碳化硅（SiC）又名金刚砂，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。 目前中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。
发展历史
碳化硅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。
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 第一只碳化硅晶体发光二极管诞生。
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。
物质品种
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。
理化性质
物质特性
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,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种同质异晶物，在高于2000 °C高温下形成，具有六角晶系结晶构造（似纤维锌矿）。β-碳化硅，立方晶系结构，与钻石相似，则在低于2000 °C生成，结构如页面附图所示。虽然在异相触媒担体的应用上，因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目，而另一种碳化硅，μ-碳化硅最为稳定，且碰撞时有较为悦耳的声音，但直至今日，这两种型态尚未有商业上之应用。
因其3.2g/cm³的比重及较高的升华温度（约2700 °C），碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高******电流密度，在半导体高功率元件的应用上，不少人试着用它来取代硅。此外，它与微波辐射有很强的耦合作用，并其所有之高升华点，使其可实际应用于加热金属。
纯碳化硅为无色，而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。
物质结构
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。
制作工艺
由于天然含量甚少，碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食盐和木屑，置入电炉中，加热到2000°C左右高温，经过各种化学工艺流程后得到碳化硅微粉。
碳化硅（SiC）因其很大的硬度而成为一种重要的磨料，但其应用范围却超过一般的磨料。例如，它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的******窑具材料之一，它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等。制备SiC制品首先要制备SiC冶炼块（或称：SiC颗粒料），因含有C且超硬，因此SiC颗粒料曾被称为：金刚砂。但要注意：它与天然金刚砂（也称：石榴子石）的成分不同。在工业生产中，SiC冶炼块通常以石英、石油焦等为原料，辅助回收料、乏料，经过粉磨等工序调配成为配比合理与粒度合适的炉料(为了调节炉料的透气性需要加入适量的木屑，制备绿碳化硅时还要添加适量食盐)经高温制备而成。高温制备SiC冶炼块的热工设备是专用的碳化硅电炉，其结构由炉底、内面镶有电极的端墙、可卸式侧墙、炉心体（全称为：电炉中心的通电发热体，一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形状与尺寸安装在炉料中心，一般为圆形或矩形。其两端与电极相连）等组成。该电炉所用的烧成方法俗称：埋粉烧成。它一通电即为加热开始，炉心体温度约2500℃，甚至更高(2600～2700℃)，炉料达到1450℃时开始合成SiC（但SiC主要是在≥1800℃时形成），且放出CO。然而，≥2600℃时SiC会分解，但分解出的si又会与炉料中的C生成SiC。每组电炉配备一组变压器，但生产时只对单一电炉供电，以便根据电负荷特性调节电压来基本上保持恒功率，大功率电炉要加热约24 h，停电后生成SiC的反应基本结束，再经过一段时间的冷却就可以拆除侧墙，然后逐步取出炉料。
高温煅烧后的炉料从外到内分别是：未反应料（在炉中起保温作用）、氧碳化硅羼（半反应料，主要成分是C与SiO）、粘结物层（是粘结很紧的物料层，主要成分是C、SiO₂、40%～60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸盐）、无定形物层（主要成分是70%～90%SiC，而且是立方SiC即β-sic，其余是C、SiO₂及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸盐）、二级品SiC层（主要成分是90%～95%SiC，该层已生成六方SiC即口一SiC，但结晶体较小、很脆弱，不能作为磨料）、一级品SiC层（SiC含量<96%，而且是六方SiC即口一SiC的粗大结晶体）、炉芯体石墨。在上述各层料中，通常将未反应料和一部分氧碳化硅层料作为乏料收集，将氧碳化硅层的另一部分料与无定形物、二级品、部分粘结物一起收集为回炉料，而一些粘结很紧、块度大、杂质多的粘结物则抛弃之。而一级品则经过分级、粗碎、细碎、化学处理、干燥与筛分、磁选后就成为各种粒度的黑色或绿色的SiC颗粒。要制成碳化硅微粉还要经过水选过程；要做成碳化硅制品还要经过成型与结烧的过程。
产能
中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨（其中：绿碳化硅块120多万吨，黑碳化硅块约100万吨）。冶炼变压器功率大多为6300~12500kVA，******冶炼变压器为32000kVA。加工制砂、微粉生产企业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足45%。约三分之一的冶炼企业有加工制砂微粉生产线。碳化硅加工制砂微粉生产企业主要分布在河南、山东、江苏、吉林、黑龙江等省。
中国碳化硅冶炼生产工艺、技术装备和单吨能耗达到************水平。黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼，而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼，一氧化碳全部直排。2012年，中国企业开发出了封闭冶炼技术，实现了一氧化碳全部回收，但是距离全行业普及还有很长的路要走。
应用领域
碳化硅的用途十分广泛，如：冶金、机械、化工、建材、轻工、电子、发热体。磨料可作为冶金工业的净化剂、脱氧剂和改良剂。在机械加工方面可作为合成硬质合金刀具；加工后的硅碳板可作为耐火材料用于陶瓷烧制的棚板。通过精加工后生产的微粉，可用于高科技电子元器件和远红外线辐射材料的涂料。高纯度精微粉可供国防工业航空航天器皿的涂层。对国际国内各经济领域的用途十分广阔。
用途分类
1、磨料：主要因为碳化硅具有很高硬度，化学稳定性和一定韧性，所以碳化硅能用于制造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合金、钛合金、高速钢刀具和砂轮等。
2、耐火材料和耐腐蚀材料：主要因为碳化硅具有高熔点（分解温度）、化学惰性和抗热振性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用碳化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。
3、化工用途：因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中游离氧、金属氧化物反应生成一氧化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁净化剂，即用作炼钢脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一般使用低纯度碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅原料。
4、电工用途：用作加热元件、非线性电阻元件和高温半导体材料。加热元件如硅碳棒（适用于1100～1500℃工作各种电炉），非线性电阻元件，各式避雷阀片。高科技电子元器件和远红外线辐射材料的涂料等。
行业分类
火电行业应用
• 输煤系统：斗轮机筒体、皮带头料斗 、落煤斗 、原煤斗、 给煤机（抗冲击陶瓷）
• 制粉系统：磨煤机出口管道弯头至直管2米处（抗冲击陶瓷）、磨煤机出口管道直管2米以上、木块（木屑）分离器、粗粉分离器进口管及锥体、粗粉分离器粉管及弯头、细粉分离器粉管及锥体、 排粉机窝壳、一次风管弯头、燃煤器锥体、烟道尾部、中速磨、磨煤机桶体、分离挡板、内锥斗、出口管道、一次风管及弯头、风扇磨、煤粉管道及弯头
• 除尘系统：除尘管道及弯头
• 排灰系统：除灰管道 、除渣分场、干灰风选机内壳
• 脱硫系统：石膏浆液管道、石灰石浆液管道、阀门、旋流器
• 循环流化床炉：石灰石管路、除灰管路、旋风分离器内衬
钢铁行业应用
• 原料输料系统：皮带头部料斗、皮带头部料仓、台车三通斗、授料斗
• 配料系统：混合料仓、一次混合圆筒、二次混合圆筒、混合圆盘、造球盘
• 烧结料输送系统：振动筛下选矿料斗、远距离选矿料斗、料仓、
• 除尘、排灰系统：除尘管道、弯头、三通、落灰管、机尾除尘管
• 焦化系统：焦炭料斗
• 炼铁喷煤系统：锥斗、分离挡板、出口管、 煤粉管道、燃烧器锥体、钢球磨、出口管、粗粉分离器、 细粉分离器、煤粉管道、弯头、排粉机内壳
煤炭行业应用
• 输煤系统：料斗、料仓、介质输送管路、洗选设备给料管路、洗选设备排料管路、无压自流管路、洗煤厂各类输送管道、重介质旋流器
水泥行业应用
• 输料系统：皮带头部料斗、料仓、皮带机裙板、台车三通斗、授料斗、
• 配料系统：混合料仓、一次混合圆筒、二次混合圆筒、混合圆盘、造球盘
• 烧结料输送系统：振动筛下选矿料斗、原料运输溜槽、旋风除尘器及其管路、耐磨风机叶轮
• 除尘、排灰系统：除尘管道、弯头、三通、落灰管、机尾除尘管
• 焦化系统：焦炭料斗、漏斗、焦炭转运溜槽、耐磨抗冲击焦炭接收漏斗、煤转运溜槽、皮带运输机裙板、格皮筛
• 炼铁喷煤系统：中速磨、锥料斗、分离器挡板、出口管、煤粉管道、燃烧器锥体、钢球磨、出口管、粗粉分离器、细粉分离器、煤粉管道、弯头、排粉机内壳、叶轮
化工行业应用
• 输料系统：料斗、料仓
• 除尘系统：除尘管道
港口行业应用:输料系统、泊位固定漏斗、斗轮机固定漏斗、皮带机转运站固定漏斗、卸船机料斗
矿山行业应用
• 输料系统：料斗、料仓、精矿管路、尾矿管路、回填矿物、
• 粉磨系统：输料槽和料斗内衬、出口管道
• 选矿系统：振动溜槽、旋流器
机械行业应用：电厂设备、输煤设备、制粉设备、除尘设备、排灰设备、钢厂设备、输料设备、除尘设备、阻力平衡器、矿山设备、 料斗、料仓、各类磨损大设备
冶炼行业应用
• 输料系统：头部溜子、中间仓、尾部仓、振动筛料槽、焦炭斗、计量斗
• 配料系统：配料斗、一次（二次）混合机
• 焙烧系统：单仓泵焙砂管、配料斗、灰斗、中间仓料斗
• 除尘系统：除尘管道及弯头