Entegris, Inc. 是一家材料供应商 半导体 和其他高科技产业。Entegris在其 运营中拥有约7,700名员工。它在美国拥有制造、客户服务和/或研究设施, 加拿大, 中国, 德国, 以色列, 日本, 马来西亚, 新加坡, 韩国,并且 Taiwan.公司总部设在 比莱里卡,马萨诸塞州.

该公司希望通过改善几个关键工艺的污染控制来帮助制造商提高产量,包括 光刻法, 湿法蚀刻 和干净, 化学机械平面化, 薄膜沉积、批量化学处理、晶圆和标线处理和运输、以及测试、组装和包装。公司约80%的产品用于半导体行业。


产品
Entegris产品包括:净化工艺气体和流体以及周围环境的过滤产品;分配、控制或运输工艺流体的液体系统和组件;高性能材料和特种气体管理解决方案;保护半导体的晶圆载体和运输箱 晶片 免受污染和破损;以及专用石墨、碳化硅和涂层。

历史发展
该公司成立于1999年,由1966年开始运营的Fluoroware,Inc.和EMPAK,Inc.合并而成。该公司于2000年上市。

2005年8月,Entegris与Mykrolis Corporation合并,Mykrolis Corporation是一家半导体行业的过滤产品供应商。Mykrolis是由 密理博公司 在2000年。

In August 2008, Entegris acquired Poco Graphite, Inc., a 迪凯特 半导体、EDM、玻璃装瓶、生物医学、航空航天和替代能源应用中使用的专用石墨和碳化硅产品供应商。

2014年4月30日,Entegris收购 丹伯里ATMI是一家为半导体行业提供关键材料和材料处理解决方案的上市公司,总部设在美国的ATMI,以11亿美元的交易完成。

2020年12月,Entegris宣布 投资5亿美元,在台湾建造一座 进的设施。该项目预计将在三年内在高雄科学园完成。

2022年7月,Entegris以57亿美元收购了另一家美国半导体化学品公司CMC Materials Inc。此次收购的前身为Cabot Microelectronics Corp,拥有2200名员工。


产品和解决方案包括:
净化气体、流体和周围工厂环境的过滤产品
分配、控制、分析或运输工艺流体的液体系统和组件
安全储存和输送有毒气体的气体输送系统
用于高级节点沉积和清洁的专用化学品

保护半导体晶圆免受污染和破损的晶圆载体和运输箱
提供高纯度表面的特种涂层,可实现耐磨、防腐和光滑
适用于高性能应用的 石墨和碳化硅
用于保护和运输磁盘驱动器组件的运输箱和托盘


石墨
石墨(Graphite),又名黑铅,是碳的一种同素异形体,相对密度为 2.256 g/cm3。石墨不透明且触感油腻,颜色由铁黑到钢铁灰不等,形状可呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体。石墨的硬度低,化学性质稳定,同酸、碱等药剂不易发生反应,耐高温、抗腐蚀、抗热震、抗辐射、强度大、韧性好、还具有自润滑及导电、导热等物化性能,广泛应用于冶金、机械、电子、 、国防、航天航空等领域。大鳞片石墨具有更加优异的润滑、耐磨、导电导热和抗渗透性能,在高端润滑、密封及大型集成电路领域发挥关键作用。石墨可从石墨矿藏中提取,也可以以石油焦、沥青焦等为原料,经过一系列工序处理而制成。石墨可用作抗磨剂、润滑剂,高纯度石墨还被用作原子反应堆中的中子减速剂,此外该类材料还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。


简介
名称来源石墨(graphite)一词来源于希腊语中“graphein(记述、描述)“,是由于石墨为典型的层状结构,其层间结合为弱的分子间作用力(范德华引力),很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片,当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯,这就为以石墨为原材料制备石墨烯创造了有利条件。

结构组成
英国贝纳尔(J.D.Bernal)用 X 射线衍射法研究了石墨的结构。他于1924年提出理想石墨的结构,又称贝纳尔结构。碳原子六角网格 层对 层错开六角形对角线的 2/1 而平行叠合,第三层与 层位置重复,成 ABABA.......的序列。在石墨中,碳网层面的这种有规则的叠合方式,层面之间的相互关系,常称为石墨关系。从 层到第三层的 A-A 距离为石墨晶胞的 c向距离,常记为 c0。在常温下,c 0 =0.6708 nm,层间 A-B 的距离为 0.3354 nm 层面上按碳原子点阵划出许多互相连接的等边六边形,其边长为 0.1421nm。
石墨属六方晶系构造,是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键,每个碳原子与另外三个碳原子相连,六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环,伸展形成片层结构,即在碳原子面上以SP2杂化轨道电子形成的共价键及Pz轨道电子形成的金属键相连。 在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道,它们互相重叠,形成离域π键电子在晶格中能自由移动,可以被激发,所以石墨有金属光泽,能导电、传热。由于层与层间距离大,结合力(范德华力)小,各层可以滑动,所以石墨的密度比金刚石小,质软并有滑腻感。 碳原子平面间,其结合是弱的范德瓦尔键(键能17.7 kJ/mol),这种片层结构的特点决定了石墨的一系列特性,同时也为其他物质插入碳原子平面间,从而形成了一类新材料的可能性。
石墨每一网层间的距离为3.35 ?,每层间有微弱的范德华力,同一网层中碳原子的间距为1.42 ?,由于同一平面层上的碳原子间结合很强,极难破坏,所以石墨的熔点也很高,化学性质也稳定。鉴于它的特殊的成键方式,不能单一的认为是单晶体或者是多晶体,普遍认为石墨是一种混合晶体。

理化性质
石墨质软,为黑灰色,有油腻感,可污染纸张。硬度为1~2,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3~5。比重为1.9~2.3。比表面积范围集中在1-20 m2/g,在隔绝氧气条件下,其熔点在3000 ℃以上,是最耐温的矿物之一。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。此外,它还能导热。自然界中纯净的石墨是没有的,其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外,还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析,除测定固定碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量。值得注意的是,石墨晶体结构中沿不同的晶体学方向,力学性能和某些物理性质呈现出量值上的差异,这一性质称为晶体的各向异性。例如,与晶体层平行的方向电阻率为(2.5~5.0)×10-6Ω·m,与层垂直的方向电阻率为3×10-3Ω·m。 [18] 石墨单晶和石墨微晶都是各向异性的。由石墨微晶组成的多晶体炭素材料不一定是各向异性的。具有石墨微晶面取向或轴取向织构的炭素材料是各向异性的。具有石墨微晶点取向或无序取向织构的炭素材料是各向同性的。
特殊性质
石墨由于其特殊结构,而具有如下独特性质:(1)耐高温性石墨的熔点为3850±50 ℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000 ℃时,石墨强度提高一倍。
(2)导电、导热性石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。石墨
(3)润滑性石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
(4)化学稳定性石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
(5)可塑性石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。
(6)抗热震性石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。

其他
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。 石墨是一种非金属矿物,广泛应用于电子、电器、国防、 、航空航天等领域,如电池、中子还原、人造卫星上的导电结构材料、超级电容器,是21世纪战略性新兴矿产资源。按照结晶粒度划分,天然石墨可分为鳞片石墨、隐晶石墨和块状石墨,其中,鳞片石墨较块状石墨和隐晶石墨应用更为广泛。中国主要侧重于大鳞片石墨矿的开发。值得注意的是,随着大鳞片石墨矿的不断开采和利用,细鳞片石墨矿将会成为未来主要的利用资源。因此,应该注重细鳞片石墨矿的开发与利用,提高石墨资源的利用率。
石墨又可分为天然石墨和人造石墨两大类,天然石墨来自石墨矿藏,天然石墨还可分成鳞片石墨、土状石墨及块状石墨。鳞片石墨是天然晶质石墨,其形似鱼磷状,属六方晶系,呈层状结构,具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能,可应用于制造电刷、石墨电极、石墨坩埚等石墨质产品。土状石墨又称为微晶石墨或隐晶石墨,它的使用价值不及鳞片石墨,价格较低,但其机械强度比鳞片石墨高,在制造电极、炭块、冶金和电池负极方面有较大的发展。 [21]细鳞片石墨矿中通常只含有15%~25%的大鳞片石墨。 [20]天然开采得到的石墨含杂质较多,因而需要选矿,降低其杂质含量后才能使用,天然石墨的主要用途是生产耐火材料、电刷、柔性石墨制品、润滑剂、锂离子电池负极材料等,生产部分炭素制品有时也加入一定数量的天然石墨。 [2]
人造石墨是现代炭素工业的新产物,其原料来源广泛,造成生产出来的人造石墨晶 体的聚集状态是不规则的,是一种相对紊乱堆积的多晶石墨,其具有优良的电学、热学和化学稳定性,适于生产人造石墨电极等各种人造石墨功能性材料产品。 [21]炭质炭素制品,以无烟煤和冶金焦为原料,焙烧后不必石墨化,其热导率较低而电阻率较高,没用润滑性,机械强度也很高。石墨质炭素制品则是以易石墨化的石油焦或沥青焦为原料,产品在焙烧后必须经过石墨化高位处理,其热导率高,电阻率低,灰分很低,良好的润滑性,但机械强度下降。炭素材料具有导热性好、膨胀系数低、化学性能稳定、耐腐蚀耐磨损性能良好等优势,在太阳能储热领域具有重要的应用价值。
广义上看,炭素材料应该包括金刚石、石墨、无定形碳、富勒碳及纳米碳五种碳原子的同素异形体所形成的各类材料。从晶体结构上讲,通常所说的炭素材料都是以石墨微晶为基础构成的,不过在各类炭素材料中,微晶的尺寸和微晶的三围排列的有序程度有相当大的差别。从材料的组成上看,生产炭素材料制品所采用的半石墨化原料或加入部分天然石墨或石墨碎,因而各石墨材料的理化性质(如导电导热性、润滑性、耐化学腐蚀性等)也差异很大。因此将炭素制品按理化性区分为炭质、石墨质和半石墨质 3 类。
人造石墨的种类也很多,如单晶石墨、多晶石墨、热解石墨、高定向热解石墨、聚酰亚胺合成的石墨、石墨纤维等,多数人造石墨制品属于多晶石墨一类。人造石墨中的主要产品是电弧炼钢炉及矿热电炉使用的石墨电极,石墨电极是一种耐高温、耐腐蚀的导电材料。人造石墨在其他许多工业部门也有广泛的用途,如机械工业中电机用电刷、精密铸造模具、电火花加工的模具及耐磨部件,化学工业中的电解槽使用的导电体或耐腐蚀器材,高纯度及高强度人造石墨是核工业部门的反应堆结构材料和用作导弹火箭的部件等。
石墨还可制取散热材料、密封材料、隔热材料、和防辐射材料等,石墨功能材料广泛应用于冶金、化工、机械设备、新能源汽车、核电、电子信息、航空航天和国防等行业。欧盟委员会发布的《对欧盟生死攸关的原料》报告中,将石墨列入14 种紧缺矿产原料。


应用
石墨可用于生产耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、隔热材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射材料等,这些材料广泛应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业和国防等。
耐火材料
在钢铁工业,石墨耐火材料用于电弧高炉和氧气转炉的耐火炉衬、钢水包耐火衬等; 石墨耐火材料主要是整体浇铸材料、镁碳砖和铝石墨耐火材料。石墨还用于粉末冶金和金属铸造成膜材料,石墨粉加入到钢水中增加钢的碳含量,使高碳钢具有许多优异性能。
导电材料
在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极,石墨垫圈、电话零件,电视机显像管的涂层等。
耐磨润滑材料
石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用,而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下,不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
耐腐蚀材料
经过特殊加工的石墨,具有耐腐蚀、导热性好,渗透率低等特点,就大量用于制作热交换器,反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的金属材料。
高温冶金材料
由于石墨的热膨胀系数小,而且能耐急冷急热的变化,可作为玻璃器的铸模,使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸 ,表面光洁成品率高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚,区域精炼容器,支架夹具,感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管等元件。
原子能与国防工业
石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中,铀-石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点,稳定,耐腐蚀的性能,石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高,杂质含量不应超过几十个ppm 。特别是其中硼含量应少于0.5 ppm。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴,导弹的鼻锥,宇宙航行设备的零件,隔热材料和防射线材料。
(1) 石墨还能防止锅炉结垢,有关单位试验表明,在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4~5克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。
(2) 石墨逐渐取代铜成为EDM电极的 材料。
(20) 石墨深加工产品填加到塑料产品和橡胶产品中,可使塑料制品和橡胶制品不产生静电,许多工业产品需要具有防静电和屏蔽电磁辐射功能,石墨产品兼有这两项功能,石墨在塑料制品、橡胶制品及其它相关工业产品中的应用也会增加。

此外,石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂,是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料,美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料,在国民经济中具有重要的作用。

如何同时对钢材和铜合金进行电火花加工

一种加工策略，适用于零件几何形状跨越两种工件材料的情况。

作者：Robert Fothergill 和 Marc Sanders

“我能否同时对两种不同的工件材料进行电火花加工？”这是一个常见问题，尤其是在模具制造领域，因为模具制造中经常会用到工具钢和铜合金。虽然注塑模具通常由普通工具钢制成，但铜合金常用于带有细节区域的镶件，以散热并缩短成型周期。模具制造商面临的挑战是，当零件几何形状跨越两种材料时，如何加工细节。

分别加工这些材料需要多次零件装夹（一次用于工具钢，一次用于铜合金），

并且需要额外的电极进行不同的电火花加工操作。这种方法会增加电极制造和电火花加工的时间，
从而导致更高的制造成本。此外，所有这些额外的努力可能会导致模具中的两个细节无法正确匹配，从而造成错位或零件超出公差，进而需要额外的加工，甚至可能需要重新制造细节嵌件。

本文将探讨电火花加工操作员需要了解哪些知识才能同时高效地加工这些材料。

工件金属的性能

— 工件金属的性能和特性会影响电火花加工方法。

了解两种工件金属之间的物理性能差异以及它们各自对电火花加工性能的影响至关重要（图表 1）。

工件金属的熔点和导热系数可能因金属而异，

电火花加工操作员可能需要调整诸如通电时间、电流和极性等参数。

如果无论使用何种工件金属都采用相同的电火花加工方法，则结果可能会大相径庭。

热导率是影响电火花加工 (EDM) 效果的最重要物理特性，原因与它有助于缩短成型周期时间的原因相同：更高的热导率可以更快地散发 EDM 过程中火花产生的热量。

功率设置参数

— 为了克服工件金属热导率的差异，可能需要调整以下三个主要的功率设置参数：

? 通电时间。EDM 火花持续时间，以微秒为单位。

? 峰值电流（安培数）。电源/发生器每次脉冲可提供的 电流。

? 极性。电极的正负电位。

140

热力（ut 2 tr）

ainle
eel
ol
eel
P-
ol
eel
uminum
ryllium
pper
ryllium
pper
ng en
r
tanium

图表 1：工件金属性能
3000

通常，工具钢的电火花加工功率设置为
正极性，通电时间介于 50 – 100 μsec（微秒）之间。这些设置提供了
速度和电极磨损的 组合。

更高的通电时间和正极性将降低

电极磨损。这是通过“重镀”工艺实现的，在此过程中，来自
工件的熔融颗粒会跟随电流流向
电极，并镀覆到
石墨电极的表面，从而减少
电火花加工过程造成的磨损。

加工铜合金时，负极性

和较低的导通时间（12 – 20 微秒）
最为有效。电极不会发生“重镀”，

因为电流方向反转，
现在流向工件。熔融的
金属颗粒不会被挤压到电极表面。
石墨颗粒不会在工件上重镀，

因为石墨不会熔化；它直接从固态转变为气态。这称为升华。

操作人员根据加工细节的迎风面积来确定电流。

加工铜合金工件时，为了保持相同的火花强度，
需要更高的电流。

火花强度是指火花中的能量，
它由导通时间、峰值电流和
电压控制（导通时间 x 峰值电流 x 电压 = 火花强度）。

例如，对于此细节，使用 50 微秒的导通时间和 20 安培的电流。

然后将导通时间从 50 微秒降低到 20 微秒，

以保持相同的火花强度，这需要将电流从 20 安培增加到 50 安培。

材料选择

— 选择使用标准石墨电极还是铜浸渍石墨电极，需要考虑

每种材料在电极细节加工和电火花加工 (EDM) 过程中的适应性。

例如，电极尺寸、细节和制造时间、

电火花加工过程中的成本和性能，

满足作业优先级预期（速度、磨损和表面光洁度），以及需要烧蚀的型腔数量。

传统上，为了降低电极磨损，

在正极性电火花加工工具钢时会使用标准石墨电极。当以负极性烧蚀铜合金工件时，浸渍铜的

石墨电极是 。这是因为较低的电阻率值允许更大比例的电流穿过电极并进入烧蚀区域。

由于需要同时对多种金属进行电火花加工，因此材料的选择并不那么明确。

操作人员在选择 效的电极材料时必须考虑上述因素，

以优化电火花加工工艺并提高整体性能。

测试至关重要

— 一个应用 团队进行了一系列测试，

以验证材料和电火花加工参数对同时对工具钢和铜合金进行电火花沉孔加工的影响。

目标是确定哪种功率设置和电极材料能够实现 的金属去除率（速度）、 的电极损耗，

并识别不同金属之间的任何尺寸或表面光洁度差异。

该团队使用0.500英寸的方形电极进行了初步测试，电极材料分别为标准石墨和铜浸渍石墨，并按照钢材加工设置进行编程：导通时间为65微秒，峰值电流为20安培，极性为正。他们采用侧面冲洗和跳转循环来保持切削环境清洁。

操作员在每次测试一小时后停止测试并进行测量。总体而言，金属去除率低于预期，电极磨损高于钢材加工设置下的预期值（表1）。

随后，该团队进行了 组测试，使用相同的测试参数，但编程参数改为更适用于铜合金的参数：导通时间为12微秒，峰值电流为80安培，极性为负极。与 次测试中的钢材加工设置相比，标准石墨和铜浸渍石墨在这些设置下均表现出改进（表1）。合适的机器设置和

铜浸渍石墨电极的组合展现了
的整体性能。

2
材料
程序参数
材料去除率 (MRR)

端部磨损率 (%)

标准石墨

测试 1

工具钢（正极性）

0.047 立方英寸/小时

20%

铜浸渍石墨

工具钢（正极性）

0.06 立方英寸/小时

63%

标准石墨

测试 2

铜合金（负极性）

0.07 立方英寸/小时

27%

铜浸渍石墨

铜合金（负极性）

0.085 立方英寸/小时

18%

表 1

基于这些结果，团队的下一步是模拟

带有铜合金刀片的工具钢型腔，并采用电火花加工 (EDM)

不同的细节（图 1a 和 1b）。在两种工件材料的分型线处，顶面上烧蚀了四个细节（图 2a 和 2b）：

1. 加强筋：0.040” x 1.000” x 1.000” 深，24 VDI

2. 方形凹槽：0.500” x 0.500” x 0.250” 深，20 VDI

3. 定位销孔：0.375” 直径 x 0.500” 深，20 VDI

4. 十字形：0.500” x 0.500” x 0.520” 深，27 VDI

图 1a
图 2a

图 1b

电火花加工 (EDM) 测试表明，铜合金的机床参数可提供 性能。在加工工具钢部分的电 面磨损略高于加工铜合金部分的电 面磨损。合金。

由于工具钢部分的烧蚀导致电极磨损加剧，因此需要额外的电极，以确保工具钢和铜合金之间的一致性。总的来说，团队使用了四个电极来完成每个细节。测试烧蚀的最终测量结果证实，两种材料的尺寸完整性和表面光洁度均保持一致。

结果已出炉

——最终，对于这个常见问题的答案是：“是的，您可以同时对工具钢和铜合金进行模压加工。”初步测试表明，标准石墨和铜浸渍石墨均可用于完成零件的加工。区别在于电火花加工过程中的整体性能。选择哪种石墨需要考虑所有相关因素，并且会因公司的具体目标而异。本文所呈现的数据来源于可行性测试，因此计划开展一项扩展研究，以确定同时加工不同金属的更优方法。这项研究将涵盖目前可用的 机床技术。欢迎业界人士为这项研究提供意见。