碳化硅又名碳硅石、金剛砂，是一種無(wú)機(jī)物，化學(xué)式為SiC，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。 中國(guó)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。

理化性質(zhì)

　　物質(zhì)特性

　　碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)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(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長(zhǎng)使用壽命1～2倍;用以制成的高級(jí)耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強(qiáng)度高，節(jié)能效果好。低品級(jí)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(xué)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(jí)，僅次于世界上最硬的金剛石(10級(jí))，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是一種半導(dǎo)體，高溫時(shí)能抗氧化。

　　碳化硅至少有70種結(jié)晶型態(tài)。α-碳化硅為最常見的一種同質(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。雖然在異相觸媒擔(dān)體的應(yīng)用上，因其具有比α型態(tài)高之單位表面積而引人注目，而另一種碳化硅，μ-碳化硅最為穩(wěn)定，且碰撞時(shí)有較為悅耳的聲音，但直至今日，這兩種型態(tài)尚未有商業(yè)上之應(yīng)用。

　　因其3.2g/cm3的比重及較高的升華溫度(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(dá)到的壓力下，它都不會(huì)熔化，且具有相當(dāng)?shù)偷幕瘜W(xué)活性。由于其高熱導(dǎo)性、高崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度及高最大電流密度，在半導(dǎo)體高功率元件的應(yīng)用上，不少人試著用它來(lái)取代硅[1]。此外，它與微波輻射有很強(qiáng)的耦合作用，并其所有之高升華點(diǎn)，使其可實(shí)際應(yīng)用于加熱金屬。

　　純碳化硅為無(wú)色，而工業(yè)生產(chǎn)之棕至黑色系由于含鐵之不純物。晶體上彩虹般的光澤則是因?yàn)槠浔砻娈a(chǎn)生之二氧化硅保護(hù)層所致。

　　物質(zhì)結(jié)構(gòu)

　　純碳化硅是無(wú)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(lán)乃至黑色，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(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;-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。

產(chǎn)能需求

　　產(chǎn)能情況

　　中國(guó)有碳化硅冶煉企業(yè)200多家，年生產(chǎn)能力220多萬(wàn)噸(其中：綠碳化硅塊120多萬(wàn)噸，黑碳化硅塊約100萬(wàn)噸)。冶煉變壓器功率大多為6300~12500kVA，最大冶煉變壓器為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(wàn)噸。2012年，中國(guó)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、青島、江蘇、吉林、黑龍江等省。

　　中國(guó)碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達(dá)到世界領(lǐng)先水平。黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級(jí)。中國(guó)碳化硅與世界先進(jìn)水平的差距主要集中在四個(gè)方面：一是在生產(chǎn)過(guò)程中很少使用大型機(jī)械設(shè)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(duì)粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠;三是某些尖端產(chǎn)品的性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品相比有一定差距;四是冶煉過(guò)程中一氧化碳直接排放。國(guó)外主要企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了封閉冶煉，而中國(guó)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，中國(guó)企業(yè)開發(fā)出了封閉冶煉技術(shù)，實(shí)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(zhǎng)的路要走。

　　根據(jù)中國(guó)機(jī)床工業(yè)協(xié)會(huì)磨料磨具專委會(huì)碳化硅專家委員會(huì)的數(shù)據(jù)，截至2012年底，全球碳化硅產(chǎn)能達(dá)260萬(wàn)噸以上，產(chǎn)能達(dá)到1萬(wàn)噸以上的國(guó)家有13個(gè)，占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國(guó)碳化硅產(chǎn)能達(dá)到220萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)能的84%。

　　中國(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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)是身陷光伏企業(yè)的債務(wù)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)。

　　2012年全年中國(guó)黑碳化硅產(chǎn)能沒有正常釋放，一方面是成交緩慢，庫(kù)存消耗慢,占?jí)嘿Y金量大，另一方面是下游行業(yè)消費(fèi)商回款時(shí)間長(zhǎng)，欠款現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致某些企業(yè)資金鏈緊張。

　　2012年中國(guó)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(jì)76.9萬(wàn)噸， 2012年總產(chǎn)量約為34萬(wàn)噸，黑碳化硅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能利用率約為44.5%。

　　中國(guó)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(shí)間只在4-10月份，最長(zhǎng)能堅(jiān)持6個(gè)月的生產(chǎn)，但四川的冶煉爐幾乎沒有正常開工，主要因?yàn)槭袌?chǎng)需求疲軟，庫(kù)存難以消耗。2012年前三季度，中國(guó)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(duì)原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分庫(kù)存。

　　市場(chǎng)需求

　　據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示：2012年全年，中國(guó)碳化硅出口16.47萬(wàn)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(jià)格1671.53美元/噸，同比下降26.84%。出口量?jī)r(jià)大幅度下降。全年領(lǐng)證量合計(jì)17.1萬(wàn)噸，占全年出口量的104%。生產(chǎn)的碳化硅主要的出口國(guó)家有美國(guó)、日本、韓國(guó)、及某些歐洲國(guó)家。

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