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碳化硅（又名：碳硅石、金鋼砂或耐火砂），化學簡式：SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑為原料通過電阻爐高溫冶煉而成的一種耐火材料。碳化硅在大自然也存在于罕見的礦物，莫桑石中。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用廣泛、經(jīng)濟的一種。 我國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。

結(jié)構(gòu)簡介

英文名稱：silicon carbide,俗稱金剛砂。純碳化硅是無色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍黑色，透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結(jié)構(gòu)分為六方或菱面體的 α-SiC和立方體的β-SiC（稱立方碳化硅)。α-SiC由于其晶體結(jié)構(gòu)中碳和硅原子的堆垛序列不同而構(gòu)成許多不同變體，已發(fā)現(xiàn)70余種。β-SiC于2100℃以上時轉(zhuǎn)變?yōu)棣?SiC。碳化硅的工業(yè)制法是用優(yōu)質(zhì)石英砂和石油焦在電阻爐內(nèi)煉制。煉得的碳化硅塊，經(jīng)破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產(chǎn)品。

物品種類

碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基該品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

化學特性

碳化硅由于化學性能穩(wěn)定、導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍；用以制成的耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節(jié)能效果好。低品級碳化硅（含SiC約85%）是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，并便于控制化學成分，提高鋼的質(zhì)量。此外，碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度為9.5級，僅次于世界上硬的金剛石（10級），具有優(yōu)良的導熱性能，是一種半導體，高溫時能抗氧化。

碳化硅分類及性質(zhì)：

中文名稱:碳化硅

中文別名:碳化硅晶須

英文名稱:Silicon Carbide (Black)

英文別名:Silicon Carbide Black; silanyliumylidynemethanide; methylsilane; carbon(+4) cation; silicon(-4) anion

CAS:409-21-2

EINECS:206-991-8

分子式：SiC

分子量:40.0962

碳化硅有70種結(jié)晶型態(tài)。α-碳化硅為常見的一種同質(zhì)異晶物，在高于2000 °C高溫下形成，具有六角晶系結(jié)晶構(gòu)造（似纖維鋅礦）。β-碳化硅，立方晶系結(jié)構(gòu)，與鉆石相似，則在低于2000 °C生成，結(jié)構(gòu)如頁面附圖所示。雖然在異相觸媒擔體的應用上，因其具有比α型態(tài)更高之單位表面積而引人注目，但直到今日，此型態(tài)尚未有商業(yè)上之應用。

因其3.2的比重及高的升華溫度（約2700 °C），碳化硅很適合做為軸承或高溫爐之原料物件。在任何已能達到的壓力下，它都不會熔化，且具有相當?shù)偷幕瘜W活性。由于其高熱導性、高崩潰電場強度及高大電流密度，在半導體高功率元件的應用上，不少人試著用它來取代硅。此外，它與微波輻射有很強的偶合作用，并其所有之高升華點，使其可實際應用于加熱金屬。

純碳化硅為無色，而工業(yè)生產(chǎn)之棕到黑色系由于含鐵之不純物。晶體上彩虹般的光澤則是因為其表面產(chǎn)生之二氧化硅保護層所致。

歷史沿革

碳化硅是由美國人艾奇遜在1891年電熔金剛石實驗時，在實驗室偶然發(fā)現(xiàn)的一種碳化物，當時誤認為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，1893年艾奇遜研究出來了工業(yè)冶煉碳化硅的方法，也就是大家常說的艾奇遜爐，一直沿用到今，以碳質(zhì)材料為爐芯體的電阻爐，通電加熱石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。

關于碳化硅的幾個事件

1905年 在隕石中發(fā)現(xiàn)碳化硅

1907年 碳化硅晶體發(fā)光二極管誕生

1955年 理論和技術上重大突破，LELY提出生長高品質(zhì)碳化概念，從此將SiC作為重要的電子材料

1958年 在波士頓召開世界碳化硅會議進行學術交流

1978年 六、七十年代碳化硅主要由前蘇聯(lián)進行研究。到1978年采用“LELY改進技術”的晶粒提純生長方法

1987年～到今以CREE的研究成果建立碳化硅生產(chǎn)線，供應商開始提供商品化的碳化硅基

產(chǎn)能情況

我國有碳化硅冶煉企業(yè)200多家，年生產(chǎn)能力220多萬噸（其中：綠碳化硅塊120多萬噸，黑碳化硅塊約100萬噸）。冶煉變壓器功率大多為6300~12500kVA，大冶煉變壓器為32000kVA。加工制砂、微粉生產(chǎn)企業(yè)300多家，年生產(chǎn)能力200多萬噸。2012年，我國碳化硅產(chǎn)能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業(yè)有加工制砂微粉生產(chǎn)線。碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。

我國碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術裝備和單噸能耗達到世界水平。黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界。我國碳化硅與世界先進水平的差距主要集中在四個方面：一是在生產(chǎn)過程中很少使用大型機械設備，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅產(chǎn)量較低；二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上，對粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠；三是某些產(chǎn)品的性能指標與發(fā)達國家同類產(chǎn)品相比有一定差距；四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。國外主要企業(yè)基本實現(xiàn)了封閉冶煉，而我國碳化硅冶煉幾乎全部是開放式冶煉，一氧化碳全部直排。2012年，我國企業(yè)開發(fā)出了封閉冶煉技術，實現(xiàn)了一氧化碳全部回收，但是距離全行業(yè)普及還有很長的路要走。

根據(jù)中國機床工業(yè)協(xié)會磨料磨具專委會碳化硅專家委員會的數(shù)據(jù)，截到2012年底，全球碳化硅產(chǎn)能達260萬噸以上，產(chǎn)能達到1萬噸以上的國家有13個，占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國碳化硅產(chǎn)能達到220萬噸，占全球總產(chǎn)能的84%。

市場需求

我國碳化硅冶煉企業(yè)主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地，約占總產(chǎn)能85%。

2012年在中國經(jīng)濟發(fā)展速度放緩的情況下，生產(chǎn)情況普遍不理想，加之光伏企業(yè)舉步維艱，碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業(yè)的基礎原材料，出口和內(nèi)銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業(yè)更是身陷光伏企業(yè)的債務鏈條，多數(shù)冶煉企業(yè)沒有開工，或者短暫開工后即停產(chǎn)。

一、生產(chǎn)量

2012年全年中國黑碳化硅產(chǎn)能沒有正常釋放，一方面是成交緩慢，庫存消耗慢,占壓資金量大，另一方面是下游 行業(yè)消費商回款時間長，欠款現(xiàn)象嚴重，導致某些企業(yè)資金鏈緊張。

目前我國黑碳化硅的主產(chǎn)地為寧夏和甘肅，青海和新疆的原有產(chǎn)能逐漸被淘汰，加上湖北丹江口弘源的冶煉產(chǎn)能，共計76.9萬噸， 2012年總產(chǎn)量約為34萬噸，黑碳化硅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能利用率約為44.5%。

二、消費及庫存

中國綠碳化硅冶煉的主產(chǎn)地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發(fā)電站供電，受到枯水期電力短缺的影響，一年的生產(chǎn)時間只在4-10月份，長能堅持6個月的生產(chǎn)，但四川的冶煉爐幾乎沒有正常開工，主要因為市場需求疲軟，庫存難以消耗。2012年前三季度，中國鋼鐵廠開工率較低，只有到10月份以后鋼廠增加了開工率，對原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分庫存。

出口總量

據(jù)海關統(tǒng)計顯示：2012年全年，我國碳化硅出口16.47萬噸，同比下降23.83%，出口2.75億美元，同比下降44.28%，出口平均價格1671.53美元/噸，同比下降26.84%。出口量價大幅度下降。全年領證量合計17.1萬噸，占全年出口量的104%

2010-2012年全年碳化硅出口情況：噸；萬美元；美元/噸

各省市出口量

從出口的20個省市分析，比2011年增加了一個新疆。出口數(shù)量在萬噸以上的省市分別依次為寧夏、河南、江蘇、北京、遼寧和山東，合計出口量11.8萬噸，占出口總量的71.64%，市場份額分別為18.21%、12.99%、12.71%、11.4%、9.72%和6.61%，六個省市出口數(shù)量均呈下滑態(tài)勢，其中寧夏同比下滑幅度高，為32.62%；從出口單價看，同比下滑幅度大的是遼寧，達35.3%，寧夏和江蘇的單價同比下滑也高于全國平均數(shù)。

2012年我國碳化硅主要出口省市統(tǒng)計：噸；萬美元；美元/噸

出口市場

我國碳化硅出口市場以亞洲和北美洲為主，出口份額分別占到全球出口份額的70.25%和23.76%，共出口到59個國別和地區(qū)，比2011年增加了6個。出口數(shù)量在千噸以上的國別和地區(qū)依次為日本、美國、韓國、臺灣、泰國、新加坡、印度、土耳其、墨西哥和德國，這10個國家和地區(qū)的合計出口數(shù)量為15.26萬噸，占出口總量的92.64%。其中位列前四名的國別和地區(qū)出口數(shù)量占比分別為30.55%、23.25%、15.5%和13.63%，四個國別和地區(qū)的出口量之和占出口總量的82.93%。除韓國出口數(shù)量同比增長85.5%外，土耳其和德國的數(shù)量同比增長引人注目，但主銷國別和地區(qū)數(shù)量同比還是有較大程度下滑，其中對日本和美國的出口數(shù)量下滑幅度均達約40%。

2012年我國碳化硅主要出口市場分布圖：噸；萬美元；美元/噸

出口關別

從出口 13個關別分析，天津港走貨量高達9.16萬噸，占出口總量的55.64%，青島、大連、南京和上海港分別占15.98%、13.14%、11.49%和3.08%，位列第二到五位，其中大連關出貨量同比下滑幅度高；以上5個關別出口量總和占出口總量的99.33%。

2012年我國碳化硅主要出口關別統(tǒng)計：噸；萬美元；美元/噸

從各月出口情況分析，出口量上半年逐月提高，下半年跳躍較大，但當月平均單價一降再降，第二季度全面跌破2000美元，三季度末止跌回穩(wěn)，但只在9月站上了2000美元，便又在第四季度一路下滑，全年低價格出現(xiàn)在11月，為1345.58美元/噸，比全年2月的高價格下跌了42.1%。

從出口的123家出口企業(yè)分析，出口數(shù)量在2000噸以上的企業(yè)有29家，這29家出口量之和為11.77萬噸，占出口總量的71.4%；這29家主營企業(yè)除2家出口價格有所上升外，其他均有大幅下滑，單價降幅高的達73.6%；出口數(shù)量在1000-2000噸位之間的企業(yè)有12家，出口量之和為1.6萬噸，占比為9.79%；另有32家企業(yè)出口數(shù)量在100噸以下，32家出口量之和只占出口總量的0.27%。

制造方法

由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造。常見的方法是將石英砂與焦炭混合，并加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫制得。

品質(zhì)規(guī)格

①磨料級碳化硅技術條件按GB/T2480—96。各牌號的化學成分由表6-6-47和表6-6-48給出。

②磨料粒度及其組成、磨料粒度組成測定方法：按GB/T2481.2-2009。

GB/T 9258.1-2000|涂附磨具用磨料粒度分析第1部分：粒度組成

GB/T 9258.2-2008|涂附磨具用磨料 粒度分析 第2部分：粗磨粒P12～P220粒度組成的測定

GB/T 9258.3-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第3部分：微粉P240～P2500粒度組成的測定

理化指標

相關產(chǎn)地

長白山脈、河南、河北石家莊靈壽縣、青海、甘肅、寧夏、四川、貴州、湖北丹江口等地。

輸往國別

美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。

相關用途

碳化硅主要有四大應用領域，即：功能陶瓷、耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供應，不能算高新技術產(chǎn)品，而技術含量極高 的納米級碳化硅粉體的應用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟。

⑴作為磨料，可用來做磨具，如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。

⑵作為冶金脫氧劑和耐高溫材料。

⑶高純度的單晶，可用于制造半導體、制造碳化硅纖維。

主要用途：用于3—12英寸單晶硅、多晶硅、砷化鉀、石英晶體等線切割。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、半導體產(chǎn)業(yè)、壓電晶體產(chǎn)業(yè)工程性加工材料。

用于半導體、避雷針、電路元件、高溫應用、紫外光偵檢器、結(jié)構(gòu)材料、天文、碟剎、離合器、柴油微粒濾清器、細絲高溫計、陶瓷薄膜、裁切工具、加熱元件、核燃料、珠寶、鋼、護具、觸媒擔體等領域。

磨料磨具

主要用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光伏產(chǎn)品中單晶硅、多晶硅和電子行業(yè)的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。

化工

可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑，可用做制造四氯化硅的原料，是硅樹脂工業(yè)的主要原料。碳化硅脫氧劑是一種新型的強復合脫氧劑，取代了傳統(tǒng)的硅粉碳粉進行脫氧，和原工藝相比各項理化性能更加穩(wěn)定，脫氧效果好，使脫氧時間縮短，節(jié)約能源，提高煉鋼效率，提高鋼的質(zhì)量，降低原輔材料消耗，減少環(huán)境污染，改善勞動條件，提高電爐的綜合經(jīng)濟效益都具有重要價值。

“三耐”材料

利用碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗沖擊等特性，碳化硅一方面可用于各種冶煉爐襯、高溫爐窯構(gòu)件、碳化硅板、襯板、支撐件、匣缽、碳化硅坩堝等。

另一方面可用于有色金屬冶煉工業(yè)的高溫間接加熱材料，如豎罐蒸餾爐、精餾爐塔盤、鋁電解槽、銅熔化爐內(nèi)襯、鋅粉爐用弧型板、熱電偶保護管等；用于制作耐磨、耐蝕、耐高溫等碳化硅陶瓷材料；還可以制做火箭噴管、燃氣輪機葉片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飛機跑道太陽能熱水器等的理想材料之一。

有色金屬

利用碳化硅具有耐高溫，強度大，導熱性能良好，抗沖擊，作高溫間接加熱材料，如堅罐蒸餾爐，精餾爐塔盤，鋁電解槽，銅熔化爐內(nèi)襯，鋅粉爐用弧型板，熱電偶保護管等。

鋼鐵

利用碳化硅的耐腐蝕，抗熱沖擊耐磨損，導熱好的特點，用于大型高爐內(nèi)襯提高了使用壽命。

冶金選礦

碳化硅硬度僅次于金剛石，具有較強的耐磨性能，是耐磨管道，葉輪.泵室.旋流器，礦斗內(nèi)襯的理想材料，其耐磨性能是鑄鐵.橡膠使用壽命的5--20倍&def也是航空飛行跑道的理想材料之一。

建材陶瓷砂輪工業(yè)

利用其導熱系數(shù).熱輻射，高熱強度大的特性，制造薄板窯具，不僅能減少窯具容量，還提高了窯爐的裝容量和產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期，是陶瓷釉面烘烤燒結(jié)理想的間接材料。

節(jié)能

利用良好的導熱和熱穩(wěn)定性，作熱交換器，燃耗減少20%，節(jié)約燃料35%，使生產(chǎn)率提高20-30%，特別是礦山選廠用排放輸送管道的內(nèi)放，其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍。

磨料粒度及其組成按GB/T2477--83。磨料粒度組成測定方法按GB/T2481--83。

珠寶

合成碳化硅（Synthetic Moissanite）又名合成莫桑石、合成碳硅石（化學成分SiC），色散0.104比鉆石(0.044）大，折射率2.65-2.69（鉆石2.42），具有與鉆石相同的金剛光澤，“火彩”更強，比以往任何仿制品更接近鉆石。這是由美國北卡羅來那州的C3公司制造生產(chǎn)的，已擁有世界各國生產(chǎn)合成碳化硅的專利，正在向全世界推廣應用。

噴砂除銹：奧凱噴砂磨料公司，　奧凱無塵金剛砂的產(chǎn)品用途：

該品采用棕剛玉微粉經(jīng)高強壓力擠壓.高溫燒結(jié)成型.硬度適中.干凈清潔.不易破碎.可反復多次使用.噴砂效果好， 1、.鋼鐵.鋼管.鋼結(jié)構(gòu)不銹鋼制品的表面亞光處理.噴涂前噴砂除銹處理。

2、用于各種模具的清理

3、可清除各類機件拉應力，增加疲勞壽命

4、半導體器件、塑封對管上錫前的清理去除邊刺

5、醫(yī)療器械、紡織機械及各類五金制品的噴丸強化光飾加工

6、各種金屬管、有色金屬精密鑄件的清理及去除毛刺殘渣

高鋁噴丸（剛玉球）的產(chǎn)品特性：

1、軟硬兼?zhèn)洹捎脙?yōu)質(zhì)材料生產(chǎn)而成，即有一定的機械強度，AL2O3含量大于等于68﹪，硬度可達6-7莫氏，又有足夠的彈性，可反復使用數(shù)次，不易破碎，所噴器件效果相同，比普通金剛砂的使用壽命長3倍以上。

2、均勻度好—成圓率大于等于80﹪，粒度均勻，噴后使噴砂器件各處亮度系數(shù)保持均勻，不易留下水印。奧凱磨料。

其他制品

碳化硅制品可以分為很多類，根據(jù)不同的使用環(huán)境，分為不同的種類。一般使用到機械上比較多。例如使用到機械密封件上，可以稱為碳化硅密封環(huán)，可以分為靜環(huán)、動環(huán)、平環(huán)等。也可以根據(jù)客戶的特別要求，制作出各種形狀的碳化硅制品，例如碳化硅異形件，碳化硅板，碳化硅環(huán)等。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蝕性以及較高的高溫強度等特點，這使得碳化硅陶瓷得到了廣泛的應用。

在應用在密封環(huán)上：碳化硅陶瓷的耐化學腐蝕性好、強度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系數(shù)小，且耐高溫，因而是制造密封環(huán)的理想材料。它與石墨材料組合配對時，其摩擦系數(shù)比氧化鋁陶瓷和硬質(zhì)合金小，因而可用于高PV值，特別是輸送強酸、強堿的工況中使用。我公司生產(chǎn)的SIC-1型碳化硅常壓燒結(jié)制品，具有密度高、硬度高、生產(chǎn)批量大、可生產(chǎn)復雜形狀制品的特點，適用于高性能的密封件中使用，特別是高 PV 值及耐強酸、強堿的工況。而我公司生產(chǎn)的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。由于在碳化硅基體中含有大量的彌散細小的石墨顆粒，與其它材料配對使用時，其摩擦系數(shù)非常小，具有良好的自潤滑性能，特別適用于制作氣密封或有干摩擦工況的密封件中使用，從而使密封件的使用壽命及工作的可靠性提高。

產(chǎn)品信息

上游原料：二氧化硅、石油焦

下游產(chǎn)品：碳化硅微粉

各國企業(yè)

Superior石墨公司

Superior石墨有限公司是生產(chǎn)β-碳化硅的廠家，它們采用連續(xù)電熱爐工藝在美國肯塔基的Hopkinsville廠生產(chǎn)。產(chǎn)品適用于制造碳化硅細粉和超細陶瓷級碳化硅粉料。

Electro磨料公司

Electro磨料公司是一家碳化硅加工廠。該公司在紐約布法羅的一家生產(chǎn)廠從事水力分選黑色、綠色碳化硅粉料的生產(chǎn)。他們生產(chǎn)的碳化硅含量為98%的粗、細粉用于磨料、耐火材料及其它行業(yè)，年生產(chǎn)能力為2.4萬t。

BPI有限責任公司

BPI公司分別在匹茲堡、賓西法尼亞、貝塞默和阿拉巴馬州有碳化硅廢料加工廠。大多數(shù)廢料都來自北美，包括回收的碳化硅耐火材料，這些產(chǎn)品主要用于冶金市場。而且，這些產(chǎn)品的市場需求量很大。

Elmet公司

Elmet公司在墨西哥北部的蒙特雷有一家年生產(chǎn)能力為2萬t的碳化硅生產(chǎn)廠，該廠生產(chǎn)的冶金級（SiC 88%）和黑色(SiC 97%）碳化硅主要用于鋼鐵、鑄造、磨料和耐火材料工業(yè)。該公司投資了300萬美元用以降低成本和提高成品質(zhì)量，這些資金主要用于破碎、篩分生產(chǎn)線及成型設備。Elmet公司的產(chǎn)品主要用于國內(nèi)市場，但也出口到中美和北歐。自2000年以來，該公司就已看到當?shù)罔T造工業(yè)和海外某些耐火材料的發(fā)展前景。同時，由于受到了象金剛石這種超級磨料競爭的沖擊，使得磨料部門的需求量下降，但是，耐火材料工業(yè)的需求仍保持穩(wěn)定。