1.硅晶生長用石墨材料
在半導體、太陽能光伏發電領域硅晶生長設備用石墨部件有多處，如石墨坩堝、石墨熱場、石墨蓋板、硅片外延用石墨座、石墨保溫罩和炭素保溫材料等，所用石墨部件也隨硅晶尺寸技術的發展，要求石墨坩堝、石墨熱場等材料高純度、大型化，并向高端化精尖技術發展。
硅晶體的尺寸由2英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸至到18英寸，所用石墨坩堝的尺寸也迅速增大。2002年北京有色金屬研究總院拉制出我國第一根直徑18英寸直拉單晶硅棒。直徑18英寸硅單晶拋光片是12英寸的下一代產品，也是未來22nm線寬的64G集成電路的襯底材料，對石墨坩堝技術性能要求也更高。過去Φ500mm以下高純石墨多采用模壓及等靜壓所制高純石墨，可滿足6英寸以下硅晶拉制坩堝需要?，F今晶片發展到12英寸以上最大到18英寸，這些大規格硅晶體用石墨坩堝、石墨熱場也都大型化和特大型了，所用石墨純度也大為提高。
據文獻顯示，日本可生產最大Φ2500mm的冷等靜壓各相同性石墨，國內一般最大為Φ600mm以下各向同性石墨。為適應硅晶用Φ1400mm/Φ1160mm×2300mm石墨，國內某單位采用振動成型法試制過該規格石墨坩堝。根據試驗產品質量可以達到用戶要求。
當前大規格Φ600mm以上石墨坩堝主要依賴國外進口，囯內企業尚無有規模廠商業供貨。國內主要供應商是德國西格里（SGL）上海有限公司和日本上海東洋炭素公司等外企供貨。12英寸、18英寸硅晶片用大規格、特大規模Φ800mm、Φ1200mm、Φ1400mm的石墨坩堝，石墨熱場用各向同性石墨國內亟須研發和生產。
1.1國內硅晶用石墨
半導體，太陽能光伏發電硅晶用石墨以高純度各向同性石墨為主。高純石墨的制造成型分模壓，擠壓，振動成型和冷等靜壓成型，經過焙燒、浸漬、石墨化、純化處理等多道工序制成。由于成型等工序不同，石墨制品的最終技術性能也差異甚大。目前半導體硅晶生產企業認同制作硅晶生長用石墨坩堝和石墨熱場的材料多為冷等靜壓成型的各向同性石墨。由于該石墨異方性在1.05~1.10之間，相比模壓成型石墨，導熱率優良、抗熱振性好、熱膨脹系數低、抗折、抗壓強度高，與石英坩堝配合適宜等因素，目前大多使用各向同性石墨，但是也在研發試用炭/炭復合材料生產坩堝、熱場用硅晶生長的試驗。
在冷等靜壓各向同性石墨生產方面，目前國內受冷等靜壓設備制造和其他因素影響，國內大規格冷等靜壓設備難尋，目前國內約有十幾家具備生產冷等靜壓各向同性石墨生產能力的企業（設備、工藝較完善單位），也有少部分可生產各向同性石墨生產單位，是在設備，工藝不完善（沒設備，沒場地等）情況下找其他行業有該設備的單位代工生產，產品質量不穩定。
目前國內具備生產各向同性石墨，生產設備，工藝等條件的炭材料廠家有成都蓉光炭素公司高純石墨廠、吉林炭素廠、哈爾濱電碳廠、自貢東新電碳公司等單位，但這些單位由于受冷等靜壓機缸體尺寸等因素限制了產品規格的大型化發展，制品規格很難增大。近悉四川某地在建中的一廠家，定制了一臺國產缸體直徑Φ1200mm的特大型冷等靜壓機，有望生產大規格各向同性石墨。目前商業化生產各向同性石墨的廠家成都蓉光炭素公司產品規格較多、質量穩定。產品規格有Φ350mm×450mm×Φ585mm×600mm、400mm×400mm×400mm、900mm×540mm×260mm等，在其最大尺寸范圍內還可按用戶要求尺寸設計加工各向同性石墨。相關技術參數見表4。哈爾濱電碳廠近年也安裝了大型冷等靜壓機在研制大規格各向同性石墨制品。
 目前四川德陽迪泰機械有限公司和天津太平洋機電技術及設備有限公司等單位在冷等靜壓機設計制造方面也在努力開發大規格冷等靜壓設備。據悉2006年四川川西機械廠為外商試制過內徑2050mm長為4700mm的冷等靜壓機，但具體結果筆者不詳。
1.2國外各向同性石墨
由于各向同性石墨有著與其他石墨不同的優良特性，世界各國也都在發展該石墨。據悉日本、
德國、美國、法國、俄羅斯等都在開發、生產、應用各向同性石墨，發展較快的要數日本和德國。據相關文獻顯示，日本近年有幾十家企業在開發、制造各向同性石墨。日本在這一領域發展雖然不算早，但是發展較快。
美、德、法、日四國生產量的各向同性石墨產量占60%以上，產品規格多，產品尺寸大，是世界上各向同性石墨最大的4個國家。由于日本有較強的等靜壓機設計、制造能力，1982年擁有缸體Φ1000mm×700mm等靜壓機，1986年可生產Φ1500mm的各向同性石墨。1999年一臺特大型等靜壓機投入應用，可生產Φ2500mm直徑的各向同性石墨[7]。產品質量優異，產品技術性能參見表5。圖1為各向同性石墨應用比值參考示意圖。
同性石墨不僅應用于半導體材料、航天、冶金、電火花加工、原子能等工業，還擴大到電機制造、生物工程等方面。各向同性石墨應用領域的比值見圖1。
2.炭/炭復合材料
炭/炭復合材料是新型炭材料之一，不但具有石墨的耐高溫、抗氧化等特點，而且還具有機械強度高，使用壽命長等特點。近年研發半導體硅晶生長爐等有關單位也在試用炭/炭復合材料坩堝等部件。我國中南大學粉末冶金研究院在2003年前后就研究炭/炭復合材料在硅晶生長爐用于制造坩堝、熱場、保溫罩等應用開發，如今湖南方博云新材料有限公司已開始制造硅晶生長爐用炭/炭復合材料坩堝和炭纖維、炭氈保溫材料等制品，并在硅晶生產企業試用。
3.特大型各向同性石墨
各向同性石墨規格目前沒有明確劃分界限。根據大家習慣暫稱Φ500mm以下為小型，Φ500mm至Φ1200mm以下為大型，稱Φ1300mm以上規格為特大型。當今世界上日本可稱為大型、特大型各向同性石墨生產國，日本在炭石墨制造中對等靜壓成型方式非常重視，無論是等靜壓設備的設計、制造，到大型、特大型石墨的加工機床配套能力都排世界前列。從20世紀70年代開始制造缸體直徑為Φ200mm的等靜壓成型機到近年直徑為Φ1500mm、Φ2500mm以上的，發展速度很快。德國SGL公司提供的各向同性石墨為Φ1200mm規格的大型石墨。
國內在各向同性石墨Φ500mm以下已產能過剩，但能生產Φ600mm以上甚少，成都蓉光炭素最大規格Φ585mm×600mm、直徑為600mm以下。為解決大型、特大型高純石墨的需要。華南師范大學陳壹華等采用振動成型技術，研制了Φ1400mm/Φ1160mm×2300mm特大型硅晶生長用石墨坩堝制備試驗，技術性能參見表6。主要特性略遜各向同性石墨。但是加工機床、工作平臺、浸漬等設備也難配套，產品質量很難穩定。
經過多年的發展，我國現能設計制造Φ1200mm缸體等靜壓機，目前正在市場化運作，不久將有炭石墨生產企業采用Φ1200mm缸體等靜壓機，生產我國自己制造的大型各向同性石墨，為電子行業提供生產硅晶用大型石墨坩堝等大規格石墨部件，逐漸實現大規格、特大規格各向同性石墨國產化。
4.分析和展望
目前大規格、特大規格各向同性石墨是我國炭石墨制品中的一項缺口及空白，在電子材料半導體、太陽能光伏發電多晶硅、單晶硅用量大幅猛增的情況下，突顯出所用大規格各向同性石墨國產化問題。
由于近年來硅晶產量迅速增長，單單電子行業用各向同性石墨年用進口石墨費用就達10億美元。我國海關在《對加工貿易單耗標準實務手冊》修定時，將電子行業用石墨列出并進行修改，說明國家很重視這一工作，有可能減少石墨進口、減少外匯支出加大國產化比例。但是，目前我國大型各向同性石墨研發制造的瓶頸和不利因素還存在：①大型、特大型冷等靜壓機的設計制造還沒跟上；②其他配套設施不完善，如對大型、特大型（Φ1200mm）石墨件浸漬、焙燒、石墨化、純化處理、機械加工專用機床等都需完善。我們還要認真學習國外的經驗、取其之長、補已之短。
但是外企憑借其雄厚的技術經濟實力，對我囯進行技術封鎖和市場壟斷，已開始在我囯建設大型生產裝置，并增加了在中國的投資，力圖更有效地控制我國市場。在知識產權方面也加緊布置相關保護。這也是我們在新產品研發時不能忽視的一方面。另外還要注意國外的經濟保護和經濟控制。我國硅晶用石墨市場發展環境極為嚴峻，產業面臨巨大的生存壓力與挑戰。國內企業如不能在相對較短的時間內奮起直追，加強研發力度，擴大生產規模，增加大型制造設備，硅晶用石墨在國內將繼續由外企高度壟斷的局面，將直接影響我囯硅晶材料的發展。
當前我國光伏發電已至大規模啟動臨界點，加上冶金、電火花加工等行業對各向同性石墨需求增加，可說是到了大規格各向同性石墨的發展良機。但是，還要做到有序穩健發展?？上驳氖亲罱覈ば挪繝款^開始著手建立多晶硅產業監測，預警體系，牽頭組織成立國內光伏產業聯盟，并與相關部委共同完成全國光伏企業調查工作，在此基礎上，將盡快出臺多晶硅產業發展的指導意見。
作者：李明宇1 鮑 彬2 李 平3 張啟彪3（1.黑龍江科技學院，哈爾濱 150025；2.黑龍江省科學技術情報研究所，哈爾濱 150001；3.哈爾濱電碳研究所，哈爾濱 150030）
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