中瑞四高SIC和立方SIC项目建议书.doc

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“四高”碳化硅生产线改造

新建立方碳化硅生产线

项

目

建

议

书

青海中瑞碳化硅有限公司

二零一三年三月

“四高”碳化硅生产线改造和新建立方碳化硅生产线

项目建议书

一、项目背景

青海中瑞碳化硅有限公司碳化硅冶炼项目是2008年青洽会的招商引资项目，截止目前我公司累计已完成固定资产投资3772万元，建成两条12500KVA冶炼生产线，达产情况下年可冶炼黑碳化硅原块2.5-3万吨，但因生产技术落后，产品结构单一，已不能适应市场的需要，企业的生存和发展面临巨大压力。

为此，我公司积极响应青海省关于“调结构、转方式、保增长、促发展”号召，并根据对市场的全面了解，经多方努力，我们寻求同对碳化硅生产应用有着近20年研究历史且拥有近十项碳化硅产业相关发明专利的西安科技大学博尔科技有限公司合作，引进其先进的生产技术，投资改造现有的碳化硅生产线，改变传统碳化硅生产方式，兴建更高效节能、无三废排放的四高（高纯度、高密度、高结晶性和高均匀性）碳化硅生产线以及具有世界领先技术的立方碳化硅生产线项目。

该项目以公司原冶炼生产线为基础，将两条生产线的主设备进行集并整合，建成一条25000KVA的大型碳化硅生产线，该生产线同时也将气体回收及余热利用技术整合起来，以达到节能减排的效果。

在改造传统碳化硅生产线的同时新建一条具有世界先进水平的年产500-1000吨立方碳化硅的生产线。

四高SiC简介:

碳化硅（SiC）材料自诞生之日起就承担了人类社会发展进步的重大使命，被美誉为工业牙齿的碳化硅经过近几十年的发展，已经被广泛应用到冶金、机械、石油、化工、建筑、电子、能源、国防、航空、航天等领域。

碳化硅材料的产品类型有：

由天然石英和石油焦或煤炭制成的碳化硅结晶块；由结晶块加工而成的各种碳化硅砂；由碳化硅砂加工而成的各种碳化硅微粉；由碳化硅砂或微粉加工而成的各种碳化硅陶瓷制品（包括各种耐火材料）。

SiC具有抗氧化性强，硬度高，耐磨性好，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震、耐化学腐蚀、半导电特性等优良性能。

碳化硅砂被用作各种研磨、切削和抛光材料或普通耐火材料的原料。

碳化硅微粉被用于各种精细研磨、抛光、涂层、填料和烧结陶瓷的原料。

碳化硅陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、高温窑具、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏、火箭燃烧室内衬、防弹装甲、航天器隔热材料等。

碳化硅的优异性能和广泛用途，在国内外产生了巨大的工业市场。

Sic结晶块的应用可归纳为以下几个方面：

①SiC磨料:

黑SiC是以石英砂、石油焦或煤炭和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。

主要化学成份为Sic，Sic含量97%以上，色泽为黑色，有金属光泽，就其色泽命名为黑Sic。

主要用于磨铸铁和非金属材料。

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。

其韧性也次于刚玉类磨料，对于抗拉强度较底的材料，如非金属材料（各种板材如木质胶合板、刨花板、高中低密度纤维板、竹质板、硅酸钙板、皮革、玻璃、陶瓷、石材等）和有色金属（铝、铜、铅等）等材料的加工尤为适宜，对质地坚硬而性脆材料的加工也是比较理想的磨料。

绿Sic在制造上所采用的原料与黑Sic大致相同，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，其色泽为绿色命名为绿Sic。

绿Sic比黑Sic的质地更纯，硬度稍高于黑Sic，机械强度也高于刚玉，可作为磨料和其它工业材料使用。

除具有黑Sic磨削用途之外，更适合用于材料的精磨如磨螺纹、磨量具和电工、电子类材料加工等。

近五年来，绿Sic微粉被大量用作光伏产业的晶硅产品切磨刃料。

②Sic陶瓷用微粉的原料:

Sic结晶块是制造Sic微粉的原料。

用Sic微粉或超细粉制造的Sic陶瓷可用作汽车零件和密封面、机械密封件、阀和阀衬、水龙头滑片、换热器、装甲材料、推力轴承和颈项轴承部件，各种喷嘴、半导体元器件、各种光盘、磁盘、平板玻璃、纤维层硬质保护层、导电层、高温结构件、高温电工元器件、造纸工业部件等，还适于航空、航天、航海、军事、电工电子、高温设施等应用的高技术新材料。

③电工电子材料:

碳化硅超细高纯微粉主要用作电工器件和发热元器件、蓝色发光二极管、结晶场效应以及紫外光敏管和集成电路等。

另外在光学材料、薄膜材料、抗辐射器、高温压力传感器和紫外探测器等新材料领域的应用越来越广泛。

④耐火材料:

碳化硅砂和微粉被广泛用作耐火材料，经过加工制成各种高温承载件用于各种热工设备，其中包括各种窑具、热交换器、炉衬、加热元件，以及各种耐磨部件和高性能陶瓷机械零件。

⑤冶炼助剂:

在钢铁冶炼中可将Sic冶炼副产品作为硅和碳源加入，大量用作炼钢的脱氧剂，还可做金属熔化添加剂。

据最新调查数据显示全球范围Sic产能约达300万吨，我国是世界上最大的原料型碳化硅生产国和出口国，其产能约有200万吨。

其中黑碳化硅主要用于磨料、耐火材料和炼钢脱氧剂等；绿碳化硅目前绝大部分都是用于光伏行业，在磨料及陶瓷等领域应用相对较少。

冶炼1吨黑碳化硅需要6000度到7000度电，3吨左右的石英砂和石油焦或煤炭能出一吨碳化硅结晶块。

冶炼1吨绿碳化硅需要8000度到9000度电，3吨左右的石英砂和石油焦出一吨绿碳化硅结晶块。

四高Sic是陕西西科博尔科技有限责任公司历经十五年科技研发、根据小炉型技术推广和实验而发明的一种新型Sic材料，其生产工艺和原材料与黑碳化硅接近，其特点是利用大炉型、不同的炉料布局和长时间变功率供电制度度，营造炉内的物理气相沉积和化学气相沉积交替作用而实现其产品制造。

其产品质量及一级品率明显优于普通黑硅和绿硅。

四高Sic具有高密度、高纯度、高结晶性、高均匀性的四高特性。

可以预见，未来的碳化硅市场的发展趋势是以四高Sic完全替代现有市场中的普通Sic产品。

四高Sic生产技术，源自陕西西科博尔科技有限责任公司上世纪90年代中期发明的生产碳化硅的多炉芯炉及其生产方法。

多炉芯炉及其生产方法包括了多炉芯技术和板状炉芯技术（国内有盗用此技术者称之为扁平炉芯技术），这一技术自2004年国家发明专利以来，分别荣获宁夏回族自治区科技进步一等奖、青海省科技进步三等奖和陕西省科技进步三等奖。

该技术前端产品（非四高Sic产品）在国内已推广建成13条生产线，技术成熟，工艺稳定，已创产值20亿余元，产生了巨大的经济效益。

四高Sic生产技术是在这一技术基础之上通过进一步研发而形成的，其技术特点是利用大型肥胖炉的高保温特性、不同的炉料布局和长时间、变功率供电制度，以营造炉内物理气相沉积和化学气相沉积交替作用而实现其高密度、高纯度、高结晶性、高均匀性的四高特性产品制造的。

其技术稳定，工艺成熟，是目前国内外最先进的碳化硅生产技术。

四高Sic生产技术还可以方便安全的实施碳化硅生产过程排放的高热值尾气的收集和利用，不但从根本上解决了碳化硅生产过程中排放的烟气和粉尘污染等环境问题，而且实现了废弃资源的再利用，使碳化硅产业真正步入了高科技环保型生产轨道，而且使得每吨碳化硅生产节能约达25%，再加上余热利用，可使每吨碳化硅生产新增效益500元以上。

立方碳化硅:

又名β-Sic，属立方晶系（金刚石晶型）。

β-Sic的莫氏硬度为9.25--9.6，与金刚石接近，光洁度及抛光性能远超白刚玉和α-Sic（黑碳化硅和绿碳化硅）；在1600℃以上温度时β-Sic仍具有超高的强度和优异的抗蠕变、抗断裂性能；作为半导性材料，β-Sic比α-Sic的导电性高几倍；β-Sic具有优良的热导率和低膨胀系数，使得其在加热和冷却过程中受到的热应力很小；β-Sic属于低温晶型，超过1800℃时可发生晶型转换；在比重方面，β-Sic比大多数合金小一半，为钢的40%，与铝大致相同。

β-Sic微粉有很高的化学稳定性、高硬度、高热导率、低热胀系数、宽能带隙、高电子漂移速度、高电子迁移率、特殊的电阻温度特性等，因此具有抗磨、耐高温、耐热震、耐腐蚀、耐辐射、良好的半导电特性等优良性能，被广泛应用于电子、信息、精密加工技术、军工、航空航天、高级耐火材料、特种陶瓷材料、高级磨削材料和和增强材料等领域。

其应用范围主要分为以下几类：

①烧结微粉:

β-Sic在高级结构陶瓷、功能陶瓷及高级耐火材料市场有着非常广阔的应用前景。

普通碳化硅陶瓷在烧结过程中需要2300℃、2400℃、2500℃，加添加剂后也仍需2100℃才可结晶，而β-Sic在1800℃即可结晶，并且在β-Sic晶型转换过程中，其体积也会发生变化，对陶瓷烧结致密性能起到良好的作用,从而增加碳化硅陶瓷的韧性和强度等综合性能。

在碳化硼陶瓷制品中加入β-Sic能够在降低烧结温度的同时提高产品的韧性，从而使得碳化硼陶瓷性能大幅提高。

②电子材料:

作为半导性材料，β-Sic比α-Sic高几倍，添加β-Sic后的发电机抗电晕效果非常明显，同时还具有良好的耐磨、耐高温性能。

纯度高的β-Sic可制成单晶碳化硅晶片，其优异的导电、导热性使其在军工、航天、电子行业等高尖端领域用来替代电子级单晶硅和多晶硅。

用β-Sic做的电子封装材料、发热器、热交换器等具有高抗热震性，良好的热导性，产品性能大幅优于其他材料。

③特殊涂层:

由于β-Sic具有金刚石结构，颗粒呈类球形，具有超耐磨耐腐蚀，超导热，低膨胀系数等特点，使其在特殊涂层中有着良好的应用。

将β-Sic超细粉镀到普通材料上，其耐磨寿命会大幅提高，比如普通碳钢的钻头钻10mm钢板，钻1-2个孔便出现损坏情况，而涂有β-Sic的钻头性能可超过合金钻头，可以钻20~50个孔。

铝合金活塞在汽缸中大量往复运动，很容易磨损，涂覆β-Sic材料后能够使活塞寿命提高30-50倍。

④研磨抛光材料:

作为精密研磨抛光材料，β-Sic比白刚玉和α-Sic研磨效率高很多，而且能大幅提高产品光洁度。

目前市场上用金刚石做研磨抛光材料较多，其价格是β-Sic的几十倍甚至几百倍；但β-Sic在众多领域中的研磨效果不亚于金刚石，甚至在磨不锈钢、硅片、玻璃的光洁度都比优于金刚石，价格却是金刚石的几十分之一倍。

用白刚玉做的油石、研磨盘广泛用于不锈钢类研磨行业，其抛光性能相对较高，产品使用寿命短；而利用β-Sic做成的研磨材料（油石、研磨盘等），具有光洁度高、磨削力强、寿命长的优势。

比如用白刚玉做的油石抛光轴承，用β-Sic做的油石替代后，光洁度能提高2-3个等级，产品寿命提高5-8倍，而且能大幅降低更换油石次数，从而减少劳动强度、提高生产效率。

β-Sic做的研磨膏、研磨液、高精密砂布砂带及超耐磨涂层也有着良好的应用前景。

⑤高档特殊添加剂:

高分子复合材料及金属材料中加入β-Sic可以大大提高其导热性、降低膨胀系数、增加耐磨性等，而且由于β-Sic的比重小，对材料结构重量不造成影响。

高强度尼龙材料、特种工程塑料聚醚醚酮（PEEK）、橡胶轮胎、抗压润滑油等加入超细β-Sic微粉后，其性能提升非常明显。

⑥碳粉添加剂:

复印机用碳粉在加入β-Sic后，流动性及附着力会有明显提升，添加量一般在5%左右即可达到良好的效果。

⑦其他应用:

立方碳化硅（β-Sic）属于碳化硅类的高端产品，现阶段主要用于精密研磨、高级陶瓷、高级耐火材料、特殊涂附、高档特殊添加剂等领域。

立方碳化硅具有金刚石晶型，韧性及硬度均高于普通碳化硅产品，且具有良好的自然球度和优异的烧结活性，使得其在应用性能上明显优于普通碳化硅。

今后随着行业的发展，立方碳化硅有潜力逐步替代现有碳化硅产品，成为碳化硅中的领导产品。

本项目经过充分调研和论证，从我国政府近年倡导的循环经济理念出发，遵循市场规律，充分依靠高新技术，本地原材料丰富，电力价格适中，劳动力成本低等基础优势和比较优势，集成国内外先进技术和装备，采用多热源炉生产Sic新技术（国家发明专利，专利号：

ZL01132774.X）生产四高Sic结晶块，利用β-Sic新技术（国家发明专利，专利号：

ZL03114672.4）生产β-Sic