碳碳热场凭借抗折强度≥150MPa、导热系数低于30W/(m·K)等性能优势,已在大尺寸硅片拉晶环节对等静压石墨形成明显替代,中国企业凭借成本与工艺优势在全球碳碳热场供应中占据主导地位,海外企业则更多集中于等静压石墨环节。
碳碳热场对等静压石墨的性能优势
碳碳热场(碳基复合材料热场)是单晶炉内坩埚、导流筒、保温筒等系列部件的总称。与传统的等静压石墨相比,碳碳热场在多个关键指标上具备显著优势:
| 指标 | 碳基复合材料 | 等静压石墨 |
|---|---|---|
| 抗折强度 | ≥150 MPa | 38-60 MPa |
| 导热系数 | <30 W/(m·K) | 80-140 W/(m·K) |
| 密度 | 1.6 g/cm³ | 1.8 g/cm³ |
抗折强度越高,意味着热场部件能承载更大的重量、安全性更高、使用寿命更长,这与大硅片趋势下“一炉料质量变大”的需求高度契合。同时,碳基材料导热系数更低,隔热性能更好。在制备工艺上,碳碳热场通过预制体沉积成型,类似“3D打印”;而石墨热场需从整块石墨中机加工挖出,类似“做木雕”,后者在部件体积变大时材料损耗显著增加。
中国在全球热场材料供应格局中的位置
碳碳热场对等静压石墨的替代自2016年起加速推进。在坩埚部件中,碳基复合材料占比从2010年的不足10%提升至2020年的超过95%,而等静压石墨占比同期从超过90%降至不足5%;导流筒、保温筒等部件中碳基复合材料的渗透率也已超过55%。
在这一替代进程中,中国企业凭借预制体自制能力与成本优势成为全球碳碳热场的主力供应商。国内头部企业如金博股份、天宜上佳等均具备预制体自制能力,其中金博股份在预制体制备技术上具有领先性,拥有碳纤维成网技术、布网复合针刺技术、自动送料针刺技术等特有技术。全球范围内,海外企业更多集中于等静压石墨材料环节,碳碳热场的供应格局由中国企业主导。
常见问题
碳碳热场为什么会替代等静压石墨?
因为碳碳热场在抗折强度(≥150MPa vs 38-60MPa)、隔热性能(导热系数<30 vs 80-140 W/(m·K))上全面优于等静压石墨,且制备工艺更贴近大硅片趋势,在大尺寸部件上成本边际变动更小。
中国企业在全球碳碳热场中处于什么位置?
中国企业是全球碳碳热场的主要供应方,头部厂商均具备预制体自制能力,在成本与工艺上具备较强竞争力。海外企业则更多集中在等静压石墨环节。
碳碳热场企业还有哪些拓展方向?
热场公司基于预制体工艺可横向拓展至储氢瓶、碳陶制动盘、碳纸(燃料电池气体扩散层)等领域,这些业务在工艺上与预制体制备相通。