de.wedoany.com-Bericht: Kürzlich wurde das Projekt „Schlüsseltechnologie, -ausrüstung und -anwendung zur Reinigung von hochreinem Graphit“ (高纯石墨提纯Schlüsseltechnologie), das von der CETC Shanxi Electronic Equipment Co., Ltd. (kurz: CETC Shanxi) gemeinsam mit der China Minmetals Corporation (China Minmetals) durchgeführt wurde, von der China Non-Metallic Minerals Industry Association mit dem ersten Preis der Non-Metallic Mineral Science and Technology Awards 2025 ausgezeichnet. Das Forschungsteam überwand die drei großen technischen Hürden der Ultrahochtemperatur-Temperaturregelung, der Ofenraumbegasung und der Ultrahochvakuum-Stabilisierung und entwickelte erfolgreich einen Hochtemperatur-Reinigungsofen, der Graphitverunreinigungen effizient bei 2400°C unter Ultrahochvakuum entfernen kann. Die Produktreinheit erreicht 99,99995 % (6,5 N) und damit internationales Spitzenniveau. Derzeit wird die Anlage bereits in Serie produziert und in die Produktionslinien inländischer Unternehmen für neue Materialien und neue Energien integriert.
Aufgrund seiner Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird Graphit in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Nuklearindustrie als „industrielles schwarzes Gold“ bezeichnet. Naturgraphit hat jedoch typischerweise eine Reinheit von etwa 95 %, während hochpräzise Bereiche wie die Halbleiter- und Luft- und Raumfahrtindustrie ultrahochreinen Graphit mit einem Kohlenstoffgehalt von über 99,99 % benötigen. Zuvor war die Ausrüstung zur Reinigung von hochreinem Graphit lange Zeit durch ausländische Technologieblockaden eingeschränkt, was zu hohen Gerätepreisen und langen Lieferzeiten führte und die Entwicklung der chinesischen Industrie erheblich behinderte.
Im Jahr 2018 startete CETC Shanxi gemeinsam mit Universitäten wie der Nankai-Universität und der Nordchinesischen Universität offiziell die technologische Herausforderung. Die erste große Hürde war das Versagen der Temperaturüberwachung – die ursprüngliche inländische Ausrüstung verlor ihre Temperaturmessfähigkeit, sobald die Temperatur 1800°C erreichte. Das Team wechselte zur berührungslosen Infrarot-Temperaturmessung, optimierte diese durch hunderte von Testreihen und setzte eine Zweipunkt-Überwachung mit Kompensationsalgorithmen ein, um den Temperaturmessfehler auf unter 1°C zu begrenzen. Anschließend stieß das Team auf Probleme wie das Durchbrennen von Heizelementen und ungleichmäßige Temperaturfelder. Durch die Auswahl neuer hochtemperaturbeständiger Materialien, die wiederholte Optimierung der Ofenraumstruktur und der Isolationsprozesse sowie hunderte von Kalt- und Heißstarttests wurde schließlich ein stabiler Dauerbetrieb der Anlage bei konstanten 2400°C erreicht.
Die zweite große Hürde war die Ofenraumbegasung. Bei Tests des ersten Prototyps kam es zum Umkippen und Einsturz des Graphit-Rohlings. Das Team erkannte, dass der Reinigungsprozess nicht nur hohe Temperaturen, sondern auch einen gleichmäßigen und stabilen gerichteten Gasstrom benötigt, um Verunreinigungen abzutransportieren. Das Team führte eine gekoppelte Simulationsmodellierung von Gasströmungsfeld und Wärmeübertragung ein, änderte die innere Struktur des Ofens 17 Mal und führte über 100 Simulationen sowie Tests am Ofen durch, um schließlich die Gasströmungsprobleme zu lösen.
Anschließend, als die Industrie höhere Reinheitsanforderungen stellte, wurde die Aufrechterhaltung eines hohen Vakuums bei hohen Temperaturen zu einer neuen Herausforderung. Das Team zerlegte das Problem in zwei Ansätze: „schnell evakuieren“ und „wenig lecken“. Es entwickelte ein intelligentes, gekoppeltes Absaugsystem, das die Evakuierungseffizienz um fast das Dreifache steigerte; modifizierte die Dichtungsstruktur des Ofens, indem es eine sauerstofffreie Kupfer-Schneidendichtung in Kombination mit einer Wellrohr-Wärmekompenationseinrichtung einsetzte, um das Problem von Hochtemperatur-Leckagen zu lösen, und schuf so eine Ultrahochvakuum-Prozessumgebung bei 2400°C und einem Druck von einem Zehntausendstel Pascal. Ende 2019 wurde der erste eigenständig entwickelte vertikale Hochtemperatur-Reinigungsofen Chinas offiziell in Betrieb genommen. Nach der Reinigung lag der Aschegehalt des Produkts unter einem Millionstel, der Gehalt an kritischen Verunreinigungen unter 0,01 ppm und die Reinheit erreichte 99,99995 % (6,5 N), was internationalem Spitzenniveau entspricht. Im Jahr 2024 wurde die Anlage einer intelligenten Modernisierung unterzogen und mit einem intelligenten System ausgestattet, das Produktionsprozesse automatisch generieren kann.
CETC Shanxi ist ein Tochterunternehmen der China Electronics Technology Group (CETC) und spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Schlüsselausrüstungen für hochreine kohlenstoffbasierte Materialien und Lithium-Batterie-Kohlenstoffnanoröhrenmaterialien. Es gilt als nationales „Spezialisiertes und Innovatives kleines Riesen“-Unternehmen. China Minmetals ist das größte und weltweit führende umfassende Bergbauunternehmen Chinas. Sein wissenschaftliches Team unter der Leitung von Wang Jionghui forscht kontinuierlich auf dem Gebiet der Hochtemperatur-Graphitreinigung und hat erfolgreich die großtechnische Produktion von hochwertigen Produkten wie Nukleargraphit und ultrahochreinem Graphit realisiert.
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