前言
　　盡管碳化硅及其制品，在現代工業的黑色冶金、有色冶金、金屬電解以及航天、電子等領域已是不可或缺的重要材料，但因總體規模小，從業人員少，在我國只是一個鮮為人知的小行業。幾十年來除鄭州三磨所外，尤其是冶煉方面沒有自已的研究機構，除以前的鄭機專和近來的河工大外，大中院校科系中無此專業，也沒有多少系統的文字資料。之所以有了今日的發展規模和技術進步，完全是靠企業自身的努力。今蒙《磨料磨具》雜志社約我撰寫碳化硅發展史，一談到史有點太嚴肅，恐怕我不能勝任，我只能盡自已所知，以一個行業老人的身份，向行業后來的佼佼者們講述一些舊事。先寫一點碳化硅冶煉方面的舊事，如蒙還覺可以，那另篇再寫碳化硅加工方面的舊事。限于本人不太好的記憶和文字表達水平，遺漏和謬誤在所難免，望同仁不吝補正。
　　我國現代磨料磨具的奠基者和碳化硅的發源地--原第一機械工業部沈陽第一砂輪廠
　　在我國要提到磨料磨具或碳化硅，就不能不提到沈陽第一砂輪廠，這第一砂輪廠（雖已于1996年破產）是1948年沈陽解放后，從日商手里接收的，始建于1940年，原為日本吳制砥所株式會社滿洲分所的一個作坊式工場。解放后更名為沈陽市機械第十三廠，1949年10 月中華人民共和國成立后，又更名為第一機械工業部蘇家屯砂輪廠，這是我國當時唯一的一家砂輪廠，但生產需要的剛玉和碳化硅等主要磨料，尚依賴從日本和朝鮮進口。朝鮮戰爭爆發后，西方資本主義國家加大了對我國的經濟封鎖，蘇家屯砂輪廠的生產，成了無米之炊。當時又因要支持抗美援朝戰爭，軍工生產對磨料磨具的需求，迫使我國必須自行試制人造磨料。在這種形勢下，蘇家屯砂輪廠擔當了磨料的試制任務。于50年代初先后試制成功了碳化硅、棕剛玉、白剛玉和硅碳棒。這一聯串磨料的試制成功，加上自1953年起，中蘇關系出現了裂隙，磨料磨具對國家生存和建設的重要性更為凸顯。于是將剛玉和硅碳棒部分遷至山東淄博（成為后來的第四砂輪廠），還自1956年起，工廠實行保密，對外稱441廠，通訊地址是沈陽市第604信箱，至50年代末才正式定名為中國第一機械工業部沈陽第一砂輪廠。在這段時間里，一砂曾為許多兄弟廠和同行業培訓了大量的專業、管理人才：五十年代就接受了一機部工具科學研究院（現鄭州磨料磨具磨削研究所和哈爾濱工具研究所的前身）、二砂（從廠長到全體職工）、三砂等來廠實習；六十年代接受了上海、蘇州、合肥和牡丹江等地方砂輪廠來實習；還接受過朝鮮、越南和阿爾巴尼亞的實習生。同時也派員參與對淄博第四砂輪廠、貴陽第三砂輪廠、鄭州第二砂輪廠和中磨公司的籌建。可以說，現在或曾經活躍在磨料磨具行業的資深專家和行業企業領導，如王津、錢惟圭、黃炳磷、孟慶輝、何以權、王輔生、張念東、范世綸、周甫浚、曾繼良、甘素貞和陳和生等，無一不與一砂有著各種各樣的淵源，所以說，第一砂輪廠是我國現代磨料磨具行業的奠基者。
　　我國的碳化硅工業生產始于1949年，由當時蘇家屯砂輪廠的電氣技術員徐學政（蘇州人，來廠前在蘇州開過電器商店，但因政治或排擠等原因被定為反革命而送進監獄，60年代平反后回過廠）和電工趙廣和（因此而獲全國勞模、助理工程師）等借鑒日本出版的、一本已無封面也無書名的32開裝小冊子（估計不是日本昭和電工就是窩臼島電工的早期出版物），其中有一頁半以日文簡述碳化硅工業生產的設備和原料，還附有一張臥式電阻爐的照片和一個填有數字的原料配方表。受此啟發，便在硅碳棒爐內放入石英砂和焦碳顆粒，通電后獲得了碳化硅晶體。后來在中科院大連（現在的沈陽）金屬研究所研究員曹子讓先生幫助下，借鑒和參考來自蘇聯的一冊，由蘇聯科學技術候補博士卡緬采夫編寫的，人工刻印的《人造磨琢材料》上所述的碳化硅冶煉內容。以三臺500KVA單相交流變壓器供十二臺五米長，耐火磚砌的槽式電阻爐，分成三組開始了我國最初的碳化硅工業生產，所以說一砂是我國碳化硅工業生產的發源地。
　　在我國六十年來的碳化硅工業生產過程中，大致可分為以下幾個階段。
　　（一）磨料用碳化硅生產時期（50年代初至70年代末）
　　一、生產廠家、規模與年產量
　　這一時期中，自1958年開始，我國開始了工農業大躍進，當時我國的工業建設是以鋼鐵等重工業和機械制造業為主，故對磨料磨具的需求也隨之日益增長。 1958年，各地的地方砂輪廠也紛紛建立，其中能生產磨料的砂輪廠或稱金剛砂廠的也日益增多。至60年代末，其中能生產碳化硅的企業有：一砂、二砂（60 年開始生產生產磨料）、牡丹江砂輪廠、上海砂輪廠、渾江金剛砂廠、湖北丹江口金剛砂廠和蘇州砂輪廠等，但單臺電爐的容量和總體規模都不大，其中較大的有：一砂擁有容量為5000KVA三臺、二砂擁有容量為4000KVA四臺、牡砂有一臺容量為5000KVA的、渾江有兩臺總容量為4000KVA的、上砂有一臺2200KVA的。容量小于2000KVA的生產廠家有江蘇蘇州、內蒙赤峰、吉林安圖等。但在計劃經濟的條件下，一些地方砂輪廠根本分配不到磨料，尤其是碳化硅中的綠碳化硅，市場上根本買不到，到了文革時期，凡是要用綠碳化硅的砂輪廠或地區就利用一切可能上碳化硅項目，以至城市的街道、農村的公社，凡是有點條件的地方又陸陸續續上了一些碳化硅廠或車間，如江蘇馬鞍山、海州、浙江德清、湖南汩羅、江西廬山、吉林榆樹、河北唐山、山東滕縣、遼寧新賓、大連旅順、丹東浪頭、沈陽鐵西啟工街道、河北遷安夏官營公社和遼陽邵二臺子公社等都開始了綠碳化硅的冶煉。這一時期中，自50年代中期，遼寧的葫蘆島鋅廠就開始，在750KVA電爐上，以石油焦煉制黑色碳化硅，用以制作制鋅的反應釜。這是當時我國唯一一家生產非磨料用途黑碳化硅的廠家。當然，后期如一砂用碳化硅生產一些陶瓷結合劑的碳化硅耐火板，還有第五砂輪廠和唐山碳化硅廠生產過一些小型的碳化硅陶瓷等非磨削用途的碳化硅制品。至此，全國碳化硅年產量約在三萬噸位左右，百分之九十以上是綠碳化硅并用作磨料。這也是碳化硅冶煉行業之所以歸屬于機械工業機床與工具系統的原由。
　　二、這一時期的工藝技術和裝備
　　1、爐心體制作的演變和裝爐用反應箱（或稱隔板箱）的由來。
　　50年代初，一砂的爐心體是圓形的，先以水泥袋紙和白細布用糨糊糊成一直徑固定的與電爐長度等長的圓筒，一頭用繩扎住，先裝入一部分砸成5厘米左右的碳素塊，然后吊起，邊用木錘敲打（以增加填充密度）邊裝入同樣的碳素塊，裝實后再扎上。抬至爐上打開扎口處使與爐頭電極接觸好，布紙筒就在冶煉中燒掉了。 1956年民主德國專家格勞克建議用兩塊木板與爐料隔開在中間填以碳素塊，爐心體由此就變成了方形。由于塊狀碳素塊在冶煉過程容易沉入結晶中，就改用天然的鱗狀或土狀石墨，間或摻一些油焦粉。當爐用功率增大后，爐心周圍分解的石墨增多，爐心體才全部用電爐自產的分解石墨。四塊裝爐心的隔板和分隔反應料與保溫料的隔板隨著爐體的增大和加長，木質的隔板被鋼板所代替，為了防止裝料時碰歪，最后才將四塊鋼板聯結成了現在的兩個反應箱。
　　2、解決綠、黑碳化硅難產
　　當時主要生產的是磨料用的綠碳化硅和少量的黑碳化硅以及避雷器碳化硅，除了一本《人造磨琢材料》外，沒有專門煉制綠碳化硅的資料或文章可供借鑒，只能靠自已摸索，在1962年前，各廠在綠碳化硅的冶煉上很不穩定，下部的結晶綠了上部的不綠，兩頭的綠了中間的不綠，里面的綠了外層的不綠。當時的一砂是用三臺5000KVA變壓器（實用功率為2200KW,11米長的磚砌槽式爐），雖然爐爐煉的是綠碳化硅，但出的綠結晶平均不到50%.曾聘請過國外的專家來廠幫助，如1956年請了民主德國的格勞克專家來廠九個月，1957年請了中科院沈陽金屬研究所曹子讓先生來廠指導（我榮幸地被其指定為聯絡員，遺憾的是只去所里兩三次后，就因反右運動就停止了與他的聯系），1959年請了蘇聯專家卡查斯基來廠六個月的幫助，也沒有解決綠碳化硅的難產問題。最后還是一砂自行不斷提高原料的純度和在焙燒料工藝的配合下，終于在1962年至1963年間，解決了我國碳化硅生產史上，歷時十多年的綠碳化硅生產不穩定這一難題。并于1965年在磨料磨具磨削研究所主編的期刊《經驗交流》（也即現在《磨料磨具磨削》期刊）上，公開發表了由我代表一砂趙廣和、石世鳴、陳玉江和李友才等撰寫《關于穩定生產綠碳化硅的若干工藝問題》的論文。至此，綠碳化硅難產問題得到了解決。但在文革中又出現了反復，一方面是工藝執行不嚴，另一方面各地所用的硅砂純度不一。直到1972年，一砂在對各地硅砂品位的調研過程中，發現了江蘇東海縣一帶（包括臨近的新沂市和山東贛榆縣）地下開采出的脈石英，其色潔白，破碎后的顆粒幾近透明，其出售的上白砂S iO2含量普遍在99.50%以上，而精白砂的SiO2含量可達99.60~99.90% .當地農民在采挖過程還不時挖出水晶，其中最大的一塊保存當地地質部門的105礦內，水晶單體重達六噸多，晶體六邊周長有一抱多粗。將東海的上白砂投入綠爐，在其它工藝不變的基礎上，爐爐結晶全綠。至此，東海石英砂成了我行業煉綠碳化硅的一大"至寶",迅速在全行業被推廣，國內用石油焦煉制綠化硅再也不是什么難題了。此前，做磨具用的黑色碳化硅，從綠爐中出的黑碳化硅就夠用了，綠爐出的結晶全綠后，生產磨具用的黑碳化硅必須投黑爐來煉制。一砂于1963年三季開始專門用石油焦和硅砂來煉制黑碳化硅，可由于當時的硅砂純度很高，整整一個季度投了90個黑爐，沒有一爐整爐出過像樣的黑結晶，在一砂一時出現了黑碳化硅難產的現象，無論用全新料（為了排除含鹽的保溫料）、反應料中加入一定量的礬土或含鋁鈣鎂較多的粘合物（現在的三級品）、反應料之硅碳比碳過量到每顆結晶都頂有一顆碳粒（硅碳比嚴重碳過量的特征），可整爐結晶還是淺綠發白或不黑不綠、半黑半綠，最后只好用含SiO298.50%左右的許家屯硅砂，黑碳化硅難產始得解決。由此，當時得出的結論是，用石油焦與純度很高（SiO2含量大于99.50%）的硅砂來煉制黑碳化硅是不可能的，當然也給后人留下了用很純凈的硅砂和石油焦碳來煉制綠碳化硅即使不加鹽，也是可能的 .同時為了適應石油工業煉焦工藝的改革（由原來固定碳90~96%的釜式焦變為當時固定碳只有70%左右的延遲焦）而形成的反應料爐底焙燒法，納入了用石油焦煉制綠碳化硅冶煉的正常工藝-焙燒料工藝，一直沿用至今。
　　3、焙燒料工藝的問世
　　1962年，我國大慶油田的原油生產量日益增漲，以釜式焦（將黏稠的油底子置于一反應釜中加溫，至其揮發份幾乎都揮發掉為止，因此這種釜式焦揮發份少，固定碳含量都在90%以上）工藝生產石油焦，已不能適應石油生產日益增漲的需要，便以延遲焦工藝，即將黏稠的油底子置于一罐內，加溫至 4000℃時，立即沖入高壓水，使焦炭隨水的氣化而炸裂，并隨同大量的水流流入焦炭池里，這種焦炭含揮發份和水份都在10%以上，用此工藝生產的油焦，其固定碳含量在 70%左右，但又不得不用這種油焦，這對一砂當時碳化硅冶煉不論從產品的質量和產量上都造成了極大的影響，結晶的致密度和產量都有很大的下降。可一時又找不到其它適用的含碳原料，只有通過將延遲焦干熘去除其揮發份和水份，考慮冶煉爐爐槽內的下部反應區和保溫區，冶煉過程其溫度可達800~20000℃，如將配好的反應料裝入其間，則爐料中的油焦就像經過一次干熘（焙燒）一樣可將其揮發份全部揮發掉，再將這經過焙燒的爐料投入下一爐的反應區，定能達到用釜式焦冶煉時一樣的質量指標。經過多個輪次的試驗，克服了澆水冷卻、出料、運輸對焙燒料硅碳比的影響，終于獲得了成功，而且還出乎預料的比用釜式焦冶煉時的產量還高。總結其原因主要是：粉狀的碳粉經焙燒后燒結成多孔的球狀，改善了爐料的透氣性；焙燒后的爐料堆密比新料要大一些；原本散落在下部保溫料中的下部二級品（綠爐的結晶筒下部因結晶疏松而形成下部開口的馬蹄狀）得以隨焙燒料回到下一爐的反應區而得以利用等。但在設計綠色碳化硅爐的結構與容量時必須考慮，在爐槽焙燒的爐料量必須正好用于下一爐反應區的需量，而且要隨時注意調整下一爐反應料的硅碳比。
　　4、避雷器碳化硅的試制成功
　　避雷器碳化硅，是專門用于高壓或超高壓輸電線路，導雷入地的一種具有非線性電導性能的特種碳化硅，用它加工后制成的閥片是高壓避雷器的核心材料。高壓輸電線路的架空零線通過此避雷器接地，正常輸電情況下，它對地是絕緣的，線路遭遇到超高壓、超強電流的雷擊時，這閥片卻變成了良導體，將這超高壓強電流導入大地而保護了輸電線路。五、六十年代，我國東北地區重工業建設的蓬勃發展，已建成220KV的輸電線路，極需高壓避雷器來保護。時至1963 年，當時的一機部，就給西安電瓷研究所、一砂和撫順高壓電瓷廠下達了高壓避雷器用碳化硅的研制任務，由我與西瓷所的韋技術員（女）和撫瓷的張技術員，組成了試制小組，在一砂的電爐上試制避雷器碳化硅，由撫瓷做閥片，由西瓷所做性能測試。開始在正常的黑碳化硅煉制的原料中添加氧化鋁粉或礬土粉，效果不是太好，不能耐太高的電壓，后來用含Al2O33~5%的無煙煤與含SiO299.5%的硅砂作原料，不斷調整爐料中的Al2O3含量進行反復試驗，終于在爐料含 Al2O31.5~2.3%的條件下，煉制成功了符合要求的避雷器碳化硅。
　　5、這一時期的工藝裝備
　　1）從供電設備方面來說，基本上都用交流單相變壓器供電，只是調壓方式是多種多樣的，大多數是采用變壓一次線圈抽頭調壓、有串聯自耦變壓器調壓（一砂）、串聯磁扼電流放大器調壓（二砂）、串聯容量較小的升壓變壓器調壓（蘇砂）等。只有河北遷安縣夏官營公社碳化硅廠的1000KVA的電爐采用直流供電，而且是采用可控硅整流元件進行整流并調壓，由于當時整流元件的各種參數很不一致也不穩定，所以整流效率和調壓效果很不理想，但畢竟是開了我國碳化硅冶煉史上，嘗試用直流供電、晶體管整理流和調壓的先河。而直流供電與交流供電相比其主要優點是：不用考慮供電網三相負荷的平衡，可以選用較大功率的爐用變壓器（如直流供電采用一臺爐變容量為15000KVA三相整流變，而交流供電就得考慮電網三相負荷的平衡，只能選用三臺5000KVA單相交流變）；免除了交流供電時大電流短網的感應損耗，提高了功率因數；同樣的送電功率下可以對電爐采用高電壓低電流供電，以減少變壓器二次線圈和直流母排的截面和損耗；基本上可以免除工人在送電爐周圍操作時觸電的可能性等。因此說，碳化硅冶煉采用直流供電，無論從供電設備制造、導電母排與電極的選用還是在冶煉產品的產質量和經濟指標和安全方面都要優于交流供電。
　　2）從電爐結構方面來說，基本上還是沒有脫離"艾奇遜"臥式電阻爐的槽式結構，只是大小和槽底形狀（有矩形的、倒梯形和弧形的）有些不同而已。
　　3）從配混料、裝出爐和爐料傳送的工藝裝備來說，基本上和現在的生產企業無明顯的不同，配料的秤量一般的還是用手推車和地磅，只有二砂（白鴿集團）最先使用壓電元件的電子秤秤量，一砂用軌道秤車秤量。混料則都用各種各樣混凝土攪拌機，只是容量與密封性能有所不同。
　　4）活動爐
　　這期間在冶煉工藝機械化方面，雖想盡了辦法，但由于固定爐冶煉，各工序要在不同地點不同的爐上實施機械化確實有一定的困難，一砂和二砂在70 年代初先后使用了活動爐冶煉碳化硅。活動爐就是將電阻爐置于一可承重、下裝輪子、可在軌道上順向移動的爐車上。再由拖車（亦稱托車）拖送到各個爐位（有裝爐爐位、送電爐位、冷卻爐位、提側墻清保溫料爐位、分級爐位和出爐底料爐位）上，各工序的位置一固定，也就便于各工序的機械化了。所以這活動爐比之固定爐的機械化程度要高得多，可以說除分級以外基本上無很費力的體力勞動。這活動爐的投產，可以說是碳化硅冶煉工藝裝備機械化方面的一項突破，也確實領先于當時各國的碳化硅冶煉工藝裝備，但如爐型太大時，爐車和拖車受重量限止，不能采用活動爐。
　　5）首次在碳化硅冶煉過程的溫度測定
　　碳化硅冶煉工藝的調處，之所以至目前還處于經驗型而較難駕馭，就是因為整個冶煉過程無科學觀測手段進行觀測，從爐心體到爐表，各料層的溫度很難測定、固氣轉化、晶體的形成與成長以及氣體流動的方向等情景更無法直觀得知，工藝人員只能從冶煉前后與冶煉過程的種種現象和積累的經驗來進行分析推理。這種狀況無論對冶煉工藝技術的改進創新還是對工藝人員水平的提高都是一種阻礙。一砂曾想改變這種局面，采取先易后難的步驟，于1973年，首先做了冶煉過程的爐溫測定。先是用鐵管的鉑銠熱電偶插入冶煉爐爐料內，雖可獲得被測點的升溫曲線，但限于鉑銠熱電偶的測溫范圍，只能在13000C左右，只能測到保溫料某處的升溫曲線。在測定反應區的溫度上，一砂是用一根直徑300毫米，長1500毫米的石墨化電極，在其一端鉆兩個直徑20毫米，底端相通的深孔。在裝爐時，將這電極無孔而很薄（小于10毫米）的底端，置于欲測溫的料層處，冶煉過程在電極外露側墻外的一孔通以墮性的氬氣（以防8000C以上高溫下電極氧化產生煙霧），從另一孔用光絲高溫計來測定電極底端薄壁的溫度。測一次能得到某一點的升溫曲線，限于當時只有能測20000C的光絲高溫計，因此只能測得反應區邊緣的溫度，又因每測一次，就得因氧化或出爐或提側墻時弄斷電極，畢竟工廠不是研究機構，測了幾次也就因經費等原因就停止不測了，但這畢竟開了碳化硅冶煉測溫的先河。我想就以現在的科技進步，欲測碳化硅冶煉過程反應區的溫度，一定不會像當初那么難了。
　　6、有關碳化硅冶煉系統資料的形成
　　于1974~1975年文革期間，鄧小平在對各行業的整頓中，一機部就下達了《機械工程手冊》與《磨料磨具手冊》的編撰任務。我行業由磨料磨具磨削研究所組織實施，于1975年冬由我編撰完成了《磨料磨具手冊》磨料篇中的第三章《碳化硅冶煉》的征求意見稿，打印120份，發往有關單位征求意見，后因鄧小平的下臺而沒有出版。這是我國在碳化硅冶煉方面首次有了自已比較系統的手冊式的書面資料，也是我國用石油焦冶煉綠色碳化硅二十多年的初步總結，限于當時的水平，很不全面，尤其是以無煙煤冶煉碳化硅方面幾乎沒有涉及，在電爐設計方面甚至起了誤導作用，但這畢竟是我國的首次。
　　（二）黑碳化硅生產大發展時期
　　（80年代至21世紀初）
　　一，初期（80年代）
　　我國正式投產黑碳化硅，始于50年代初的葫蘆島鋅廠，是自用于制鋅的反應釜，磨料用黑碳化硅的生產始于1963年的一砂，當時作為磨料用量很小，而以較大規模生產黑碳化硅則始于我國改革開放后的80 年代。
　　1、小功率爐遍地開花
　　當時正處我國改革開放初期，由于我國急須外匯和外貿的開放，一直至1989年'6.4'事件發生，西方國家對我國經濟制裁為止，我國黑碳化硅出口量逐年遞增。碳化硅出口價每噸一級品（SiC含量大于97%）4000~4300元，二級品（SiC含量85~88%）出口價每噸3000~3200 元。平均出口一噸碳化硅企業可獲利潤2000元以上。而且各外貿公司拿著現錢爭著給碳化硅生產廠家下訂單。所以在這一時期，我國各地凡有生產能力的碳化硅企業而因電價貴、成本高和環境不宜等停產的，又都紛紛投產，凡在環保允許的地區也都大大小小的新增了不少碳化硅的生產廠家。如第七砂輪廠、第五砂輪廠、吉林的敦化、遼寧的寬甸、遼陽的參窩以及河南、河北、山東、山西等地都不斷增加著碳化硅的產能，但除七砂與敦化投入的5000KVA電爐外，電爐容量都比較小，且當時石油焦還是屬于國家計劃調撥的物資，一般小企業很難購得到，因此各地特別是河南和山西就用土焦、高灰份無煙煤和鋼焦等各種含碳原料來生產，一級品的質量雖然低劣，但產出的產品只要SiC含量夠就可供出口。還有將原已淘汰或停產的設備遷往電量相對充裕電價很低的西北地區，如一砂在銀川合資建了銀川碳化硅廠、天砂在石嘴山建了石津碳化硅廠和連（云港）砂在寧夏建了惠農碳化硅廠等。而且還帶動了當地如寧夏的簡泉、堿溝山、大平、平羅，青海的多巴、大通、民和、平安驛，甘肅的永登、劉家峽、樹坪等地紛紛開始建立碳化硅生產企業。此時，我國的碳化硅年產量也由改革開放前的三萬噸，突升至六萬噸，如包括在建的項目，則碳化硅產能已超過十萬噸。
　　2、碳化硅冶煉專著的出版
　　隨著碳化硅生產發展的形勢，工藝人員的明顯不足，以及在職職工的技術等級的考核等。鄭州中國磨料磨具公司于1985年前后，組織編寫出版了：由一砂石世鳴先生編寫的《碳化硅冶煉工藝學》初級本，由一砂余森與石世鳴先生合編的《碳化硅冶煉工藝學》中級本，由余森先生編撰的《碳化硅制造》、《技工考試習題集》以及《磨料磨具手冊》等書藉。這對指導當時各地建設碳化硅生產企業及其生產起了很大的有益作用。美中不足的是延用了與1975年手冊稿相似的內容-- 總結前三十多年用石油焦冶煉綠碳化硅的經驗。對用無煙煤冶煉黑碳化硅幾乎沒有提及，因此，對西北地區用無煙煤冶煉黑碳化硅，在電爐和工藝的設計方面，某種程度上造成了誤導。如對第一家用大功率爐，以無煙煤冶煉黑碳化硅的銀川碳化硅廠的設計，電爐設計過寬和過短（造成大噴爐等弊病），工藝上還承襲用石油焦冶煉綠碳化硅的焙燒料、二級品回爐工藝。以后的實踐證明用無煙煤冶煉黑碳化硅應用新料法（即新料直接投入反應區）工藝，因這不是冶煉方面的專著，具體的工藝分析對比就不在此贅述了。
　　二、中期（90年代至世紀末）
　　煤基碳化硅的誕生和發展
　　1、太西煤
　　寧夏賀蘭山汝淇溝的優質無煙煤，通稱太西煤，其灰份含量量低，原煤就有低于4%的；揮發份低，一般不大于8%;固定碳含量高，一般不低于 86%;化學活性好，為石油焦的1.3~1.4倍。是一種很適宜于煉黑碳化硅的含碳原料。宜于煉制碳化硅的優質無煙煤除太西煤外，在國內尚有寧夏中寧堿溝山與云南昭通的無煙煤（其固定碳含量可達92%,灰分只1~3%,但化學活較差）。這種優質無煙煤在國際上也是很少見的，只有原蘇聯遠東地區查波羅什附近的優質無煙煤和越南的優質無煙煤可用于碳化硅冶煉。
　　2、第一組用于煤基碳化硅冶煉大功率電組爐
　　一砂于60年代就選址在石嘴山紅果子建大三線企業，定名為第五砂輪廠，目的就是要用太西煤作原料煉制黑碳化硅，廠房和鐵路專用線都已建好，三臺 5000KVA的變壓器也已訂好，后因毛澤東說了一句話'此處反帝不反修'而就此作罷。1987年，一砂與銀川市協議，在銀川北郊蘆花臺，原銀川機制磚瓦廠址上建一碳化硅廠，電爐容量為12500（設計輸出功率為8000KW,有效爐長為27.5米，電爐爐長負荷為290KW/M）KVA,由一砂余森先生設計，設計年產量8000噸。于1987年四季破土動工，1989年9月峻工投產，工程決算投資1215萬元。投產后（冶煉40多小時）所生產的碳化硅結晶比之用石油焦生產的結晶既顆粒大、致密度高（加工后的堆密也高出0.1~0.2個百分點），爐產量也高。單位耗電也由8000降至6000KWH/噸左右。質量上曾與美商（美國工商五金）提供的巴西用油焦生產的黑碳化硅（同為加工后的12#磨料顆粒）相比，由磨料磨具研究所作的分析測定，不論在SiC含量、硬度、韌性、游離碳和游離S+SiO2含量等方面都不次于巴西樣品，有的還好于巴西樣品，只有在Fe2O3和磁性物含量上略高于巴西樣品，但也沒超過國標要求。首先在國內作為磨料應用于金屬磨削和石材加工，得到認可，并逐步獲得國際客商對煤基碳化硅質量的承認和肯定。這臺70年代由沈陽變壓器廠制造的，閥側由四組側出式線圈組成的12500KVA三相交流變壓器，經三相橋式全波整流后，其四組直流母排可串可并或串并聯并用，大大擴大了閥側的調壓范圍（45~720V）。這是我國第一臺用于碳化硅冶煉的大功率直流供電設備，只是當時單個整流元件容量太小，只200A,四個整流柜用了一千多個元件，還由于元件參數不穩定，常常造成三相不平衡而擊穿元件，使整流柜的結構、冷卻、保護等方面復雜化，不太利于運行。
　　3、我國西北地區煤基黑碳化硅生產的興起
　　于90年代初起，在我國西北地區的青、甘、寧三地，掀起了用寧夏無煙煤生產黑碳化硅的又一波高潮。尤以青海有電價的優勢（80年代末電價為 0.08元 /KWH）其東部地區的民和、樂都、平安、互助、湟中、湟源、化隆、循化、同仁、海宴、門源等縣，幾乎每個縣都建了碳化硅廠，有的縣如湟中和平安縣都建了三、四家碳化硅生產廠，單臺電爐容量大都為3000~6300KVA.甘肅的劉家峽地區是以農電之便，建了十數個碳化硅生產廠，單臺容量小到500大至 2000KVA.只樹坪的何橋碳化硅廠，電爐單臺容量有6300（后用12500）KVA的，且數量和產能逐年增加，到21世紀初，已成為我國產能達十萬噸以上，生產規模最大的碳化硅冶煉企業。寧夏以擁有太西煤的優勢，在原有一些廠家的基礎上，也上了一些冶煉爐，單臺容量在5000~6300KVA的碳化硅企業，如電力部門的石嘴山電廠、中寧的金豪、固原的電力、寧北的北方、晨光以及石空的堿溝山、銀川冶煉廠等等。這三省區都是用太西煤或堿溝山煤煉制的煤基黑碳化硅（只何橋的部分電爐是用石油焦煉制黑碳化硅，青海門源用部分當地無煙煤）。這期間，由于我國生產的黑碳化硅絕大部分是出口，國內碳化硅產能和產量完全受到國際市場起落的控制，再加上投資者除部分是電力部門外，主要是民營企業，資金不足，市場好的時候，即使貸款也一窩蜂地上產能，市場一下去不是停產就是停建。所以重復建設嚴重，產能增長得很快，年產量就不一定增長。如1995~1996年國際市場由旺銷跌入又一波低谷時，以青海省為例，全省具有二十萬噸產能的二、三十家生產廠家，只有三、四家能維持生產，其余的廠家停產的停產，轉產的轉產（綠碳化硅），甚至一蹶不振而倒閉。年產量只達兩、三萬噸位。所以至世紀末，我國碳化硅產能已近百萬噸，最高年份的年產量可達30~50萬噸，約占國際碳化硅年需量的20~30%左右。而國際市場跌入低谷時的出口量只十來萬噸，造成國內生產量的萎縮和不少生產企業的停產。至此，我國的西北三省區已成了我國黑碳化硅主要生產基地，黑碳化硅的產能和產量已占全國的 70~80%,產品絕大部分（80%）都是煤基黑碳化硅。
　　4、這一時期的工藝技術及其裝備
　　1）、工藝技術方面
　　由于用無煙煤冶煉碳化硅在我國可以說是一種新的工藝，以前沒有經驗，更沒這方面的文字資料。再加上我國碳化硅冶煉方面專業工藝人員的缺乏和水平的參差不齊，在電爐和工藝設計上不能根據無煙煤同石油焦碳因其理化性能的差異而有所不同。好多企業的建設根本就沒有設計，只是依樣畫葫蘆地照搬，因而產生了種種的不合理或弊病，給生產帶來了諸多問題和操作不便，如：先期的用二級品回爐和焙燒料工藝，浪費了二級品還影響了產品質量；將所有的保溫料都當焙燒料投入反應區，造成硅碳比不穩定和難以控制；采用短粗爐型，造成嚴重噴爐以至傷人；電爐加長到二十多米，直流送電電壓還采用200~400V,以致爐心截面大到 500X1000毫米等等。后期雖有改進，但也付出了不小的代價，好在這期間碳化硅冶煉的利潤空間較大。
　　2）、工藝裝備方面
　　這一時期碳化硅冶煉的產能雖然發展迅猛，但就其工藝裝備而言，除一砂設計的銀川碳化硅和由二砂設計的互助兩組6300KVA電爐，機械化程度較高及銀碳以后又用微機控制混配料、大通一家（當時稱萬噸碳化硅廠）有兩組6300KVA容量的電爐，其配料系通采用電子秤有一些機械化裝備、和堿溝山碳化硅廠采用微機控制衡功率送電外，其它企業基本上除了用攪拌機混料和門吊或轎吊裝爐外，配料和出爐等工序都以人工（西北地區勞動力便宜）為主，工藝裝備上沒有什么新的發展。
　　三、近期--進入新世紀以來的突破性發展
　　1、新世紀初的概況
　　進入二十世紀后，煤基碳化硅冶煉的工藝技術日漸成熟，同時，碳化硅用途在國內外的進一步開發，對碳化硅的質量要求有所提高，生產企業也追求更高的產品質量和經濟效益（降低單位耗電耗料），故電爐的容量逐步趨大化，冶煉時間則趨長化，容量方面，建則12500KVA,連8000KVA的都少，冶煉時間由三、四十小時起長到三、四天。這期間黑碳化硅冶煉的單臺電爐的容量最大為12500KVA,電阻爐最長為40~50米，單位耗電由前期的 6200~6500KWH/噸降至6000KWH/噸左右。單位耗料由3.2~3.5噸降至3噸左右。冶煉出的一級品結晶塊其SiC含量提高 0.5~1.5%,其致密度有明顯提高，制成粒度砂的堆積密度最好的有0.05%的提高。至2004年，我國碳化硅的產能已超過百萬噸，產能最大的企業還數甘肅的何橋。
　　2、碳化硅冶煉超大容量和特大型電阻爐的誕生
　　寧夏平羅濱河碳化硅制品公司于2005年六月在寧夏平羅縣太沙工業園區，以容量25000KVA、爐長100米、采用扁平爐心、避峰送電、冶煉 12~13天、爐產黑碳化硅近千噸和2009年六月以容量36000KVA、冶煉13~15天、爐長120米、爐產黑碳化硅千噸以上的兩條煤基黑碳化硅冶煉生產線的建成投產，意味著我國在黑碳化硅冶煉領域不論在產品質量上，還是規模上已可擠身國際先進行列。摘得了亞洲甚或世界碳化硅冶煉單臺設備容量第一大、電阻爐長度和冶煉時間第一長、單臺電爐產量第一高的桂冠。還首先采用碳化硅冶煉雙變壓器并聯供電和目前最大的單個容量30000A的整流元件。這一連串的第一和領先不僅僅是表象，而且在產品的內在質量上獲得了極大的提高，如產出的一級品：其SiC含量可達99%以上、高致密結晶加工出的3~6毫米段砂的堆積密度可達1.5g/cm3以上。深受國內外著名制造和使用高級耐火制品企業及其供貨商，如中鋼集團洛耐院、洛耐廠、維蘇威、日本黑崎播磨、韓國浦項制鐵和美國工商五金等的青睞。在單位耗電耗料方面也有較大的降低，單位耗電穩定在5700KWH/噸以下，單位耗料保持在2.5~2.6噸/噸，環保方面做到了固體廢棄料的零排放。一石激起千層浪，平羅濱河公司的這一大膽率先創舉，必將把我國碳化硅冶煉行業，引入大容量電爐、長時間冶煉碳化硅時代。目前在寧夏和甘肅已有20000和30000KVA大容量電爐投產，可以肯定，后繼者將紛至沓來。
　　但不得不提的是，時至目前，不論12500KVA以下的大小功率電爐，以至12500KVA以上直至30000KVA或更大的超大功率電爐，還普遍存在爐寬和反應區設計過寬、側墻設計不盡完善、保溫料（包括其中的黃大塊）回燒利用不盡合理等重大缺陷，應引起同行在這方面的思考。
　　3、百多年來的突破
　　自1891年美國人艾奇遜始用直線型槽式電阻爐冶煉碳化硅，至今百多年來，冶煉碳化硅的電阻爐，雖曾有過一些變化。如歐洲用過至今在巴西尚在使用的"U"型爐（一砂曾在80年代試用過），雖能省了好些大電流導線（或稱母排），但還是沒有脫出艾奇遜爐的基本理念，只是將直線型爐，簡單地打了一個彎而已 ;再如前一時期，西安某高校在西北地區極力推行的多爐心爐（其實在50年代一砂就曾試用過），因并聯的石墨爐心在電氣的基礎理論上就存有某些缺陷，故數年來的實踐中，不論在產品質量或單耗上比之單爐心爐冶煉，沒有什么進展，更談不上突破了，只是徒使裝爐工藝復雜化而已。平羅濱河公司將在明年投產的第三期碳化硅冶煉生產線上，將采用一種"串聯型雙爐心"碳化硅冶煉電阻爐，并采用負壓冶煉。這種既節能又降耗還環保的碳化硅冶煉工藝和電爐，對統治碳化硅冶煉百多年的艾奇遜爐而言，應說是一個突破性的自主創新，這項在黑碳化硅冶煉領域的新電爐、新技術和新工藝的投產，光從電爐的熱效率來講將提高8 %左右，再加負壓冶煉工藝回收可資利用的爐氣能量換算后，其產品的單耗電有望降至4000KWH/噸以下。這將使我國的黑碳化硅冶煉工業在節能降耗低排放方面轉了型和升了級，在低碳新世紀里又邁進了一步，并將超越目前世界各國在黑碳化硅冶煉領域的工藝技術水平，也必將成為這一領域今后發展的新起跑線。
　　4、從寧夏的十二五規劃看碳化硅冶煉的前景
　　寧夏碳化硅行業的十二五規劃中就有：
　　1）以節能降耗低排放型的碳化硅冶煉，爭取達到碳化硅及其制品年產能40萬噸的目標。
　　2）采用負壓冶煉。
　　3）供電方面推廣30000A大電流整流元件。
　　4）用本區精選灰分在1.5%以下的無煙煤煉制綠碳化硅。
　　5）年產30000噸氮化硅結合碳化硅制品頂目的投產，讓西北三省區的電解鋁的電解槽用上此項目的產品。
　　從這規劃可見我國的碳化硅冶煉，正以新型的姿態蓬勃發展。
　　（三）、綠色碳化硅的近期發展
　　1、90年代至新世紀初
　　綠碳化硅作為磨料，在我國碳化硅生產領域的前二、三十年里曾是主角，后來由于供出口和碳化硅非磨削用途的開發，生產量相對于黑碳化硅，漸漸地退居次要地位。但其生產總量始終是在穩步上升，尤其是上世紀90年代的后期，國際上以綠碳化硅微粉線切割硅片工藝的應用，我國綠碳化硅的產量和出口量也隨之增加，但生產地區和廠家還限于傳統的東北地區牡丹江、渾江等，中原地區的鄭州、平頂山、山東的滕州、臨沭和湖北的丹江口等，西北地區只有青海的貴德和海宴以及黑爐改綠爐的化隆等。另在世紀交替前后，利用四川沒上電網的小水電電價低（由0.08~0.15元/KWH），由山東、連云港和福建在勉寧、甘洛和德昌和雅安地區等，興建了一批電爐容量6300KVA~2000KVA的綠色碳化硅冶煉廠家。至此，我國綠碳化硅年產量以由改革開放時的不足三萬噸增至七、八萬噸。但最大的單臺電爐容量還徘徊于5000~6300KVA,冶煉工藝還沿用六十年代形成的以石油焦碳和東海石英砂為原料的焙燒料工藝。
　　2、近期
　　隨著新世紀的到來，迎來了倡導低碳排放、使用清潔能源時代，以及我國光伏產業的興起。我國的綠碳化硅生產迅即掀起了一個發展高潮，首先由山東臨沭正宇碳化硅廠于2005年，采用了12500KVA容量的電爐冶綠碳化硅，冶煉時間也由傳統的一天一爐延長至40小時左右，單位耗電也由原來的 9000KMH/噸左右降至8500KWH/噸以下。自此，以12500KVA電爐煉制綠碳化硅的生產廠家越來越多，就以用無煙煤煉黑碳化硅為主的青海和甘肅以至大西南，如攀枝花等地也開始出現了生產綠碳化硅的熱潮，包括在建的號稱年產十萬噸綠碳化硅的企業已有兩、三家。另據磨商網和《磨料磨具》雜志推介，新疆伊犁地區的麥斯特碳化硅制品公司，雖起步較晚，卻在12500KVA綠色碳化硅冶煉爐上，實施了爐氣回收，還實現了配料、裝爐和冶煉全過程的全自動控制，只要在電腦頻幕前動動鼠標就行。這確實是一樁可喜可賀的事，也值得我們碳化硅行業全體成員為之驕傲和學習，更值得我這個從事此行業55年的老人，為在有生之年能看到夢寐以求、一生追求的理想，在我國成為現實感到慶幸，也為麥斯特公司為我國綠碳化硅冶煉事業的改型升級，開了個好頭而喝彩。至此，預計我國至明年，綠碳化硅的年產能可達四、五十萬噸，大有在產能和產量上，與黑碳化硅一爭高下的趨勢。
　　上世紀90年代，寧夏建材研究所曾在銀川召開過一次用無煙煤煉制綠碳化硅的產品鑒定會，所鑒定的產品-綠碳化硅，顏色確實是綠的，在結晶顆粒微小而松散，品位似大功率爐生產的二級品，但畢竟是國內外無先例的創舉。目前在寧夏地區，已有好幾家碳化硅生產企業，正在不同功率的電爐上試著以無煙煤生產綠色碳化硅，但愿在不久的將來可以看到，以優質無煙煤或原料中不添加食鹽冶煉出優質的綠碳化硅。
　　順便提一句，在上世紀的90年代，我國的煤基黑碳化硅出口歐美國家時，曾遭到能否替代油焦生產的黑碳化硅的質疑，以至在價格上曾有每噸四、五百元的差異，后來的事實證明，這只是傳統觀念的影響。我國自生產微粉級磨料以來，都是用綠碳化硅而不用黑碳化硅，當時黑綠碳化硅在質量上是有一定的差別，但卻也已形成一種傳統。而現在的煤基黑碳化硅結晶的質量，不論從SiC含量或韌性（相對來說是自磨銳性能）方面都不亞于綠碳化硅，是不是可以嘗試用黑碳化硅微粉來切割硅片呢？因為煉黑碳化硅比之煉綠碳化硅工藝要簡單一些，能源消耗要少一些，可以用資源豐富的煤替代有限的石油資源等優越性。
　　（四）、展望未來
　　由于碳化硅具有多種理化方面的優良特性，因此，碳化硅及其制品，已在各個工業領域得到廣泛應用，如作磨料磨具、煉鋼脫氧劑、高級耐火材料碳氮制品、重結晶制品和碳化硅功能陶瓷等方面已開發應用，但還須加大開發力度。這些都是建立在電爐冶煉碳化硅產品基礎上的，須消耗大量的電能。而在碳化硅特殊電氣性能的開發應用方面，目前還只應用于制作電熱原件硅碳棒、紅外線發熱元件和高壓避雷器等。尤其在碳化硅非線性電導性能這方面的開發應用，雖在六十年代至七十年代末，一砂曾為潛艇應用的高溫二級管和數碼管，用石墨坩鍋在電阻爐里培植過大量的碳化硅晶片。但碳化硅作為一種擊穿電場強度高、載流子飽和漂移速度高、熱導率高、耐工作溫度高的寬禁帶半導體材料，制造各種耐高溫的高頻大功率電子電力器件，應用于硅器件難以勝任的工作場合，以至于逐步替代目前大量應用于電腦的芯片等領域，其應用方面的研發工作在國內雖有所進展，如立方碳化硅晶種與4H晶片的延生技術、晶體生長爐和少量晶片生產已在我國的網上問世，但在深度、廣度和應用上，是不是如國外的研發速度快？但愿在有生之年能看到，用國產的碳化硅電力電子器件組成的電腦、電視問世。（文/沈頌茂磨料磨具高級工程師）