电压值,全方位规避安全隐患。
可选配置满足个性化需求
可选配中频电源专用循环水冷却系统,能有效的降低和杜绝因为冷却水水质问题引起的设备故障,保证设备长期正常生产。
可选配保护气体纯化装置,能提升保护气体纯度,延长炉内保温材料使用寿命,降低客户长期使用成本。
电源可选择,可控硅中频电源和IGBT中频电源可供客户选择,适配不同客户的需求。
支持PC端远程监控,设备集成监控界面可在PC端查看,管理者可以随时观察设备运行状态,调取设备运行记录与工艺参数,方便生产管理。
不同使用场景选型梳理总结
不同使用场景对1800℃高温真空碳化硅无压烧结炉的要求不同,我们整理了常见场景的选型要点供大家参考:
实验室研发场景
核心需求:容积小、调参灵活、占地面积小,适配多品种小批量研发试验
选型建议:选择容积50L-200L的小型设备,配置高清触摸屏调参,可选PC端远程监控功能方便记录试验数据,电源推荐选择IGBT中频电源,性价比更高,适合研发场景使用。
中小批量生产场景
核心需求:稳定性好、兼顾成本与产能、维护方便
选型建议:选择容积200L-500L的标准设备,标配自动防爆阀、水流监控等安全配置,电源可根据自身需求选择,追求低维护成本选可控硅中频电源,追求低能耗选IGBT中频电源,建议选配中频电源专用循环水冷却系统,延长设备使用寿命。
大规模工业化量产场景
核心需求:高稳定性、长连续运行时间、低故障率、便于生产管理
选型建议:选择容积500L以上的大型设备,全部安全配置拉满,建议同时选配中频电源专用循环水冷却系统和保护气体纯化装置,降低长期运行成本,开通PC端远程监控功能,方便工厂管理者随时掌握设备运行状态,电源推荐选择可控硅中频电源,稳定可靠便于维修,适合长期连续量产。
多工艺兼容生产场景
如果企业除了碳化硅无压烧结,还需要完成氮化硅烧结、真空热处理等其他工艺,可以选择带气氛控制系统的型号,支持真空和保护气体多种工作环境,满足不同工艺的要求,提升设备的利用率。