碳化硅的理化性质1
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发布时间：2024-01-26 23:22
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时间：2024-11-23 23:42
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，但直至今日，此型态尚未有商业上之应用。
因其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度（约2700 °C），碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度，在半导体高功率元件的应用上，不少人试着用它来取代硅[1]。此外，它与微波辐射有很强的耦合作用，并其所有之高升华点，使其可实际应用于加热金属。
纯碳化硅为无色，而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。 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。
根据中国机床工业协会磨料磨具专委会碳化硅专家委员会的数据，截至2012年底，全球碳化硅产能达260万吨以上，产能达到1万吨以上的国家有13个，占全球总产能的98%。其中中国碳化硅产能达到220万吨，占全球总产能的84%。
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*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。 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%。
从出口的123家出口企业分析，出口数量在2000吨以上的企业有29家，这29家出口量之和为11.77万吨，占出口总量的71.4%；这29家主营企业除2家出口价格有所上升外，其他均有大幅下滑，单价降幅最高的达73.6%；出口数量在1000-2000吨位之间的企业有12家，出口量之和为1.6万吨，占比为9.79%；另有32家企业出口数量在100吨以下，32家出口量之和只占出口总量的0.27%。
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