曾几何时,高端石墨制品领域是国外企业的天下。日本东洋碳素、德国西格里等国际巨头,凭借着先进的纯化与加工技术,垄断了全球高端石墨市场,国内的半导体、光伏企业想要采购高纯石墨制品,不仅要付出高昂的价格,还要面临漫长的交付周期,甚至在关键时期还会面临 “卡脖子” 的风险。而如今,经过多年的技术攻坚,国内企业已经实现了从追赶到并跑的跨越,高端石墨制品的国产替代正在全面加速。
在过去,国内的石墨纯化技术只能将产品的纯度做到 4N(99.99%),而半导体、第三代半导体领域需要的是 6N(99.9999%)甚至更高的纯度,尤其是硼、铝等痕量元素,需要控制在 0.01ppmw 以下,这是当时国内技术无法突破的瓶颈。为了突破这个壁垒,国内的研发团队开始了漫长的攻坚之路,山西中电科的研发团队就是其中的代表。他们从 2019 年开始,瞄准 2400℃的高温纯化技术,一步步攻克了高温测温、气流均匀性、高真空环境等一系列难题,最终研发出了自主的高温纯化炉。
从第一代实现 “从 0 到 1” 的突破,到第二代提升产能、降低能耗,再到第三代实现 6N 的超高纯度,将硼、铝元素控制在 0.01ppmw 以下,再到第四代搭载智能工艺系统,实现一键式全自动生产,仅仅用了 5 年时间,国内的纯化装备就完成了四代迭代。如今,国产的高温纯化炉,价格仅为国外同类产品的 1/4 到 1/5,交付周期从 1 年缩短到 3 个月,而产品的纯度却达到了国际先进水平,完全可以满足半导体级的应用要求。
除了纯化技术,加工技术的突破也同样重要。过去,高端石墨制品的精密加工技术被国外垄断,而现在,国内企业已经掌握了五轴联动的精密加工技术,可以实现 ±0.02mm 的加工精度,同时还开发出了 SiC 复合涂层等表面强化技术,让石墨制品的抗氧化、耐腐蚀性能提升了数倍。宁夏的企业研发的第三代半导体用超纯超细石墨,已经实现了批量生产,技术指标完全达到了国外同行的标准,打破了国外的垄断。
这些技术突破,彻底改写了市场的格局。数据显示,过去高端特种石墨的进口依赖度高达 60%,而现在,国内头部企业的产品已经可以覆盖大部分高端应用场景,国外同类装备在国内市场的销量几乎降至零。不仅如此,国产的高端石墨制品还开始出口海外,为全球的新能源、半导体企业提供配套。
从依赖进口到自主可控,从技术追赶到行业领跑,高端石墨制品的国产替代之路,正是我国高端材料产业突围的一个缩影。随着技术的不断进步,未来,国产高端石墨制品将会在更多的领域实现突破,为我国的高端制造产业提供更坚实的材料保障,真正实现关键核心技术的自主可控。