2017-09-25
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、經濟的一種。 我國工業生產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。結構簡介英文名稱：silicon carbide,俗稱金剛砂。純碳化硅是無色透明的晶體。工業碳化硅因所含雜質的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍黑色，透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結構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由于其晶體結構中碳和硅原子的堆垛序列不同而構成許多不同變體，已發現70余種。β-SiC于2100℃以上時轉變為α-SiC。碳化硅的工業制法是用優質石英砂和石油焦在電阻爐內煉制。煉得的碳化硅塊，經破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產品。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定、導熱系數高、熱膨脹系數小、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：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) anionCAS:409-21-2EINECS:206-991-8分子式：SiC分子量:40.0962碳化硅有70種結晶型態。α-碳化硅為常見的一種同質異晶物，在高于2000 °C高溫下形成，具有六角晶系結晶構造（似纖維鋅礦）。β-碳化硅，立方晶系結構，與鉆石相似，則在低于2000 °C生成，結構如頁面附圖所示。雖然在異相觸媒擔體的應用上，因其具有比α型態更高之單位表面積而引人注目，但直到今日，此型態尚未有商業上之應用。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，且具有相當低的化學活性。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，而工業生產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，在實驗室偶然發現的一種碳化物，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 在隕石中發現碳化硅1907年 碳化硅晶體發光二極管誕生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線，供應商開始提供商品化的碳化硅基產能情況我國有碳化硅冶煉企業200多家，年生產能力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、微粉生產企業300多家，年生產能力200多萬噸。2012年，我國碳化硅產能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業有加工制砂微粉生產線。碳化硅加工制砂微粉生產企業主要分布在河南、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，人均碳化硅產量較低；二是在碳化硅深加工產品上，對粒度砂和微粉產品的質量管理不夠精細，產品質量的穩定性不夠；三是某些產品的性能指標與發達國家同類產品相比有一定差距；四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。國外主要企業基本實現了封閉冶煉，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，我國企業開發出了封閉冶煉技術，實現了一氧化碳全部回收，但是距離全行業普及還有很長的路要走。根據中國機床工業協會磨料磨具專委會碳化硅專家委員會的數據，截到2012年底，全球碳化硅產能達260萬噸以上，產能達到1萬噸以上的國家有13個，占全球總產能的98%。其中中國碳化硅產能達到220萬噸，占全球總產能的84%。市場需求我國碳化硅冶煉企業主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地，約占總產能85%。2012年在中國經濟發展速度放緩的情況下，生產情況普遍不理想，加之光伏企業舉步維艱，碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業的基礎原材料，出口和內銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業更是身陷光伏企業的債務鏈條，多數冶煉企業沒有開工，或者短暫開工后即停產。一、生產量2012年全年中國黑碳化硅產能沒有正常釋放，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 行業消費商回款時間長，欠款現象嚴重，導致某些企業資金鏈緊張。目前我國黑碳化硅的主產地為寧夏和甘肅，青海和新疆的原有產能逐漸被淘汰，加上湖北丹江口弘源的冶煉產能，共計76.9萬噸， 2012年總產量約為34萬噸，黑碳化硅冶煉企業的產能利用率約為44.5%。二、消費及庫存中國綠碳化硅冶煉的主產地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發電站供電，受到枯水期電力短缺的影響，一年的生產時間只在4-10月份，長能堅持6個月的生產，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。出口總量據海關統計顯示：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/噸年度月份2010年2011年2012年出口量223,151,32216,232,18164,695,08出口額43,798,5249,404,6727,529,26單價1,962,732,284,801,671,53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%，六個省市出口數量均呈下滑態勢，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。2012年我國碳化硅主要出口省市統計：噸；萬美元；美元/噸省市累計數量同比%累計金額同比%單價同比%寧夏29993.28-32,623828.38-56,271276.41-35,1河南21389.31-26,044534.83-41,052120.14-20,3江蘇20932.67-7,223149.65-39,41504.66-34,69北京18769.78-23,143740.81-41,431992.99-23,79遼寧16008.88-31,472001.86-55,661250.47-35,3山東10889.34-1,922638.24-19,072422.77-17,49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，比2011年增加了6個。出口數量在千噸以上的國別和地區依次為日本、美國、韓國、臺灣、泰國、新加坡、印度、土耳其、墨西哥和德國，這10個國家和地區的合計出口數量為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出口數量占比分別為30.55%、23.25%、15.5%和13.63%，四個國別和地區的出口量之和占出口總量的82.93%。除韓國出口數量同比增長85.5%外，土耳其和德國的數量同比增長引人注目，但主銷國別和地區數量同比還是有較大程度下滑，其中對日本和美國的出口數量下滑幅度均達約40%。2012年我國碳化硅主要出口市場分布圖：噸；萬美元；美元/噸國別累計數量同比%累計金額同比%單價同比%日本50318.34-39,528935.91-58,811775.88-31,89美國38296.38-39,743557.32-52,47928.89-21,13韓國25533.9185.54453.9640.961744.33-24,01臺灣省22443.79-3,316296.68-31,392805.54-29,04泰國3567.76-16,75482.24-31,661351.65-17,91新加坡3480.79-45,761123.02-54,343226.33-15,83印度3111.3110.74365.41-40,841174.47-46,58土耳其2037.8574.47229.3810.291125.59-36,78墨西哥1963.12-42,28205.77-52,871048.17-18,35德國1831.6125.93193.5140.251056.436.34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計：噸；萬美元；美元/噸關別累計數量同比%累計金額同比%單價同比%天津海關91629.67-25,2510200.92-50,891113.28-34,3青島海關26323.52-11,386623.43-28,012516.16-18,77大連海關21644.45-33,256266.52-45,092895.21-17,74南京海關18917.04-16,492747.42-46,561452.35-36,01上海海關5073.23-10,41553.82-31,013062.79-23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，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家出口企業分析，出口數量在2000噸以上的企業有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%；出口數量在1000-2000噸位之間的企業有12家，出口量之和為1.6萬噸，占比為9.79%；另有32家企業出口數量在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。識別CAS號409-21-2性質化學式SIC摩爾質量40,097,g·mol外觀墨綠色無味粉末密度3,22,g/cm^3,固體熔點2730,°,C溶解度（水）不可溶危險性歐盟分類未列明若非注明,所有數據來自25,℃,100,kPa品質規格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項目SiCFe2O3F.C比重Ⅰ≥97%≤1,2%≤0,3%3,2g/cm3Ⅱ≥90%≤1,5%≤0,5% 相關產地長白山脈、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模經濟。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。太陽能光伏產業、半導體產業、壓電晶體產業工程性加工材料。用于半導體、避雷針、電路元件、高溫應用、紫外光偵檢器、結構材料、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、研磨膏及光伏產品中單晶硅、多晶硅和電子行業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，取代了傳統的硅粉碳粉進行脫氧，和原工藝相比各項理化性能更加穩定，脫氧效果好，使脫氧時間縮短，節約能源，提高煉鋼效率，提高鋼的質量，降低原輔材料消耗，減少環境污染，改善勞動條件，提高電爐的綜合經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。建材陶瓷砂輪工業利用其導熱系數.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品質量，縮短了生產周期，是陶瓷釉面烘烤燒結理想的間接材料。節能利用良好的導熱和熱穩定性，作熱交換器，燃耗減少20%，節約燃料35%，使生產率提高20-30%，特別是礦山選廠用排放輸送管道的內放，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公司制造生產的，已擁有世界各國生產合成碳化硅的專利，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品用途：該品采用棕剛玉微粉經高強壓力擠壓.高溫燒結成型.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.鋼結構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）的產品特性：1、軟硬兼備—采用優質材料生產而成，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，根據不同的使用環境，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，可以分為靜環、動環、平環等。也可以根據客戶的特別要求，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、摩擦系數小，且耐高溫，因而是制造密封環的理想材料。它與石墨材料組合配對時，其摩擦系數比氧化鋁陶瓷和硬質合金小，因而可用于高PV值，特別是輸送強酸、強堿的工況中使用。我公司生產的SIC-1型碳化硅常壓燒結制品，具有密度高、硬度高、生產批量大、可生產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。產品信息上游原料：二氧化硅、石油焦下游產品：碳化硅微粉各國企業Superior石墨公司Superior石墨有限公司是生產β-碳化硅的廠家，它們采用連續電熱爐工藝在美國肯塔基的Hopkinsville廠生產。產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廠從事水力分選黑色、綠色碳化硅粉料的生產。他們生產的碳化硅含量為98%的粗、細粉用于磨料、耐火材料及其它行業，年生產能力為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。大多數廢料都來自北美，包括回收的碳化硅耐火材料，這些產品主要用于冶金市場。而且，這些產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能力為2萬t的碳化硅生產廠，該廠生產的冶金級（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。該公司投資了300萬美元用以降低成本和提高成品質量，這些資金主要用于破碎、篩分生產線及成型設備。Elmet公司的產品主要用于國內市場，但也出口到中美和北歐。自2000年以來，該公司就已看到當地鑄造工業和海外某些耐火材料的發展前景。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，耐火材料工業的需求仍保持穩定。
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