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碳化硅的生产工艺和投资估算
碳化硅是人工合成的材料，其化学计量成分以克分子计：Si 50%、C 50%以质量计：Si %、
C %，相对分子质量为。
碳化硅有两种晶形：β-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；α-碳化硅则为晶体排列致
密的六方晶系。β-碳化硅约在2100℃转变为α-碳化硅。
碳化硅的物理性能：真密度α型cm3、β型cm3，莫氏硬度，线膨胀系数为~×10-6 /℃，
热导率(20℃)(m·K)，电阻率(50℃)50Ω·cm，1000℃ 2Ω·cm，辐射能力~。
碳化硅的合成方法
(一)用二氧化硅和碳（煤）合成碳化硅
工业上合成碳化硅多以石英砂、石油焦（无烟煤）为主要原料，在电炉内温度在
2000~2500℃下，通过下列反应式合成：
SiO2+3CSiC+2CO
1. 原料性能及要求
各种原料的性能：石英砂，SiO2>99%，无烟煤的挥发分<5%。
2. 合成电炉
大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW，
每1kg SiC电耗为6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。
3. 合成工艺
(1) 配料计算：
式中，C为碳含量，SiO2为二氧化硅含量，M=。碳的加入量允许过量5%。炉内配料的重
量比见表3。
表1 炉体内各部位装料的配比
项目 上部 中部 下部
C/SiO2 ～ ～ ～
2
食盐% 8～10 8～10 6～9
木屑/L 180 360 180
一般合成碳化硅的配料见表4。
表2合成碳化硅的配料
配料/% 绿SiC 黑SiC 配料/% 绿SiC 黑SiC
硅质材料 32～56 ～59 食盐 2～6 0～8
炭质材料 18～45 34～44 非晶材料 5～10
木屑 2～6 3～11 未反应料 25～35
在碳化硅的生产过程中，回炉料的要求：包括无定形料、二级料，应满足下列SiC>80%，
SiO2+Si<10%，固定碳<5%，杂质<%。
焙烧料的要求：未反应的物料层必须配人一定的焦炭、木屑、食盐后做焙烧料。加入量
(以100t计)焦炭0~50kg，木屑30~50L，食盐3%~4%。
保温料的要求：新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为。如用乏料代特应符合如下要
求：SiC<25%，SiO2+Si>35%，C 20%，其他<%。
加入食盐的目的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加人木屑是便于排除生成的一氧化
碳。
(2) 生产操作：采用混料机混料，控制水分为2%~3%，混合后料容重为~cm3。
装料顺序是在炉底先铺上一层未反应料，然后添加新配料到一定高度(约炉芯到炉底的
二分之一)，在其上面铺一层非晶形料，然后继续加配料至炉芯水平。
炉芯放在配料制成的底盘上，中间略凸起以适应在炉役过程中出现的塌陷。炉芯上部
铺放混好的配料，同时也放非晶质料或生产未反应料，炉子装好后形成中间高、两边低（与
炉墙平）。
炉子装好后即可通电合成，以电流电压强度来控制反应过程。当炉温升到1500℃时，
开始生成β-SiC，从2100℃开始转化成α-SiC，2400℃全部转化成α-SiC。合成时间为
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26~36h，冷却24h后可以浇水冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后用硫酸酸洗，除掉合成
料中的铁、铝、钙、镁等杂质。
工业用碳化硅的合成工艺流程，如图1所示。
图1合成碳化硅流程图
(四)合成碳化硅的理化性能
1. 合成碳化硅的化学成分
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(一)合成碳化硅的国家标准(GB/T 2480—1981)见表5。
表3 碳化硅的国家标准（GB/T 2480—1981）
粒度范围
化学成分/%
SiC（不少于） 游离碳（不多于） Fe2O3（不多于）
黑碳化硅 12号至80号 100号至180号
240号至280号
绿碳化硅
20号至80号
100号至180号
240号至280号
W63至W20号
W14至W10号
W7至W5号
(2)密度：以46号粒度为代表号绿碳化硅不小于cm3；黑碳化硅不小于cm3。
(3)粒度组成：应符合GB/T 2477—1981《磨料粒度及其组成》的规定；
(4)铁合金粒允许含量为零；
(5)磁性物允许含量：不大于%。
2. 相组成
工业碳化硅的相组成是以α-SiCⅡ型为主，含有一定量的β-SiC。其总量为92%~%，
其中还有少量的α-SiC I和α-SiC Ⅲ型。
3. 物理性能
(1)真密度在~ g/cm3，莫氏硬度为一，开始分解温度为2050℃。
(2)碳化硅试样的线膨胀系数和电阻率见表6，表7。
表4 各种温度SiC的线膨胀系数
加热温度/℃ 800 1200 1600 2000 2400
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线膨胀系数/℃-1 ×10-6 ×10-6 ×10-6 ×10-6 ×10-6
表5各种温度SiC的电阻率
加热温度/℃ 60 220 720 1060
电阻率/Ω·cm 105 102 ＜102
(3)碳化硅试样的热导率在500℃时，λ=(m·K)，在875℃时入二(m·K)。
(4)碳化硅在1400℃与氧气开始反应。在900~1300℃开始氧化、分离出SiO2，或产生
CO气体。
(四)制备碳化硅的投资预算
总投资约11500~12000万元，建成年产11万吨左右的碳化硅生产基地。（主
要设备：变压器，整流柜，高低压柜，碳化硅冶炼电炉等）
如果投资14000万元，可建成年产 万吨左右的碳化硅生产基地。