碳化硅（SiC)材料的未来应用前景怎么样？

碳化硅陶瓷在高技术产业应用广泛 国内高端生产力亟需提升

　　碳化硅陶瓷是以碳化硅、有机粘合剂为原材料，在添加剂的作用下烧结成型的陶瓷材料。碳化硅陶瓷具有优异的刚性、抗弯强度、热传导性、高温强度、耐磨损性、耐腐蚀性、高温抗氧化性以及摩擦系数低、热膨胀系数低、密度小等特性，是陶瓷材料中高温力学性最好、非氧化物陶瓷中抗氧化性最好的陶瓷材料。 　　随着科技不断进步，高技术产业不断发展壮大，对材料的力学性能、耐高温性、抗腐蚀性等要求日益严苛，在此背景下，碳化硅陶瓷应用领域不断拓宽，需求不断扩大。碳化硅陶瓷可以制造高频电子器件、电磁屏蔽材料、导热散热材料、高温轴承、高温耐蚀部件、磨料磨具、耐火材料等，被广泛应用在微电子、仪器仪表、机械、汽车、冶金、化工、石油、激光、核工业、航空航天等领域。

　　根据新思界产业研究中心发布的《2020年碳化硅陶瓷项目商业计划书》显示，碳化硅陶瓷的制备工艺主要包括化合法、热分解法、气相法、阿奇逊法等，其烧结难度较高，生产工艺复杂。在全球范围内，碳化硅陶瓷主要供应商有法国圣戈班、德国雄克集团等。这些企业技术工艺水平高，产品质量、性能、可靠性高。经过不断发展，我国碳化硅陶瓷行业规模不断扩大，生产企业不断增多，代表性企业主要有沈阳星光、洛阳鹏飞、山东金鸿、潍坊致达等。

　　我国碳化硅陶瓷生产企业数量众多，行业整体产能不断扩大，全国较多地区均有分布。碳化硅陶瓷产品中，低端产品技术门槛较低，因此国内聚集了大批企业，这些企业在规模、技术、工艺、产品质量等方面参差不齐，依靠价格战争夺市场；少数优秀企业经过技术、经验的不断积累，研发创新能力不断增强，工艺水平不断提高，竞争力不断提升。我国碳化硅陶瓷行业发展呈现两极分化格局，随着下游应用领域逐渐向高技术产业倾斜，未来实力不足企业被淘汰速度将加快。

　　碳化硅陶瓷也存在缺点，例如脆性较大、易断裂，为提高其韧性，采用高强度、高弹性纤维与之复合制成的碳化硅陶瓷基复合材料应运而生。碳化硅陶瓷基复合材料综合性能优异，可以应用在高速切削工具、高档汽车、飞机、火箭、导弹等领域。碳化硅陶瓷基复合材料技术壁垒高，全球仅有日本、美国、西欧等少数国家具备先进生产工艺，我国与之相比差距较大，市场需求依靠进口，亟需实现进口替代。

　　新思界行业分析人士表示，碳化硅陶瓷是新材料的一种，其下游应用范围广泛，特别是在高技术产业领域应用需求持续增长，未来市场前景广阔。经过不断发展，我国碳化硅陶瓷行业生产能力不断提升、技术水平不断提高，但在高端产品领域，国内需求还需依靠进口，尤其是在碳化硅陶瓷基复合材料领域，我国与发达国家相比存在较大差距。未来，我国碳化硅陶瓷行业技术水平还需不断进步。

关于 SiC在陨石和地壳中含有少量的SiC（silicon carbide，碳化硅），但迄今尚未找到可供开采的矿源。工业用SiC是1891年研制成功，由于其化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，最早的用途是研磨材料。

SiC 应用领域1. 因其硬度高、切削力强的特点，作为磨料可用来做磨具，如砂轮、磨头等。

如：玉器珠宝的抛光、玻璃石材、合金、电子元件等的研磨及抛光、太阳能电池基板的切割、建筑筑路、服装行业（牛仔布喷砂）、美容工具和砂轮的制造等。

2. 因其耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击特点，作为高温间接加热材料和冶金脱氧剂等。

如：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。

以上两种用途的SiC材料又叫金刚砂或耐火砂，分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体（α-SiC）。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。绿碳化硅，含SiC 97% 以上，主要用磨硬质合金工具。它们的硬度都介于刚玉和金刚石之间。3. 用于制造半导体的高纯度单晶材料，材料的生长和器件的制备是高新技术产业。

与硅（Si）和砷化镓（GaAs）为代表的传统半导体材料相比，SiC半导体材料是第三代半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高健合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，因而是半导体材料领域最后前景的材料之一。

除此之外：

因其良好的导热性，SiC材料制成的器件还应用于航空、航天探测、核能开发、卫星、石油和地热钻井勘探、汽车发动机等需要高温（350~500℃）的工作环境中；

因其宽禁带和高化学稳定性，也应用在抗辐射领域；

因其高电子饱和漂移速度，高频和微波SiC器件具有不可替代的优势；

因其具有大的击穿电场，高频率SiC器件在雷达、通信和广播电视领域具有重要的应用前景；

因其具有良好的热导率，也能成为制造大尺寸、超高亮度白光和蓝光GaN LED（light emitting diode，发光二极管）和 LD（laser diode，激光二极管）的理想衬底材料，成为光电行业的关键基础材料之一。

总结目前，我国是前两种用途SiC材料的生产大国，在国际市场上对其价格有控制作用，产地主要分布在甘肃、宁夏、青海、新疆、河南、四川等地区。国内的一些研究机构、企业也涉足SiC晶体生产的研究，或自行研制、或引进生长设备。但是我国对SiC晶片的应用还不足，SiC产业的下游企业还没有形成规模，整个产业链还不够完备，还需要加大投入和研究力度。

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