太陽能晶體硅切割廢料制備耐火材料的研究.pdf

1、全球太陽能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使得成本較高的晶體硅材料供不應(yīng)求，在晶體硅加工切割的過程中有近50％的硅損耗而成為切割廢料漿。國內(nèi)外對廢料漿中的聚乙二醇和碳化硅在不同程度上進(jìn)行了回收利用，但對于其中價值最高的晶體硅的回收還沒有實現(xiàn);另外，氮化硅結(jié)合碳化硅是國內(nèi)近20年發(fā)展起來的一種高科技耐火材料。但目前高的生產(chǎn)成本限制了其快速發(fā)展，成為該行業(yè)發(fā)展的瓶頸，尋求一種低成本生產(chǎn)Si3N4-SiC復(fù)合材料的方法成為眾多科研工作者努力的方向，因此，我們提

2、出了利用太陽能晶體硅切割廢料制備耐火材料的構(gòu)思，一方面，可減少切割粉帶來的環(huán)境污染，提高了資源利用率;另一方面，可打破Si3N4-SiC復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備方法，使Si3N4-SiC復(fù)合材料的生產(chǎn)成本得以降低。
　　本文針對錦州陽光能源有限公司提供的晶體硅切割廢料，進(jìn)行了高溫氮化燒結(jié)制備氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料的探索。根據(jù)氮化硅結(jié)合碳化硅的反應(yīng)機(jī)理分析了實驗的可行性，測定了該晶體硅切割廢料的物性，研究了坯體制備及氮化工藝對耐火材料性

3、能的影響，優(yōu)化了坯體制備及氮化工藝，得出最優(yōu)條件下試樣的性能，為太陽能晶體硅切割廢料制備耐火材料的研究邁出了第一步，獲得的主要結(jié)果如下:
　　(1)通過XRD、XRF、化學(xué)定量分析、粒度分析等研究了切割廢料的物性，發(fā)現(xiàn)切割廢料中含硅9.57wt％，碳化硅66.95wt％，二氧化硅4.69wt％，聚乙二醇12.19wt％，鐵的氧化物5.24wt％，其他雜質(zhì)總量1.36wt％，粒度主要集中在1.0～23.8μm范圍內(nèi)。
　　(2

4、)考察了粘結(jié)劑種類、含量、制坯壓力、保壓時間對坯體密度的影響，得到最佳條件為使用PEG作為實驗用粘結(jié)劑，含量3wt％，制坯壓力20MPa，保壓時間3min，此條件下獲得的坯體密度為1.782g·cm-3。
　　(3)研究了最終氮化溫度、最終氮化溫度保溫時間、坯體密度、坯體厚度、Si含量對試樣密度、氣孔率、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)最終氮化溫度、最終氮化溫度保溫時間對上述性能呈拋物線形影響，在1380℃和1.5h時達(dá)到最佳值;坯

5、體密度對試樣性能影響成正比關(guān)系，沒有發(fā)現(xiàn)坯體厚度對試樣性能影響有明顯規(guī)律;Si含量在15％時試樣性能達(dá)到最佳，大于15％時，密度與氣孔率變化不大，抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度下降。得出最優(yōu)條件為:最終氮化溫度1380℃，最終氮化溫度保溫時間1.5h，坯體壓力23MPa，坯體厚度12.5mm，Si含量15％。經(jīng)測試得出該條件下試樣的密度為1.979g·cm-3，氣孔率為37.55％，抗折強(qiáng)度為17.56MPa，抗壓強(qiáng)度為156.35MPa。