欧洲是引领推动“碳中和”的主力。近年,众多企业主动或被动地制定可持续发展计划和“零碳”期限;而最近几个月,由于众所周知的缘故,欧洲的“能源危机”也愈演愈烈。当前的外部环境对欧洲制造业来说极不友好,尤其碳化硅这种属于能源密集型的产业,似乎正处于火山口上一般岌岌可危。
2022年初,欧洲地区唯一一家从粉体到制品完整生产线的碳化硅生产商ESK-SIC GmbH透露,公司与弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所(IKTS)合作,在过去几年中开发了一种新的回收利用工艺,将无法使用的SiC废品几乎全部再制成高质量的RECOSIC碳化硅,不仅电力消耗从约7.2MWh下降到2.0MWh,而且每生产一吨RECOSIC仅排放0.75吨二氧化碳,相比艾奇逊工艺的4.2吨减排显著。ESK目前公司正在为客户提供该样品,计划在2023年底将其以吨级单位量产。
RECOSIC粉体产品包括绿碳化硅和黑碳化硅
ESK的前身于1922年成立,期间经历被瓦克化学收购和再次独立运营,发展至今恰好步入“百年企业”的队列,在欧洲人工、能源等高成本状况下,依然拥有全球碳化硅最大单体产能,非常值得国内同行借鉴学习。
粉体
全球的碳化硅规模制备以艾奇逊法为主。由耐火砖砌成的炉床,两组石墨电极深入炉床,专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间形成导电通路,炉芯周围是石英砂、石油焦和木屑等组成的混合料。通电后电阻炉升温达2600℃左右,即可反应生成碳化硅。艾奇逊法会导致粉尘(碳粉、二氧化硅、碳化硅)和温室气体(CO2、CO、H2S等)污染,并且存在劳动强度高,经济性低的缺陷。
上述问题也给了ESK改进艾奇逊法的动力——上世纪70年代,ESK采用底板式电极,从多孔炉床内伸进混合物料中,以聚合物对其整体密封,冶炼废气可经集气管收集利用;同时以利于SiC形成的粒径比加入高纯石英和石油焦或木炭等原料,且炉体尺寸更大,产能上升成本降低。随着科技进步,如今的ESK也对传统工艺进行了EI&C(电气仪器及控制)管理升级,比如借助激光扫描更新除尘过滤系统。
ESK带有用于收集反应气体的系统的开放式固定炉
由美国道康宁设计生产的气体回收处理系统可深加工单质硫
德国Grefrath工厂将用小型过滤器替代高能耗大型集尘过滤器
制品
功能性填料——耐磨性提高防滑性能和延长使用寿命,高导电性可用于消散静电,具体可用作无尘室、食堂厨房、钻机、工业地板、台阶和其他耐磨涂料和油漆填料。
切割、研磨和抛光介质——可用于陶瓷砂轮、纱布、砂纸,或用于线切割。
耐火、陶瓷——高导热性和低热膨胀以及优异的耐化学性特别适用于坩埚、窑衬等,相关细分产品包括硅酸盐结合碳化硅、重结晶碳化硅(RSiC)、氮化物或氮氧化物结合碳化硅(NSiC)、反应渗透碳化硅(SiSiC)、液相烧结碳化硅 (LPS-SiC)等。
碳化硅活塞与轴承
碳化硅密封环与分级轮
增材制造——专门开发的E-COMPACTSIC具备高流动和高堆积密度,用于粘合剂喷射和其他基于粉末床的生产工艺,比如选择性激光烧结(SLS)、基于光刻的陶瓷生产(LCM)、分层物体制造(LOM)、激光金属沉积(LMD)、熔融沉积建模(FDM)等。
除了用于生产第三代半导体的高纯碳化硅,ESK认为碳化硅潜力还体现在新型复合材料、多孔催化剂载体、陶瓷膜等。比如,金属基复合材料(MMC) 用于卫星、航天器、飞机和赛车等部件;树脂碳化硅复合用于泵组件、发电厂烟气脱硫内衬等;以及用于化工和食品行业的高强度密封件等。
电厂脱硫循环泵高分子碳化硅组件(来源:衡水鸿泰泵业有限公司)
小结
ESK部分产品型号及参数
以上EKasic系列表单中,F代表通用多功能产品;C代表抗腐蚀;F和T plus代表高强度;P和G代表高耐磨。ESK具备低成本环保碳化硅粉体生产能力,同时以强大的开发实力为特定领域用户量身订造解决方案,在产能和品种开发上都领先一步。
粉体圈 启东
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