【文章內容簡介】 國內待驗收的863微電子配套材料項目中的TDR－120硅晶體生長爐可配置28〞的熱系統(tǒng)（主要生產12英寸晶圓）；而根據目前現狀，即將批量投入市場的TDR－100硅晶體生長爐需要配置22〞的熱系統(tǒng)。目前，國內碳/碳復合材料熱場的基本生產和市場狀況對外依賴性較大，直拉硅晶體爐所用的熱系統(tǒng)零部件主要來源于兩大部分：一部分通過進口冷等靜壓石墨，再由國內一些石墨加工廠加工成零部件；另一部分為直接進口國外公司的碳/碳復合材料制件。這些熱系統(tǒng)的需求僅依靠目前國內產業(yè)能力或技術工藝水平是很難達到要求的，如果國內不及時加強技術工藝開發(fā)和提升產業(yè)化規(guī)模，熱場系統(tǒng)零部件還是得全部進口國外等靜壓高純石墨和到國外采購。技術方面，目前國內在該領域比較先進的技術主要以中南大學《碳/碳復合材料航空剎車副的研究與開發(fā)》項目為代表，該項目是國家發(fā)改委的國家重點工業(yè)性試驗項目[（國）計高技【1998】1817]，其研發(fā)的碳/碳復合材料在理論和實際應用方面的成果使該項目獲得2004年度國家技術發(fā)明一等獎。從2002年開始，中南大學“碳/碳復合材料硅晶體生長爐熱系統(tǒng)研究開發(fā)”項目組開始將碳/碳復合材料向微電子領域應用、拓展。2003年9月開始陸續(xù)有產品在西安驪晶電子技術有限公司使用、考核。首次在TDR－62硅晶體生長爐使用12〞碳/碳復合材料坩堝堝幫，使用壽命較石墨提高8倍。后來，又將12〞碳/碳復合材料坩堝堝幫(Φ306mm)與碳/碳復合材料加熱器兩個熱場核心部件一起裝在TDR－62設備上使用，加熱器匹配情況很好，拉晶順利，使用效果不錯。西安驪晶電子技術有限公司一直使用碳/碳復合材料制件。從2004年4月份開始，制造了14〞的核心部件坩堝、16〞的隔熱保溫外套筒給生產大規(guī)模集成電路硅晶體的北京有研硅股使用，用戶反饋意見好；2005年元月，兩件保溫忖套在國內太陽能硅單晶基地河北寧晉晶龍集團港龍電子材料有限公司使用，反饋意見是：與日本產品不相上下。2006年，有爐底護盤等十幾件產品陸續(xù)進入市場。同時，與西安驪晶電子技術有限公司簽定協議，聯合開發(fā)TDR－70爐的16〞碳/碳復合材料熱場系統(tǒng)。為了與國際市場接軌，西安理工大學工廠生產的硅晶體生長爐準備改變不提供熱系統(tǒng)的現狀，為生產的設備配新型碳/碳復合材料熱系統(tǒng)。為此，與南方搏云聯合開發(fā)TDR－80爐的18〞熱系統(tǒng)。2006年11月通過工業(yè)性使用考核。目前，南方搏云公司已經在一定程度上掌握了先進晶體生長爐熱場系統(tǒng)的技術要點和各類零部件的生產加工工藝技術。在公司成立短短的一年半時間內，開發(fā)了3大類碳碳復合材料的上百種產品，成功取代了進口產品。開發(fā)的某些產品是以單件替代組件，其性能、價格、可靠性等方面的巨大優(yōu)勢，受到用戶的熱烈歡迎。南方搏云新材料有限責任公司瞄準光伏產品，研究開發(fā)高純高性能碳/碳復合材料產品，將該產業(yè)做精、做專、做大、做強。通過一年半的努力，奠定了產業(yè)化、規(guī)?；幕A。 國際方面 1993年東芝陶瓷申請的美國專利介紹用二維C纖維織物繞制作成Si單晶生長爐坩堝坯體、浸漬樹脂后碳化制成坩堝。1997年美國Walsh公司等用三維碳/碳復合材料制造了Si單晶生長爐用坩堝堝幫、堝托、發(fā)熱體、隔熱屏及支撐塊等；Metter等人制備的高純碳/碳復合材料制造的硅單晶生長爐的熱場零部件，通過一系列的高溫處理，金屬雜質含量控制到很低的程度。1999年，Kawashima等采用碳/碳復合材料在硅單晶生長爐的底部設置一個容積等于坩堝容積的環(huán)槽，在硅單晶生長爐出現意外漏硅時，可以防止其他熱場零件受到損傷。另外，東洋炭素、SGL Carbon Composites，、發(fā)熱體等產品，其中大多數處于研究階段，但有個別產品已經投入使用。由于國際上IC行業(yè)和太陽能行業(yè)對硅晶體需求旺盛，國際市場上硅晶體生長爐熱系統(tǒng)貨源緊缺。日本公司也在擴大石墨和碳/碳復合材料的生產規(guī)模，但總體上看求遠大于供，且相關技術和生產容量短期內很難大規(guī)模提高。 對產業(yè)發(fā)展的作用和影響 有利于促進碳纖維產業(yè)技術工藝的進步，提高我國高新技術產業(yè)國際競爭力與整體實力 項目生產高性能碳/碳復合材料在硅晶體生長爐上的應用具有許多工藝技術優(yōu)勢：采用高性能碳/碳材料之后，硅晶體爐尺寸緊湊，可提高爐膛利用率；硅晶體爐采用高純的固化碳氈做保溫件，整齊潔凈，操作方便，有助于改善成晶條件；硅晶體爐采用高性能炭—炭梯度材料制造大蓋、導流筒、爐體護盤，具有結構和保溫雙重性能，零件結構簡化，大大提高了使用可靠性；先進的近凈成形技術制造炭—炭復合材料零件，較石墨節(jié)能、節(jié)材90％以上，性價比也大大提高；提升了大型高溫真空設備的開發(fā)制造能力，開發(fā)出國內最大型、最先進的真空CVD爐，真空高溫熱處理（石墨化）爐，滿足產品制造要求。此外，高性能碳/碳復合材料應用于風力發(fā)電、冶金、新材料、先進船艦飛機制造等，大大提高各種裝備的技術含量，可以促進我國整體工業(yè)技術的進步，并可直接拉動國內碳纖維產業(yè)發(fā)展，提高復合材料的制備技術水品。當前，由于全球范圍內信息產業(yè)和太陽能產業(yè)的發(fā)展，拉動了半導體硅晶體產業(yè)的發(fā)展，致使硅晶體生長爐在擁有量急劇增加的同時，出現了快速大型化趨勢。目前國際主流硅晶體生長爐熱系統(tǒng)尺寸在24〞（Φ610mm）以上，加熱器和內、外保溫筒的尺寸漸次增大，直徑已逼近1500mm。國內近期正在開發(fā)配置22〞、24〞或28〞熱場的TDR－100，TDR－120型設備已逐步進入市場，同時由于國內使用的大型熱場系統(tǒng)主要依靠進口，不僅價格昂貴，而且貨源緊缺，經常有價無貨。因此，大型硅晶體生長爐熱場系統(tǒng)的國產化、標準化已經迫在眉睫。本項目的建設投產和產業(yè)化推廣，將極大地改變國內大型熱場系統(tǒng)生產水平和競爭力相對低下、總體技術水平偏低、產品供應不足，從而在一定程度上促進高新技術材料產業(yè)工藝技術進步，提高我國高新技術產業(yè)國際競爭力。 有利于促進高新材料產業(yè)產品替代，降低我國高新技術材料產業(yè)對外依存度目前，國內無生產用于制造熱系統(tǒng)零件的高純石墨、超高純石墨，因此硅晶體生長爐熱系統(tǒng)零部件采購只有兩個途徑：一是進口冷等靜壓的高純石墨由國內加工；二是直接從國外進口零部件。且國內也沒有硅晶體生長爐熱系統(tǒng)的設計標準，熱系統(tǒng)零部件的生產全部沿用或參照國外標準。進口的冷等靜壓高純石墨不僅價格昂貴，而且當前貨源奇缺，市場上很難采購到18〞熱場系統(tǒng)。日本是國際上主要的熱系統(tǒng)零部件供貨商，但其供貨首先滿足的是日本自身國內市場需求，其次是美國、歐洲、南韓，中國內地和中國臺灣排到了第五。同時，他們還嚴格控制向中國出口石墨、碳纖維及其制品。國內訂購硅晶體熱系統(tǒng)零部件至少要提前8個月訂貨，10個月之后不能供貨的情況時有發(fā)生。另外，石墨脆性大，機械強度及使用可靠性不高，使用壽命短。國際上雖有5家公司具備碳/碳復合材料制造熱系統(tǒng)零部件的能力，但是都不是專業(yè)廠家，有的只是按圖紙供貨，一般不提供異型件。而項目生產的高、中密度碳/碳結構材料、低密度碳/碳復合固態(tài)氈制造硅晶體爐熱系統(tǒng)，可以取代進口產品，實現設計、制造國產化。因此，本項目的碳/碳復合材料制造單晶硅生長爐熱系統(tǒng)的熱場解決方案，將具有很大的優(yōu)勢：一方面可以解決和緩解大型熱場系統(tǒng)供不應求的矛盾，另一方面對于促進我國高新材料行業(yè)產品替代，降低我國產業(yè)對外依存度具有更為重要的意義和影響。 有利于促進高新材料產業(yè)的節(jié)能環(huán)保，加強我國“兩型”社會建設項目工藝技術先進，節(jié)能效果比較國內外同行業(yè)廠家、產品而言具有明顯優(yōu)勢，表現突出在材料生產過程的節(jié)能、使用節(jié)能型工藝和用戶使用本產品節(jié)能三個方面。首先是對生產廠家而言，一是項目采用搏云公司自主開發(fā)的3相電阻加熱真空加熱爐，較真空感應爐尺寸緊湊，爐體尺寸大大減少，設備材料消耗只有感應爐的60％，造價僅為感應爐的30％~40％；采用了整體式碳/碳復合材料發(fā)熱體，先進的碳/碳復合材料固化炭氈，使用性能好、可靠性高，發(fā)熱體的厚度只有石墨發(fā)熱體的30％，工作電壓提高。產品生產過程總體節(jié)能大約可達40~50％。二是項目采用少無切削加工工藝（近凈成形工藝）生產產品，該工藝較用整塊石墨加工常用的筒、套類零件傳統(tǒng)工藝，節(jié)能、省材約可達90％左右。其次是對用戶而言，在大型的單晶爐TDR－80上，配置搏云公司（NFBY）自行設計制造的的全碳/碳復合材料熱場系統(tǒng)，與進口的等靜壓石墨＋軟炭氈（德國CGS結構，德國SGL公司提供的熱場系統(tǒng)）熱場對比試驗清楚顯示了這一優(yōu)點。由CGS提供設計、SGL制造的熱場系統(tǒng)，德國派人安裝、調試，試驗時間持續(xù)2個多月。試拉晶4次才拉出27kg的錠，試裝爐工作時間合計40小時；煅燒5次，其中第一爐煅燒81小時后，多晶硅料嚴重污染，報廢，合計煅燒的時間達到101小時；試驗投料420kg，，堝底剩余料244kg，消耗多晶硅132kg。湖南南方搏云新材料有限責任公司在同臺TDR80設備上進行試拉晶，投料48kg，產出單晶硅棒46kg；煅燒22小時，試拉晶一次成功；試驗時間先后5天。由此，搏云公司的試驗較德國公司減少煅燒時間79小時，煅燒每小時費用按307元計，實際降低成本24,253元（該產品投入市場之后，有的廠煅燒6小時，有的廠不煅燒）。若按熱場系統(tǒng)初裝、或者更換熱場零部件時需要煅燒，一年換4次計，則每臺設備每年煅燒費用節(jié)省97,012元。將化料、拉晶節(jié)省的能量計算到單位晶體產量上，若一臺設備年產硅8000kg，即可節(jié)電41,760度。2008年，預計全國單晶硅生長爐擁有量2500臺。南方搏云的客戶、上海美國獨資的卡姆丹克硅材料制造廠在20英寸系統(tǒng)上使用本系統(tǒng)，統(tǒng)計節(jié)能10％。臺資懷化榮華藍寶石廠拉藍寶石晶體，節(jié)電可達50％－80％。據統(tǒng)計，目前全國這種設備超過1000臺，如全部使用本項目系統(tǒng)，每臺約年節(jié)電12000度，全國總計節(jié)電可達1200萬度。且項目采用自主開發(fā)的3相電阻加熱真空加熱爐降低了多次諧波對電網的污染；產品是百分之百的碳，生產過程和使用過程無污染，產品廢棄無污染。因此綜合而言，本項目的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢顯著，項目的建成投產和產業(yè)化推廣，對我國高新材料行業(yè)的節(jié)能環(huán)保，尤其是更加有效地促進我國“兩型”社會建設的快速、順利發(fā)展，具有積極的推動作用， 產業(yè)關聯度分析 有利于促進電子通訊及太陽能等下游高新技術產業(yè)發(fā)展生產高純硅的反應爐、氫化爐、多晶硅澆鑄爐、單晶硅生長爐等要使用大量的高純、高性能碳/碳復合材料和碳/碳固化保溫隔熱材料。而用高純多晶硅作原料，澆鑄多晶硅錠或在硅晶體生長爐中生長硅單晶棒，切割拋光成薄的晶片或晶圓，即是半導體工業(yè)制作芯片和制造太陽能電池的基礎材料。超純及完整晶體結構的硅晶體是一條長長的價值鏈的起點，沒有硅晶體就沒有半導體、光電子、通訊技術及光電技術。95%以上的集成電路、太陽能電池板均由硅材料制成。本項目所涉及碳/碳復合材料產業(yè)的發(fā)展是硅晶體產業(yè)發(fā)展的重要基礎，因此本項目的建設投產將對本產業(yè)下游的電子通訊及太陽能等產業(yè)產生明顯促進作用。 有利于促進石化及碳纖維產業(yè)等上游產業(yè)的進一步發(fā)展本項目所涉及的碳/碳復合材料所需原材料來自石化產業(yè)，其基本產業(yè)流程是石化產品－碳纖維－碳布－熱場系統(tǒng)（固態(tài)保溫氈、保溫襯套、坩堝等）。項目的主要工藝是用碳材料替代原來主要依靠進口的石墨材料，因此將促進我國石化產業(yè)和碳纖維產業(yè)等上游產業(yè)的有效發(fā)展。 有利于形成高新技術產業(yè)孵化器的市場機制我國科技成果轉化難、轉化率低，制約了高科技產業(yè)的發(fā)展，影響了科技作為第一生產力作用的發(fā)揮，已成為普遍關注的問題。過去，行政手段對此類高新技術產業(yè)的快速發(fā)展起到了決定性作用，但隨著市場機制逐步完善，高新技術產業(yè)孵化器已越來越發(fā)揮其重要作用。通過實施該項目，不僅扶持了碳/碳復合材料產業(yè)的先進技術擁有企業(yè)，并與產業(yè)相關要素建立了廣泛的聯系，而且有利于引導更多企業(yè)的介入，密切碳/碳復合工藝技術和相關高新技術的結合，有效地使單一技術的突破盡快地孵化為成熟配套的技術和工藝，向產業(yè)進行技術轉移和輻射，從而加速具有商業(yè)前景的技術和產品盡快形成商品化和產業(yè)化。 有利于帶動就業(yè)及運輸、服務業(yè)等相關產業(yè)發(fā)展根據目前國內外碳/碳復合材料市場需求容量及其上下游和相關產業(yè)的發(fā)展狀況，項目發(fā)展空間非常巨大。項目建成投產后，將需要大規(guī)模、急劇擴展生產能力和市場銷售，因此，項目產業(yè)化生產后，不僅需要大量的就業(yè)人員及帶動相關產業(yè)就業(yè)，而且可以有效促進運輸、服務等相關產業(yè)和第三產業(yè)的進一步發(fā)展。 市場分析 產品的市場前景及產品的供求現狀分析項目生產產品碳/碳復合熱場是太陽能光伏產業(yè)和電子通訊產業(yè)的上游產業(yè)，是整個產業(yè)鏈體系的重要一環(huán)。近年來，由于能源危機的陰影日益增大，資源性礦產價格日益上揚，因此世界各國均在探索新的清潔能源的開發(fā)。在這樣的大背景下，光伏產業(yè)得以迅猛發(fā)展。自1990年以來，世界總的光伏模塊的產量增長了50倍。中國國內光伏產業(yè)2000年開始起步，經過近年來的幾何極數的增長，迅速在世界光伏產業(yè)市場上占據了重要地位。近年來光伏模塊產量增長曲線如下圖。圖 19902006世界光伏模塊產量（數據來源：PV News [PVN2007]）目前，全世界光伏產能約為8500MW，其中中國約占38%，即3235MW；至2010年，全世界光伏產能將達到22800MW，與目前相比增長168%；其中中國將達到7500MW，與目前相比增長了132%。20062010世界光伏產能及預測見下圖。圖 20062010世界光伏產能及預測（數據來源：PV News [PVN2007]）從單晶硅的生產及硅晶體生長爐的擁有情況看，高純高性能碳/碳復合材料和碳/碳復合固態(tài)炭氈在近期及未來很長一段時期都將是比較緊缺的產品。一方面目前全世界單晶硅產量近3萬噸，而國內產量僅5千噸，而國內需求達5萬噸，市場缺口很大；另一方面據不完全統(tǒng)計，國內現有大型硅晶體生長爐約2500臺套，硅晶體生長爐的擁有量還在以年增長率30％的速度增長，到2010年將達到4000臺套。另外，設備大型化步伐很快，目前國內大型硅晶體爐的爐腔直徑1200mm；國際上大型設備所用坩堝直徑就達到了1024mm，爐腔尺寸達到了1500mm。多晶硅澆鑄爐500臺套，到2010年將超過1000臺。高純多晶生產能力10000噸以上，到2010年，產能達到43500噸以上。高純硅制造過程的反應爐、氫化爐等近300臺。硅材料生產設備中的保溫材料，全部需要高純