[发明专利]一种以光伏硅切割废料制备的碳化硅复合陶瓷及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种碳化硅复合陶瓷及其制造方法。

背景技术

近年来，随着国际社会对太阳能光伏产业投入的不断增加，太阳能用多晶硅生产进入了高速发展时期。数据表明近几年来全球太阳能级多晶硅每年以40～50％的增长率迅猛发展。我国是太阳能光伏产业发展最快的国家之一，已成为多晶硅太阳能电池生产大国，据统计在2007～2009年间共有17个省市规划了35个大型多晶硅项目，目前太阳能电池用晶硅片产量已达10万吨以上。

在晶硅片的生产过程中，通常采用线切割的方法对硅锭进行切割加工。其方法是使用碳化硅微粉作为磨料，先将碳化硅磨料和切割液调配成流动性良好的砂浆，然后由高速运动的钢线带动，对多晶硅锭进行切割得到多晶硅片。在实际加工过程中，有50～52％的晶体硅以硅粉的形式损失掉，该部分硅粉随碳化硅磨料、切割液等一起形成切割残渣。为节约成本、减少污染，通常将切割残渣经技术处理后对其中的碳化硅磨料和切割液进行回收，以便再次利用。然而碳化硅磨料颗粒在切割过程中会不断磨损，其颗粒的边角逐渐钝化从而丧失切削功能，因此随着回收次数的增多，其切割效率逐渐下降，从而导致切割质量变差，所以切割砂浆使用一段时间后，就要对其进行更换。更换掉的切割砂浆与上述经回收处理后的切割残渣共同形成切割废料，其成分主要有残留切割液、碳化硅磨料、硅粉及其他杂质如铁等。

由于切割废料中的碳化硅颗粒已丧失切削功能无法再利用，而其中的硅粉即使经提纯处理后也无法达到太阳能硅晶片所用硅原料的纯度要求，因此目前该切割废料一般皆被视为工业废弃物而排放出去。然而，由于切割废料中不仅含有大量残留的乙二醇等有机物，同时也有高含量的碳化硅和硅粉，因此切割废料排放后不但会对环境造成巨大的污染，也会造成巨大的资源浪费。

当前现有技术关于光伏硅切割废料的研究主要集中在碳化硅和硅微粉的回收上，如中国专利公开号为CN101792142A、发明名称为“从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法”；中国专利公开号为CN101327622A、发明名称为“单晶与多晶硅线切割用砂浆回收技术”；中国专利公开号为CN101671022A、发明名称为“一种从单多晶硅切割料浆中回收太阳能级多晶硅的方法”等。现有的这些回收处理技术，需要针对碳化硅和硅进行进一步的分离，不仅工艺流程复杂，同时其分离过程也给环境带来了二次污染。

目前，有关光伏硅切割废料直接利用方面的研究很少，尚没有见到关于以光伏硅切割废料为原料开发制造具有高附加值的碳化硅复合陶瓷的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种经济可靠、利用光伏用单/多晶硅切割废料制备的具有高附加值的碳化硅复合陶瓷，以实现废料的资源化利用，使之成为新材料制备的原料，并从根本上解决光伏硅切割废料对环境所造成的污染；同时显著降低碳化硅复合陶瓷的生产成本，提高产品的竞争力。本发明的另一目的在于提供上述碳化硅复合陶瓷的制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种以光伏硅切割废料制备的碳化硅复合陶瓷，按重量百分比含有以下组成：光伏硅切割固体废料40～100％、碳化硅0～60％、炭黑0～30％。优选地，本发明碳化硅复合陶瓷按重量百分比含有以下组成：光伏硅切割固体废料70～90％、碳化硅10～30％；或者，光伏硅切割固体废料90～95％、炭黑5～10％；或者，光伏硅切割固体废料40～90％、碳化硅5～50％、炭黑5～10％。

进一步地，本发明碳化硅复合陶瓷还含有粘结剂，所述粘结剂按重量百分比为上述组成总量的0～20％，以0.8～20％为宜。所述粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

上述以光伏硅切割废料制备的碳化硅复合陶瓷的制造方法，包括以下步骤：

a)按照光伏硅切割固体废料40～100％、碳化硅0～60％、炭黑0～30％进行混合配料；

b)将所述配料和水按重量比配料∶水＝3～1∶1置于球磨机中进行混料球磨；

c)造粒、压制成型并干燥而获得坯体；

d)在坩埚中使用炭黑填埋所述坯体，然后在1400～1600℃温度下保温10～60min获得碳化硅复合陶瓷。

进一步地，本发明制造方法所述步骤b)中加入粘结剂进行混料球磨，所述粘结剂按重量百分比为所述配料的0.8～20％。

上述方案中，本发明制造方法所述步骤c)中成型压力为20～120Mpa，干燥温度为75～85℃，干燥时间为0.5～2h。