fr.wedoany.com Rapport : Récemment, le projet « Équipements et applications de la technologie clé de purification du graphite de haute pureté », mené conjointement par la CETEK Electronic Equipment Co., Ltd. du Shanxi (ci-après dénommée « CETEK du Shanxi ») et China Minmetals Corporation (China Minmetals), a remporté le premier prix des sciences et technologies des minéraux non métalliques 2025 décerné par l’Association chinoise de l’industrie des minéraux non métalliques. L’équipe de recherche a surmonté trois défis techniques majeurs : le contrôle de la température ultra-élevée, la distribution des gaz dans la chambre du four et le maintien d’un vide poussé stable. Elle a ainsi réussi à développer un four de purification à haute température capable d’éliminer efficacement les impuretés du graphite dans un environnement à 2400 °C sous vide poussé, atteignant une pureté de 99,99995 % (6,5 N), soit un niveau avancé au niveau international. Actuellement, cet équipement est produit en série et intégré dans les chaînes de production des entreprises nationales de nouveaux matériaux et d’énergies nouvelles.

Le graphite, grâce à ses propriétés de conductivité électrique, de résistance aux hautes températures et à la corrosion, est surnommé « l’or noir industriel » dans des domaines tels que l’aérospatiale et l’industrie nucléaire. Cependant, la pureté du graphite naturel est généralement d’environ 95 %, tandis que les secteurs de pointe comme les semi-conducteurs et l’aérospatiale nécessitent du graphite ultra-pur avec une teneur en carbone supérieure à 99,99 %. Auparavant, les équipements de purification du graphite de haute pureté étaient longtemps soumis au blocus technologique étranger, avec des prix élevés et des délais de livraison longs, ce qui entravait sérieusement le développement des industries connexes en Chine.

En 2018, la CETEK du Shanxi, en collaboration avec des universités telles que l’Université de Nankai et l’Université du Shanxi, a officiellement lancé une offensive technologique. Le premier obstacle était la défaillance de la mesure de la température : les équipements nationaux existants perdaient leur capacité de mesure dès 1800 °C. L’équipe a adopté une mesure infrarouge sans contact et, après des centaines d’essais d’optimisation, a utilisé un algorithme de double point de mesure et de compensation pour réduire l’erreur de mesure à moins de 1 °C. Ensuite, l’équipe a rencontré des problèmes de fusion des éléments chauffants et d’inhomogénéité du champ thermique. En sélectionnant de nouveaux matériaux résistants aux hautes températures et en optimisant à plusieurs reprises la structure de la chambre du four et les procédés d’isolation thermique, après des centaines de cycles de démarrage et d’arrêt à chaud et à froid, l’équipe a finalement obtenu un fonctionnement stable à 2400 °C pendant de longues périodes.

Le deuxième défi était la distribution des gaz dans la chambre du four. Lors des essais du premier prototype, les billettes de graphite se sont effondrées. L’équipe a découvert que le processus de purification nécessitait non seulement une température élevée, mais aussi un flux de gaz directionnel uniforme et stable pour évacuer les impuretés. L’équipe a introduit une modélisation par simulation couplée du champ d’écoulement et du transfert de chaleur, modifiant 17 fois la structure interne de la chambre du four et réalisant plus de 100 simulations et mesures sur le four, pour finalement résoudre le problème du flux gazeux.

Ensuite, avec l’augmentation des exigences de pureté dans l’industrie, le maintien d’un vide poussé à haute température est devenu un nouveau défi. L’équipe a décomposé le problème en deux axes : « pomper rapidement » et « fuir peu ». Elle a développé un système de pompage intelligent et couplé, améliorant l’efficacité de pompage de près de trois fois ; elle a modifié la structure d’étanchéité du four, en utilisant une étanchéité à la lame de cuivre sans oxygène associée à un dispositif de compensation thermique à soufflet, résolvant les problèmes de fuite à haute température, et a créé un environnement de vide poussé à 2400 °C avec une pression de 10⁻⁴ Pa. Fin 2019, le premier four de purification vertical à haute température entièrement autonome de Chine a été mis en service. Après purification, la teneur en cendres du produit était inférieure à un millionième, la teneur en impuretés clés inférieure à 0,01 ppm, et la pureté atteignait 99,99995 % (6,5 N), soit un niveau avancé au niveau international. En 2024, l’équipement a été modernisé avec un système intelligent capable de générer automatiquement des processus de production.

La CETEK du Shanxi est une filiale du China Electronics Technology Group (CETC), spécialisée dans la recherche, le développement et la fabrication d’équipements clés pour les matériaux à base de carbone de haute pureté et les matériaux de nanotubes de carbone pour batteries au lithium. Elle est reconnue comme une entreprise nationale « championne invisible » spécialisée et innovante. China Minmetals est la plus grande entreprise minière intégrée de Chine et un leader mondial. Son équipe de recherche dirigée par Wang Jionghui a continuellement travaillé sur la purification du graphite à haute température, réussissant à produire en série des produits haut de gamme tels que le graphite de qualité nucléaire et le graphite ultra-pur.