碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。可以称为金钢砂或耐火砂。 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

概述

天然金刚砂:

性质

用途(磨料磨具 化工 耐磨、耐火和耐腐蚀材料 有色金属 钢铁 冶金选矿 建材陶瓷砂轮工业 节能 珠宝)

产地、输往国别及品质规格

具体理化指标

起源

发展

世界各国碳化硅企业分布(Superior石墨公司 Electro磨料公司 BPI有限责任公司 Elmet公司 巴西 ESK-SIC公司 Navarro SIC公司 ZAC公司 亚洲)

概述

包括黑碳化硅和绿碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。 常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬质合金工具。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，含SiC 95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料。

天然金刚砂:

天然金刚砂又叫石榴石砂，这是因为它的产生条件而起的，是一种硅酸盐矿物质。金刚砂原材料经过简单加工可分几个等级，筛选分级等方法制成的研磨材料,硬度很大，大约是莫氏7-8度。一般的是棕色粉状颗粒。磨碎以后，可以作研磨粉，可制擦光纸，又可制磨轮和砥石的摩擦表面。 生产使用历史悠久，古代我国就有使用金刚砂研磨水晶玻璃，各种玉石的史例。十九世纪四十年代又远销东洋。分粗目，中目，细目三大类。各种目数粒度均匀，颗粒形状均一，成棱叫角晶体，有锋利的边缘，磨削力高。供石材类工业研磨大理石及其它软质材料。玻璃类工业研磨玻璃毛边，电视机显像管，光学器械，镜片，棱镜，钟表用玻璃等。金属类工业喷砂，除锈，研磨。印刷工业研磨胶版，以及轻工业加工塑样，皮革，砂纸等用途。 天然金刚砂的磨削力略低于电炉白刚玉，但其任性强，具有介壳状段口之特性，其优点是磨件的光洁度高，砂痕少而浅。磨面细而均匀，可提高产品质量。天然金刚砂的研磨时间短，效益高，价格低廉，可弥补寿命短的不足。

中国的天然金刚砂产地尤以内蒙古、江苏连云港、山东日照最有代表性. 内蒙古石榴砂硬度大,但是主要为风洗,灰尘含量比较大,影响喷砂质量和速度,另外,多为小作坊生产,深居内陆,运输成本非常高; 江苏连云港天然金刚砂一直是国内金刚砂的主要产地,颜色鲜艳,硬度一般,露天矿,多为当地的小作坊生产,因此成本低价低便宜,质量控制不严格,经常有各种杂质,2011年底,连云港政府封闭了当地矿山,禁止任何人随意乱开滥采,导致国内的天然金刚砂供货非常紧张; 山东日照天然金刚砂为深层矿,颜色深红偏黑,硬度大, 从2011年开始在国内市场销售,因此是少为人知的另一产地,供货量大,质量稳定,海运陆运均比较便利, 是未来几年中国天然金刚砂的主要产地.

天然金刚砂工艺数据和物化性质:

1、化学分析：（%）

SiO2:36--40 AL2O3:20--24 Fe2O3:4--6 TiO2:0—0.5 MgO:8—13 FeO:22--24 CaO:6--9 MNO:0—0.5

2、硬度：摩氏7.5—7.9；

3、比重：3.98

4、强度：坚韧

5、光泽：玻璃光泽

6、形态：棱角状，不规则状

7、晶形：等轴晶系，四角八面体

8、条痕：白

9、颜色：樱红、橙红色为主

10、解理：纹理少，不规则解理面

11、透明度：透明

12、熔点：1340℃

13：磁性：弱磁性

14：吸水性：不吸水

15：弥散：自弥散

16：均匀性：均质体

17、病理反应：无

18、有害自由硅含量：无

天然金刚砂主要用途有：

（1）钢结构、船体、桥梁等的喷砂除锈；

（2）金属、石材、玻璃等的水刀切割；

（3）化工、石油、制药、水处理的过滤介质；

（4）大理石、光学镜头、玻璃器皿、皮革等材料的研磨；

（5）砂轮、油石、砂布、砂纸原料；

（6）高速公路路面、飞机跑道、耐磨橡胶、防滑油漆等耐磨材料；

( 7 ) 广泛用于建筑行业领域，高档真石漆 外墙装饰 室内装修 气质高贵典雅。 理想的新型非金属耐磨地坪骨料。

性质

分子式为SiC，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。工业用碳化硅于1891年研制成功，是最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供开采的矿源。

纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

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，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

用途

(1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

(2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

碳化硅主要有四大应用领域,即: 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供应, 不能算高新技术产品,而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。

(3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

磨料磨具

主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。

化工

可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。

耐磨、耐火和耐腐蚀材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。

另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜熔化炉内衬、锌粉炉用弧型板、热电偶保护管等；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。

有色金属

利用碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能良好，抗冲击，作高温间接加热材料，如坚罐蒸馏炉，精馏炉塔盘，铝电解槽，铜熔化炉内衬，锌粉炉用弧型板，热电偶保护管等.

钢铁

利用碳化硅的耐腐蚀，抗热冲击耐磨损，导热好的特点，用于大型高炉内衬提高了使用寿命.

冶金选矿

碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道，叶轮.泵室.旋流器，矿斗内衬的理想材料，其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5--20倍&def也是航空飞行跑道的理想材料之一.

建材陶瓷砂轮工业

利用其导热系数.热辐射，高热强度大的特性，制造薄板窑具，不仅能减少窑具容量，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料.

节能

利用良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20-30%，特别是矿山选厂用排放输送管道的内放，其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.

②磨料粒度及其组成按GB/T2477--83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481--83。

珠宝

合成碳化硅（Synthetic Moissanite）又名合成莫桑石、合成碳硅石（化学成分SiC），色散0.104比钻石(0.044)大，折射率2.65-2.69(钻石2.42)，具有与钻石相同的金刚光泽，“火彩”更强，比以往任何仿制品更接近钻石。这是由美国北卡罗来那州的C3公司制造生产的，已拥有世界各国生产合成碳化硅的专利，正在向全世界推广应用。喷砂除锈：奥凯喷砂磨料公司，　奥凯无尘金刚砂的产品用途：

本品采用棕刚玉微粉经高强压力挤压.高温烧结成型.硬度适中.干净清洁.不易破碎.可反复多次使用.喷砂效果好，1、.钢铁.钢管.钢结构不锈钢制品的表面亚光处理.喷涂前喷砂除锈处理。

2、用于各种模具的清理

3、可清除各类机件拉应力，增加疲劳寿命

4、半导体器件、塑封对管上锡前的清理去除边刺

5、医疗器械、纺织机械及各类五金制品的喷丸强化光饰加工

6、各种金属管、有色金属精密铸件的清理及去除毛刺残渣

高铝喷丸(刚玉球)的产品特性：

1、软硬兼备—采用优质材料生产而成，即有一定的机械强度，AL2O3含量大于等于68﹪，硬度可达6-7莫氏，又有足够的弹性，可反复使用数次，不易破碎，所喷器件效果相同，比普通金刚砂的使用寿命长3倍以上。

2、均匀度好—成圆率大于等于80﹪，粒度均匀，喷后使喷砂器件各处亮度系数保持均匀，不易留下水印。奥凯磨料。

产地、输往国别及品质规格

(1)产地：长白山脉、河南、青海、甘肃、宁夏、四川、贵州、湖北丹江口等地。

(2)输往国别：美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。

(3)品质规格：

①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。

②磨料粒度及其组成、磨料粒度组成测定方法：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:粒度组成

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粒度组成的测定

GB/T 9258.3-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第3部分:微粉P240～P2500粒度组成的测定

具体理化指标

项目 　SiC 　Fe2O3　F.C 　比重

Ⅰ 　≥97% 　≤1.2% 　≤0.3% 　3.2g/cm3

Ⅱ 　≥90% 　≤1.5% 　≤0.5% 　

起源

是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。

发展

关于碳化硅的几个事件

1905年 第一次在陨石中发现碳化硅

1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生

1955年 理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SIC作为重要的电子材料

1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流

1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法

1987年～至今以CREE的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅基

世界各国碳化硅企业分布

Superior石墨公司

Superior石墨有限公司是生产β-碳化硅的厂家，它们采用连续电热炉工艺在美国肯塔基的Hopkinsville厂生产。产品适用于制造碳化硅细粉和超细陶瓷级碳化硅粉料。

Electro磨料公司

Electro磨料公司是一家碳化硅加工厂。该公司在纽约布法罗的一家生产厂从事水力分选黑色、绿色碳化硅粉料的生产。他们生产的碳化硅含量为98%的粗、细粉用于磨料、耐火材料及其它行业，年生产能力为2.4万t。

BPI有限责任公司

BPI公司分别在匹兹堡、宾西法尼亚、贝塞默和阿拉巴马州有碳化硅废料加工厂。大多数废料都来自北美，包括回收的碳化硅耐火材料，这些产品主要用于冶金市场。而且，这些产品的市场需求量很大。

Elmet公司

Elmet公司在墨西哥北部的蒙特雷有一家年生产能力为2万t的碳化硅生产厂，该厂生产的冶金级(SiC 88%)和黑色(SiC 97%)碳化硅主要用于钢铁、铸造、磨料和耐火材料工业。近期，该公司投资了300万美元用以降低成本和提高成品质量，这些资金主要用于破碎、筛分生产线及成型设备。Elmet公司的产品主要用于国内市场，但也出口至中美和北欧。自2000年以来，该公司就已看到当地铸造工业和海外某些耐火材料的发展前景。同时，由于受到了象金刚石这种超级磨料竞争的冲击，使得磨料部门的需求量下降，但是，耐火材料工业的需求仍保持稳定。

巴西

在巴西，圣－戈班集团公司所属的碳化硅生产厂将其生产能力增至6万t/年。早在20世纪90年代初期，Alcoa世界化工公司就兼并了巴西圣保罗洲萨尔托的EMAS碳化硅生产厂，该厂的年生产能力为1.2万t左右。

ESK-SIC公司

ESK-SIC在荷兰（世界最大的碳化硅生产厂）每年可生产6.5万t的冶金碳化硅和晶体碳化硅，并在德国的Frechen-Grefrath厂进行加工。该公司的产品大约占了全球市场份额的10%。

ESK-SIC生产的碳化硅产品主要用于冶金、磨料、耐火材料和高级陶瓷领域。

Navarro SIC公司

自1958年以来，Navarro SIC SA公司主要生产磨料和耐火材料工业用碳化硅细粉。虽然该公司目前的年产量约为1.8万t，但有望达到2万t。他们生产冶金级碳化硅(SiC 90%/92%)、三种耐火材料级碳化硅(SiC 92%、SiC 95%和SiC 98%)、磨料级碳化硅(SiC 97%和SiC 99%)。

其中，冶金级碳化硅的市场领域最大，占了总额的45%，其次是耐火材料级(30%)和磨料级(25%)。近几年，Navarro已开始扩大生产绿色和黑色碳化硅微粉，年产量为800～1000t左右。自2000年以来，Navarro的产品在国内和欧洲的市场销量虽然有所上升，但在亚洲、非洲和大洋洲的销售额却在下降。从产品类型来看，冶金、耐火材料工业的用量在增长，而磨料工业的用量在减少。

ZAC公司

ZAC公司是东欧著名的磨料生产厂，年生产能力为3万t，主要用于冶金、磨料、耐火材料和微粉工业。该公司的产品主要出口捷克，从那里再销往西欧。另外，在欧洲的其它国家，如俄罗斯、罗马尼亚、捷克、瑞士也都有碳化硅生产厂。其中，瑞士的Timcal有限公司每年生产8000t的碳化硅生产石墨的副产品。

亚洲

除了中国，亚洲的碳化硅产量主要集中在日本，Yakushima Denko和Pacific Rundum有限公司是日本两大著名的碳化硅生产厂，年产量分别为2万t和7000t。其中，Pacific Rundum生产的碳化硅适用于半导体加工的特种领域，以及磨料和耐火材料工业。1996年，它在美国的俄勒冈成立了合资公司（AGPR），主要生产高纯度碳化硅材料。

附：黑碳化硅分级体系

黑碳化硅 等级 一级 SIC含量 ≥98.5 材质 石油焦/无烟煤

黑碳化硅 等级 二级 SIC含量≥90 材质 石油焦

黑碳化硅 SIC含量≥88 规格 材质 无烟煤

黑碳化硅 等级 三级 SIC含量≥70

黑碳化硅 SIC含量≥60

黑碳化硅 等级 黄皮 SIC含量≥60