太陽能晶體硅切割廢料制備耐火材料的研究.pdf

1、全球太陽能產業(yè)的高速發(fā)展使得成本較高的晶體硅材料供不應求，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。國內外對廢料漿中的聚乙二醇和碳化硅在不同程度上進行了回收利用，但對于其中價值最高的晶體硅的回收還沒有實現(xiàn);另外，氮化硅結合碳化硅是國內近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Si3N4-SiC復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復合材料的傳統(tǒng)制備方法，使Si3N4-SiC復合材料的生產成本得以降低。
　　本文針對錦州陽光能源有限公司提供的晶體硅切割廢料，進行了高溫氮化燒結制備氮化硅結合碳化硅耐火材料的探索。根據(jù)氮化硅結合碳化硅的反應機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，獲得的主要結果如下:
　　(1)通過XRD、XRF、化學定量分析、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％，其他雜質總量1.36wt％，粒度主要集中在1.0～23.8μm范圍內。
　　(2

4、)考察了粘結劑種類、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、抗折強度和抗壓強度的影響，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時達到最佳值;坯

5、體密度對試樣性能影響成正比關系，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％時試樣性能達到最佳，大于15％時，密度與氣孔率變化不大，抗折強度與抗壓強度下降。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％，抗折強度為17.56MPa，抗壓強度為156.35MPa。