簡介
碳化矽又稱 金鋼砂或 耐火砂。碳化矽是用 石英砂、 石油焦(或煤焦)、 木屑(生產綠色碳化矽時需要加食鹽)等原料在 電阻爐內經高溫冶煉而成。目前我國工業生產的碳化矽分為 黑色碳化矽和 綠色碳化矽兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。 包括黑碳化矽和綠碳化矽，其中：黑碳化矽是以石英砂, 石油焦和優質矽石為主要原料,通過 電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介於剛玉和金剛石之間,機械強度高於剛玉,性脆而鋒利。綠碳化矽是以石油焦和優質矽石為主要原料,添加食鹽作為添加劑，通過 電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介於剛玉和金剛石之間, 機械強度高於剛玉。 發展歷史
碳化矽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矽的方法，也就是大家常說的 艾奇遜爐，一直沿用至今，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 碳化矽。 關於碳化矽的幾個事件 1905年,第一次在隕石中發現碳化矽。 1907年,第一隻碳化矽晶體發光 二極體誕生。 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,在波士頓召開第一次世界碳化矽會議進行學術交流。 1978年,六、七十年代碳化矽主要由前蘇聯進行研究。到1978年首次採用“ LELY改進技術”的晶粒提純生長方法。 1987年～至今以CREE的研究成果建立碳化矽生產線，供應商開始提供商品化的碳化矽基。 理化性質
物質特性
碳化矽 碳化矽由於化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好，除作磨料用外，還有很多其他用途，例如：以特殊工藝把碳化矽粉末塗布於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；用以製成的高級耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能效果好。低品級碳化矽（含SiC約85%）是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，並便於控制化學成分，提高鋼的質量。此外，碳化矽還大量用於製作電熱元件矽碳棒。碳化矽的硬度很大, 莫氏硬度為9.5級，僅次於世界上最硬的 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。 碳化矽至少有70種結晶型態。α-碳化矽為最常見的一種同質異晶物，在高於2000°C高溫下形成，具有六角晶繫結晶構造（似纖維鋅礦）。β-碳化矽，立方晶繫結構，與鑽石相似，則在低於2000°C生成，結構如頁面附圖所示。雖然在異相觸媒擔體的 套用上，因其具有比α型態更高之單位表 面積而引人注目，但直至今日，此型態尚未有商業上之套用。 因其3.2g/cm3的比重及較高的升華溫度（約2700°C），碳化矽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。由於其高熱導性、高崩潰電場強度及高最大電流密度，在半導體高功率元件的套用上，不少人試著用它來取代矽[1]。此外，它與微波輻射有很強的耦合作用，並其所有之高升華點，使其可實際套用於加熱金屬。純碳化矽為無色，而工業生產之棕至黑色系由於含鐵之不純物。晶體上彩虹般的光澤則是因為其表面產生之 二氧化矽保護層所致。 物質結構
純碳化矽是無色透明的 晶體。工業碳化矽因所含雜質的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍乃至黑色，透明度隨其純度不同而異。[1]碳化矽晶體結構分為六方或菱面體的α-SiC和立方體的β-SiC（稱立方碳化矽)。α-SiC由於其晶體結構中碳和矽原子的 堆垛序列不同而構成許多不同變體，已發現70餘種。β-SiC於2100℃以上時轉變為α-SiC。碳化矽的工業製法是用優質石英砂和石油焦在 電阻爐內煉製。煉得的碳化矽塊，經破碎、酸鹼洗、 磁選和篩分或水選而製成各種粒度的產品。 物質品種
碳化矽有黑碳化矽和綠碳化矽兩個常用的基該品種，都屬α-SiC。①黑碳化矽含SiC約95%，其韌性高於綠碳化矽，大多用於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綠碳化矽含SiC約97%以上，自銳性好，大多用於加工硬質合金、 鈦合金和光學玻璃，也用於珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化矽，它是以特殊工藝製取的黃綠色晶體，用以製作的磨具適於軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。 產能及需求
產能情況
碳化矽 中國有碳化矽冶煉企業200多家，年生產能力220多萬噸（其中：綠碳化矽塊120多萬噸，黑碳化矽塊約100萬噸）。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、微粉生產企業300多家，年生產能力200多萬噸。2012年， 中國碳化矽產能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業有加工制砂微粉生產線。碳化矽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。中國碳化矽冶煉生產工藝、技術裝備和單噸能耗達到世界領先水平。黑、綠碳化矽原塊的質量水平也屬世界級。中國碳化矽與世界先進 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，人均碳化矽產量較低；二是在碳化矽深加工產品上，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；三是某些尖端產品的 性能指標與已開發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，而中國碳化矽冶煉幾乎全部是開放式冶煉，一氧化碳全部直排。2012年，中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。根據中國工具機工業協會磨料磨具專委會碳化矽專家委員會的數據，截至2012年底，全球碳化矽產能達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%。其中中國碳化矽產能達到220萬噸，占全球總產能的84%。 中國碳化矽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，碳化矽作為耐材、磨料和光伏行業的基礎原材料，出口和內銷均大幅下滑。綠碳化矽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，或者短暫開工後即停產。2012年全年中國黑碳化矽產能沒有正常釋放，一方面是成交緩慢，庫存消耗慢,占壓資金量大，另一方面是下遊行業消費商回款時間長，欠款現象嚴重，導致某些企業資金鍊緊張。2012年中國黑碳化矽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，總計76.9萬噸，2012年總產量約為34萬噸，黑碳化矽冶煉企業的產能利用率約為44.5%。中國綠碳化矽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，最長能堅持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月份以後鋼廠增加了開工率，對原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分庫存。市場需求
據海關統計顯示：2012年全年，中國碳化矽出口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%。生產的碳化矽主要的出口國家有美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。2010-2012年中國全年碳化矽出口情況：噸；萬美元；美元/噸
| 年度月份 | 2010年 | 2011年 | 2012年 |
| 出口量 | 223,151.32 | 216,232.18 | 164,695.08 |
| 出口額 | 43,798.52 | 49,404.67 | 27,529.26 |
| 單價 | 1,962.73 | 2,284.80 | 1,671.53 |
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最高，為32.62%；從出口單價看，同比下滑幅度最大的是遼寧，達35.3%，寧夏和江蘇的單價同比下滑也高於全國平均數。
2012年中國碳化矽主要出口省市統計：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 | -32.62 | 3828.38 | -56.27 | 1276.41 | -35.1 |
| 河南 | |
中國碳化矽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、台灣、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年中國碳化矽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 | -39.52 | 8935.91 | -58.81 | 1775.88 | -31.89 |
| 美國 | |
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%，仍位列第一；青島、大連、南京和上海港分別占15.98%、13.14%、11.49%和3.08%，位列第二至五位，其中大連關出貨量同比下滑幅度最高；以上5個關別出口量總和占出口總量的99.33%。2012年中國碳化矽主要出口關別統計：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 | -25.25 | 10200.92 | -50.89 | 1113.28 | -34.3 |
| 青島海關 | |
品質規格
①磨料級碳化矽技術條件按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|塗附磨具用磨料 粒度分析 第1部分：粒度組成
GB/T 9258.2-2008|塗附磨具用磨料 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|塗附磨具用磨料 粒度分析 第3部分：微粉P240～P2500粒度組成的測定 製作工藝
碳化矽 由於天然含量甚少，碳化矽主要多為人造。常見的方法是將石英砂與焦炭混合，利用其中的二氧化矽和石油焦，加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫，經過各種化學工藝流程後得到碳化矽微粉。碳化矽(SiC)因其很大的硬度而成為一種重要的磨料，但其套用範圍卻超過一般的磨料。例如，它所具有的耐高溫性、導熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一，它所具有的導電性使其成為一種重要的電加熱元件等。製備SiC製品首先要製備SiC冶煉塊[或稱：SiC顆粒料，因含有C且超硬，因此SiC顆粒料曾被稱為：金剛砂。但要注意：它與天然金剛砂(也稱：石榴子石)的成分不同。在工業生產中，SiC冶煉塊通常以石英、石油焦等為原料，輔助 回收料、乏料，經過粉磨等工序調配成為配比合理與粒度合適的爐料(為了調節爐料的透氣性需要加入適量的木屑，製備綠碳化矽時還要添加適量食鹽)經高溫製備而成。高溫製備SiC冶煉塊的熱工設備是專用的碳化矽電爐，其結構由爐底、內面鑲有電極的端牆、可卸式側牆、爐心體(全稱為：電爐中心的通電發熱體，一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形狀與尺寸安裝在爐料中心，一般為圓形或矩形。其兩端與電極相連)等組成。該電爐所用的燒成方法俗稱：埋粉燒成。它一通電即為加熱開始， 爐心體溫度約2500℃，甚至更高(2600～2700℃)，爐料達到1450℃時開始合成SiC(但SiC主要是在≥1800℃時形成)，且放出co。然而，≥2600℃時SiC會分解，但分解出的si又會與爐料中的C生成SiC。每組 電爐配備一組變壓器，但生產時只對單一電爐供電，以便根據電負荷特性調節電壓來基本上保持恆功率，大功率電爐要加熱約24h，停電後生成SiC的反應基本結束，再經過一段時間的冷卻就可以拆除側牆，然後逐步取出爐料。 高溫煅燒後的爐料從外到內分別是：未反應料(在爐中起保溫作用)、氧碳化矽羼(半反應料，主要成分是C與SiO。)、粘結物層(是粘結很緊的物料層，主要成分是C、SiO2、40%～60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸鹽)、無定形物層(主要成分是70%～90%SiC，而且是立方SiC即β-sic，其餘是C、SiO2及Fe、A1、Ca、Mg的碳酸鹽)、二級品SiC層(主要成分是90%～95%SiC，該層已生成六方SiC即口一SiC，但結晶體較小、很脆弱，不能作為磨料)、一級品SiC層(SiC含量 ![sic[碳化矽]](/img/a/8e0/nBnauM3X0YzM1YTM2kDN0gjM1QTMykzM4AzNzQTNwAzMwIzL5QzL3MzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg "sic[碳化矽]")
