[發(fā)明專(zhuān)利]用晶體硅切割廢料制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310142379.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103266234A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉延軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 新疆眾和股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/05;C22C21/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于二次資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用晶體硅切割廢料制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

隨著不可再生能源的日益枯竭以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期，而作為太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化器件之一的晶體硅片由于其成本較高、需求量大而出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。晶體硅棒通過(guò)多線切割技術(shù)得到所需的晶體硅片，目前除正常消耗外，近50%的晶體硅棒在加工切割的過(guò)程中損耗而成為切割廢料漿。作為太陽(yáng)能級(jí)晶體硅的切割液大體分為兩種，一種是由有機(jī)物組成的油性切割液，一種是以碳化硅、聚乙二醇等組成的水性切割液，由于第二種切割液具有無(wú)毒、無(wú)刺激性,?具有良好的水溶性,?并與許多有機(jī)物組分有良好的相溶性而被廣泛使用。在太陽(yáng)能硅片線切割過(guò)程中，使用碳化硅作為介質(zhì)，碳化硅的顆粒度范圍為1-12μm，整個(gè)機(jī)理是使碳化硅持續(xù)快速?zèng)_擊硅棒表面，利用碳化硅顆粒的堅(jiān)硬特性和鋒利棱角將硅棒截?cái)啵@一過(guò)程會(huì)伴隨著較大的摩擦熱釋放，必須確保砂漿具有良好的流動(dòng)性及時(shí)帶走切割熱以保證硅片的表面質(zhì)量。

切割液在使用一定時(shí)間后，由于其中的碳化硅棱角的磨損及其硅含量的增加使得切割液失去切割能力從而成為了切割廢料，目前這些廢料能夠通過(guò)離心、過(guò)濾、浮選等對(duì)其中的聚乙二醇、大顆粒的碳化硅、硅微粉進(jìn)行回收，具有代表性的是中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN200710018636.9公開(kāi)了一種從切割廢砂漿中回收硅粉和碳化硅粉的方法：用有機(jī)溶劑進(jìn)行固液分離，對(duì)固態(tài)砂料進(jìn)行氣體浮選，得到一定純度的硅粉，進(jìn)一步對(duì)該硅粉進(jìn)行液體浮選和重力分選，再將分選出的硅粉進(jìn)行酸洗，獲得高純度的硅粉；同時(shí)將重力分選得到的碳化硅-金屬的混合粉進(jìn)行磁力分選，得到粒度范圍主要分布在5-12μm的碳化硅粉末。回收過(guò)程如下所示：

。

而粒度小于5μm的超細(xì)碳化硅微粉由于回收成本高、技術(shù)要求高及用途不大等使得其低價(jià)賣(mài)出或堆積存放，成為企業(yè)急需解決的污染源之一。

碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合材料，由于這種材料具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、高耐磨性、高比剛度等力學(xué)性能和良好的可加工性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。碳化硅是一種性能優(yōu)良的非氧化物陶瓷材料，被廣泛用作顆粒增強(qiáng)體來(lái)制備金屬基復(fù)合材料，因此碳化硅粉末得到了新的用途，主要用于航空航天起落架、軍工產(chǎn)品、汽車(chē)制造中的汽車(chē)剎車(chē)制動(dòng)盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿、齒輪箱、高速列車(chē)及精密儀器等各個(gè)領(lǐng)域。

目前，碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備，采用的是粉末冶金工藝將碳化硅微粉和鋁基微粉混合成坯體，在電爐中氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫處理，典型的工藝是將碳化硅顆粒與粒度在200～300目的金屬粉末混合，在溫度范圍為120～150℃逐漸增加壓力至400Mpa得到坯體，在300～400℃、500～670℃分別熱處理得到最終產(chǎn)品。

而在現(xiàn)有工藝中所使用的碳化硅顆粒粒度較大，從而使得碳化硅和金屬粉末的相容性較差，得到的復(fù)合材料性能一般，而減小碳化硅的粒徑又會(huì)使成本增加。因此，如能將廢料利用，在降低成本的同時(shí)得到性能優(yōu)異的材料就能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，這成為目前人們研究發(fā)開(kāi)的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種用晶體硅切割廢料酸、堿洗除雜后碳化硅顆粒制備增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，實(shí)現(xiàn)材料性能提升、縮短坯體制備周期、降低生產(chǎn)成本，并實(shí)現(xiàn)二次資源的有效合理利用，減少對(duì)環(huán)境的污染。

實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案如下：

對(duì)晶體硅棒切割廢料依次進(jìn)行，1）堿洗除雜，2）酸洗除雜，3）過(guò)濾，4）水洗，5）烘干，6）將烘干的碳化硅粉末與準(zhǔn)備好的鋁合金粉末混合，混合的體積份數(shù)為：碳化硅粉末：鋁合金粉末為（10-80）%：（20-90）wt%，7）壓制成坯體，8）坯體熱處理得到增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。進(jìn)一步的具體工藝為：