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碳化硅的物质结构

2019-06-06

  纯碳化硅是无色透明的晶体。由于杂质的种类和含量不同,工业碳化硅呈淡黄色、绿色、蓝色甚至黑色,其透明度随纯度而变化。碳化硅的晶体结构分为六边形或菱形α-碳化硅和立方β-碳化硅(称为立方碳化硅)。由于碳和硅原子在其晶体结构中的不同堆叠顺序,α-sic已经形成许多不同的变体,并且已经发现了70多种。β-SIc在2100℃及以上转化为α-SIc。碳化硅的工业过程在电阻炉中用优质石英砂和石油焦进行精炼。经过粉碎、酸碱洗涤、磁选、筛分或分水后,精制碳化硅块制成各种粒径的产品。

 

  中国碳化硅冶炼工艺、技术设备和吨能耗均达到世界领先水平。黑色和绿色碳化硅块的质量水平也是世界级的。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面:

 

  一是生产过程中很少使用大型机械设备,许多工序由人工完成,碳化硅人均产量低;

 

  二是碳化硅深加工产品中颗粒砂和微粉产品质量管理不够精细,产品质量稳定性不够。

 

  第三,一些前沿产品的性能指标与发达国家的同类产品存在一定差距。

 

  第四,冶炼过程中一氧化碳的直接排放。国外主要企业基本实现了封闭式冶炼,而中国的碳化硅冶炼几乎都是开放式冶炼,一氧化碳全部直排。2012年,中国企业发展了密闭熔炼技术,实现了一氧化碳的完全回收。然而,离整个行业的普及还有很长的路要走。

 

  中国有200多家碳化硅冶炼企业,年生产能力超过220万吨(其中绿色碳化硅块120多万吨,黑色碳化硅块约100万吨)。熔炼变压器的功率大多为6300 ~ 12500千瓦时,最大的熔炼变压器为32000千瓦时。现有砂粉加工企业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到45%。大约三分之一的冶炼企业拥有加工和制造砂微粉的生产线。碳化硅加工制造沙粉生产企业主要分布在河南、山东、江苏、吉林、黑龙江等省。

 
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