碳化硅

金刚砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

发展历史

碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。

关于碳化硅的几个事件

1905年 第一次在陨石中发现碳化硅。

1907年 第一只碳化硅晶体发光二极管诞生。

1955年 理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SiC作为重要的电子材料。

1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流。

1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法。

物质品种

理化性质

物质特性

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种同质异晶物，在高于2000 °C高温下形成，具有六角晶系结晶构造（似纤维锌矿）。β-碳化硅，立方晶系结构，与钻石相似，则在低于2000 °C生成，结构如页面附图所示。虽然在异相触媒担体的应用上，因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目，而另一种碳化硅，μ-碳化硅最为稳定，且碰撞时有较为悦耳的声音，但直至今日，这两种型态尚未有商业上之应用。

物质结构

制作工艺

由于天然含量甚少，碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食盐和木屑，置入电炉中，加热到2000°C左右高温，经过各种化学工艺流程后得到碳化硅微粉。

产能及需求

产能情况

中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨（其中：绿碳化硅块120多万吨，黑碳化硅块约100万吨）。冶炼变压器功率大多为6300~12500kVA，最大冶炼变压器为32000kVA。加工制砂、微粉生产企业300多家，年生产能力200多万吨。2012年，中国碳化硅产能利用率不足45%。约三分之一的冶炼企业有加工制砂微粉生产线。碳化硅加工制砂微粉生产企业主要分布在河南、山东、江苏、吉林、黑龙江等省。

　　中国碳化硅冶炼生产工艺、技术装备和单吨能耗达到世界领先水平。黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼，而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼，一氧化碳全部直排。2012年，中国企业开发出了封闭冶炼技术，实现了一氧化碳全部回收，但是距离全行业普及还有很长的路要走。

中国碳化硅冶炼企业主要分布在甘肃、宁夏、青海、新疆、四川等地，约占总产能85%。

2012年在中国经济发展速度放缓的情况下，生产情况普遍不理想，加之光伏企业举步维艰，碳化硅作为耐材、磨料和光伏行业的基础原材料，出口和内销均大幅下滑。绿碳化硅微粉加工企业更是身陷光伏企业的债务链条，多数冶炼企业没有开工，或者短暂开工后即停产。

2012年全年中国黑碳化硅产能没有正常释放，一方面是成交缓慢，库存消耗慢,占压资金量大，另一方面是下游行业消费商回款时间长，欠款现象严重，导致某些企业资金链紧张。

2012年中国黑碳化硅的主产地为宁夏和甘肃，青海和新疆的原有产能逐渐被淘汰，加上湖北丹江口弘源的冶炼产能，共计76.9万吨， 2012年总产量约为34万吨，黑碳化硅冶炼企业的产能利用率约为44.5%。

中国绿碳化硅冶炼的主产地是甘肃、青海、新疆和四川。四川主要靠水力发电站供电，受到枯水期电力短缺的影响，一年的生产时间只在4-10月份，最长能坚持6个月的生产，但四川的冶炼炉几乎没有正常开工，主要因为市场需求疲软，库存难以消耗。2012年前三季度，中国钢铁厂开工率较低，只有到10月份以后钢厂增加了开工率，对原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分库存。

市场需求

据海关统计显示：2012年全年，中国碳化硅出口16.47万吨，同比下降23.83%，出口2.75亿美元，同比下降44.28%，出口平均价格1671.53美元/吨，同比下降26.84%。出口量价大幅度下降。全年领证量合计17.1万吨，占全年出口量的104%。生产的碳化硅主要的出口国家有美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。

2010-2012年中国全年碳化硅出口情况：吨；万美元；美元/吨

年度月份

2010年

2011年

2012年

出口量

223,151.32

216,232.18

164,695.08

出口额

43,798.52

49,404.67

27,529.26

单价

1,962.73

2,284.80

1,671.53

从出口的20个省市分析，比2011年增加了一个新疆。出口数量在万吨以上的省市分别依次为宁夏、河南、江苏、北京、辽宁和山东，合计出口量11.8万吨，占出口总量的71.64%，市场份额分别为18.21%、12.99%、12.71%、11.4%、9.72%和6.61%，六个省市出口数量均呈下滑态势，其中宁夏同比下滑幅度最高，为32.62%；从出口单价看，同比下滑幅度最大的是辽宁，达35.3%，宁夏和江苏的单价同比下滑也高于全国平均数。

2012年中国碳化硅主要出口省市统计：吨；万美元；美元/吨

省市

累计数量

同比%

累计金额

同比%

单价

同比%

宁夏

29993.28

-32.62

3828.38

-56.27

1276.41

-35.1

河南

21389.31

-26.04

4534.83

-41.05

2120.14

-20.3

江苏

20932.67

-7.22

3149.65

-39.4

1504.66

-34.69

北京

18769.78

-23.14

3740.81

-41.43

1992.99

-23.79

辽宁

16008.88

-31.47

2001.86

-55.66

1250.47

-35.3

山东

10889.34

-1.92

2638.24

-19.07

2422.77

-17.49

中国碳化硅出口市场以亚洲和北美洲为主，出口份额分别占到全球出口份额的70.25%和23.76%，共出口到59个国别和地区，比2011年增加了6个。出口数量在千吨以上的国别和地区依次为日本、美国、韩国、台湾、泰国、新加坡、印度、土耳其、墨西哥和德国，这10个国家和地区的合计出口数量为15.26万吨，占出口总量的92.64%。其中位列前四名的国别和地区出口数量占比分别为30.55%、23.25%、15.5%和13.63%，四个国别和地区的出口量之和占出口总量的82.93%。除韩国出口数量同比增长85.5%外，土耳其和德国的数量同比增长引人注目，但主销国别和地区数量同比还是有较大程度下滑，其中对日本和美国的出口数量下滑幅度均达约40%。

2012年中国碳化硅主要出口市场分布图：吨；万美元；美元/吨

国别

累计数量

同比%

累计金额

同比%

单价

同比%

日本

50318.34

-39.52

8935.91

-58.81

1775.88

-31.89

美国

38296.38

-39.74

3557.32

-52.47

928.89

-21.13

韩国

25533.91

85.5

4453.96

40.96

1744.33

-24.01

台湾省

22443.79

-3.31

6296.68

-31.39

2805.54

-29.04

泰国

3567.76

-16.75

482.24

-31.66

1351.65

-17.91

新加坡

3480.79

-45.76

1123.02

-54.34

3226.33

-15.83

印度

3111.31

10.74

365.41

-40.84

1174.47

-46.58

土耳其

2037.85

74.47

229.38

10.29

1125.59

-36.78

墨西哥

1963.12

-42.28

205.77

-52.87

1048.17

-18.35

德国

1831.6

125.93

193.5

140.25

1056.43

6.34

从出口 13个关别分析，天津港走货量高达9.16万吨，占出口总量的55.64%，仍位列第一；青岛、大连、南京和上海港分别占15.98%、13.14%、11.49%和3.08%，位列第二至五位，其中大连关出货量同比下滑幅度最高；以上5个关别出口量总和占出口总量的99.33%。

2012年中国碳化硅主要出口关别统计：吨；万美元；美元/吨

关别

累计数量

同比%

累计金额

同比%

单价

同比%

天津海关

91629.67

-25.25

10200.92

-50.89

1113.28

-34.3

青岛海关

26323.52

-11.38

6623.43

-28.01

2516.16

-18.77

大连海关

21644.45

-33.25

6266.52

-45.09

2895.21

-17.74

南京海关

18917.04

-16.49

2747.42

-46.56

1452.35

-36.01

上海海关

5073.23

-10.4

1553.82

-31.01

3062.79

-23

从各月出口情况分析，出口量上半年逐月提高，下半年跳跃较大，但当月平均单价一降再降，第二季度全面跌破2000美元，三季度末止跌回稳，但只在9月站上了2000美元，便又在第四季度一路下滑，全年最低价格出现在11月，为1345.58美元/吨，比全年2月的最高价格下跌了42.1%。

中国产地

品质规格

①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。

②磨料粒度及其组成、磨料粒度组成测定方法：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：粒度组成

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粒度组成的测定

制品

碳化硅制品可以分为很多类，根据不同的使用环境，分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上，可以称为碳化硅密封环，可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求，制作出各种形状的碳化硅制品，例如碳化硅异形件，碳化硅板，碳化硅环等。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。

应用领域

应用范围

⑴作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

⑵作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

⑶高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。

磨料磨具

化工

“三耐”材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。

有色金属

钢铁

冶金选矿

建材陶瓷砂轮工业

节能

利用良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20-30%，特别是矿山选厂用排放输送管道的内放，其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍。

珠宝

喷砂除锈：

该品采用棕刚玉微粉经高强压力挤压，高温烧结成型，硬度适中，干净清洁，不易破碎.，反复多次使用，喷砂效果好。

1、钢铁、钢管、钢结构不锈钢制品的表面亚光处理，喷涂前喷砂除锈处理。

2、用于各种模具的清理。

3、可清除各类机件拉应力，增加疲劳寿命。

4、半导体器件、塑封对管上锡前的清理去除边刺。

5、医疗器械、纺织机械及各类五金制品的喷丸强化光饰加工。

高铝喷丸（刚玉球）的产品特性：