[发明专利]利用碳化硅固体废料制备碳化硅陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于固废回收综合利用技术领域，具体涉及一种以硅片切割废砂浆中碳化硅固体废料为原料，烧结制备碳化硅陶瓷的方法。

背景技术

硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片。由于在应用上对硅片表面的平整度、洁净度、导电性等性能指标有严格的要求，硅片的切割过程中，需要使用硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。为使碳化硅微粉在切削过程中分散均匀，同时及时带走切削过程中产生的巨大的摩擦热，通常需要先将碳化硅微粉按照一定比例，加入到以聚乙二醇（PEG）为分散剂的水溶液中，制备成碳化硅分散均匀的水溶性硅片切割液。

在线切割过程中，由于碳化硅颗粒与硅棒之间的碰撞和摩擦而产生的破碎碳化硅颗粒和硅颗粒也将混入切割体系中。同时，切割过程产生的切割热，也会导致切割液本身的质变，因此，切割液在使用几次后必须更换，由此导致加工成本的增加。所以，硅片切割面临着大量的废弃切割液的回收利用问题。切割废砂浆的组成包含液态组分（聚乙二醇、少量水及其他有机物）和固态组分（碳化硅和在切割过程中产生的硅片颗粒等）。其中液态组分的回收利用已比较成熟，而固态组分还多作为混凝土外加剂回收使用，回收附加值很低。

本发明以硅片切割废砂浆中碳化硅固体废料为原料，开发出一种烧结制备碳化硅陶瓷的方法，可以实现这部分废料的高附加值回收利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用碳化硅固体废料为原料，烧结制备碳化硅陶瓷的方法。这是一种用硅片切割废砂浆中固体废料为原料，烧结制备碳化硅陶瓷的新技术方案，以实现这部分废料的高效回收利用。

完成上述发明任务的技术方案是：一种利用碳化硅固体废料制备碳化硅陶瓷的方法，其特征在于，步骤如下：

⑴. 对硅片切割废砂浆进行预处理，取其固体废料为原料；

⑵. 向原料中加入一定比例的聚碳硅烷为烧结助剂，将原料和助剂装入聚胺脂球磨罐中，以无水乙醇为液相介质，加入一定量的甘油作为粘结剂，用高纯度氧化铝磨球，球磨3小时，以使物料混合均匀；

⑶. 之后加热蒸发，除去溶剂；

⑷. 再经过粉碎过筛，可得到表面涂有聚碳硅烷的碳化硅粉末；

⑸. 这种粉末在高压下压制成各种形状的预制体；

⑹. 所述预制体从室温经过50分钟升温至1000℃ ，然后以10℃／分钟的升温速率升至1200℃ ，保温60分钟，随炉冷却，得到烧结完成的碳化硅陶瓷制品。

以上方案中，所述选用经过预处理的硅片切割废砂浆固体废料为原料，该组合物各组分的质量份含量如下：碳化硅87-89、硅9-11、其他组分1.8-2.2。

    所述 “经过预处理的硅片切割废砂浆固体废料” 中的“预处理”是指：将硅片切割废砂浆通过沉降及过滤等方式去除液相组分（液相组分另行回收），所留固相组分即为本发明原料。

    所述的“其他组分”为：铁、铜等少量杂质。

步骤⑵所述一定比例的聚碳硅烷为，聚碳硅烷与原料质量比为1：10-1：5。最佳比例为1：8。

步骤⑵所述一定量的甘油为，甘油占总量质量百分数的1%-3%。最佳比例为，甘油占总量质量百分数的2%。

所述无水乙醇与原料之间的质量比例为3：1。

与现有的技术相比，本发明的优点是：

1.本发明所使用的主要原料是硅片切割废砂浆中的固体废料，充分利用资源，变废为宝，为这部分资源提供了一种新的应用渠道；

2.本发明采用了新配比的烧结助剂，所需烧结时间短、温度低，降低了能源消耗和制造成本。

具体实施方式

 实施例1：

⑴.选用经过预处理的硅片切割废砂浆固体废料为原料，其中各组分的质量份含量如下：碳化硅88、硅10、其他组分2。

⑵.向原料中加入一定比例的聚碳硅烷为烧结助剂，聚碳硅烷与原料质量比为1:10，将原料和助剂装入聚胺脂球磨罐中，以无水乙醇为液相介质，无水乙醇与原料质量比为3：1，加入一定量的甘油作为粘结剂，甘油占总量质量百分数为1%；用高纯度氧化铝磨球，球磨3小时，以使物料混合均匀；

⑶.之后加热蒸发， 除去溶剂；

⑷.再经过粉碎过筛，可得到表面涂有有机硅聚合物的碳化硅粉末；

⑸.高压压制成各种形状的预制体；