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。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。
碳化硅产业现状如何?碳化硅,是一种无机物,化学式为SiC,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。在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。 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。
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。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。
以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场。在碳化硅衬底上,主要使用化学气相沉积法(CVD 法)在衬底表面生成所需的薄膜材料,即形成外延片,进一步制成器件。应用领域最终主要分为射频器件(5G、国防等)和功率器件(能源等)。
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。
碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅,中国机床工具工业协会统计数据显示,2020年中国黑碳化硅产量为75万吨,绿碳化硅产量为10.5万吨,2021年中国黑碳化硅产量为90万吨,绿碳化硅为11万吨,产量相继上涨。说明我国碳化硅行业发展前景及需求量较为良好。2021年,黑碳化硅产量约90万吨,同比增长20%。其中甘肃48万吨,宁夏29万吨,内蒙古10万吨,湖北及青海3万吨。绿碳化硅产量约11万吨,其中新疆10万吨,四川1万吨。
我国碳化硅的使用量接近全球的二分之一,但国内碳化硅产业还很不完善,从我国碳化硅进出口数量来看,我国碳化硅出口量远大于进口量,据统计,截至2021年1-4月我国碳化硅进口量为0.05万吨,同比下降45.24%,出口量为10.34万吨,同比增长10.19%。
根据海关资料显示,2020年受到全球疫情影响,中国碳化硅进口量急剧下降,2020年中国碳化硅进口量为1624.7吨,同比下降72.89%,随着疫情态势的放缓,中国碳化硅进口量有一定的恢复,2021年中国碳化硅进口量为3873.5吨,同比增长138.41%,增长可观。中国碳化硅从2017年至2020年出口量呈现下降态势,2021年中国碳化硅出口量恢复为374.8万吨,同比增长55%,2022上半年中国碳化硅出口量为199.1万吨。可以看出中国碳化硅并不依赖于进口,出口量远远大于进口量。
2021年中国碳化硅的进口金额为1225万美元,较2020年增加了434万美元,同比增涨54.81%;中国碳化硅的进口金额为34917万美元,较2020年增加了12823万美元,同比增涨58.04%。中国海关显示,2015-2021年间,中国碳化硅的进口均价波动较大,出口均价较为平稳。2021年中国碳化硅的进口均价为3.16美元/千克,较2020年减少1.71美元/千克;中国碳化硅出口均价为0.93美元/千克,较2020年减少0.11美元/千克。
数据显示,2018-2020年和2021上半年晶棒良率分别为41%、38.57%、50.73%和49.90%,衬底良率分别为72.61%、75.15%、70.44%和75.47%,综合良率目前大约为37.7%。说明中国碳化硅的技术级层面有限,目前还没有找到能提高综合良率的办法。
着电动汽车和光伏、风电等新能源产业对大功率、低能耗、小体积功率器件需求的不断提高,碳化硅也随之迎来了属于它“高光时刻”。业内机构预估,2022年车用SiC功率元件市场规模将达到10.7亿美元,至2026年将攀升至39.4亿美元。面对巨大的市场需求,全球碳化硅市场牵起了扩产浪潮。
业内人士表示,未来几年内,可再生能源发电及储能、电动汽车及相关基础设施的商业机会巨大。意法半导体也表示,“现在的新车,只要能用碳化硅的地方,便不会再用传统功率器件”。
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