摘 要

随着太阳能技术的快速发展，晶硅板的需求量急速增长，其工业的伴随品晶硅切割废砂浆的处理成为一个热门话题。本文采用该废料制备Si-SiC复合陶瓷衬底材料，既能有效地利用废渣，又可以解决衬底材料的高成本问题。

本文主要针对晶硅切割废渣合成Si-SiC复合陶瓷的工艺进行探讨，主要探讨了烧结方式、SiC添加量以及渗铝量对复合陶瓷性能的影响，并通过测定所得的Si-SiC复合陶瓷试样的物相、抗折强度、密度、致密度以及电阻率大小来对比其性能。

本文最终得到的结论有：酸洗后晶硅切割废渣的组成大致为75%Si、25%SiC；利用氩气保护烧结制备的复合陶瓷较埋碳法制备的复合陶瓷性能较好；添加10%的SiC可以较强地增加陶瓷的综合性能；渗入1%Al粉可以增加陶瓷致密度和抗折强度，且大大降低其电阻率。

关键词：Si-SiC复合陶瓷，晶硅切割废砂浆，气氛烧结，弥散强化，渗铝

Abstract

With the high-speed development of Solar technology ,the requirment of crystalline silicon rised so quickly,made this solvation about crystalline silicon cutting waste mortar which is along with its production became a hot topic．Using the waste material to prepare Si-SiC composite ceramic substrate material,not only effectively used waste but also can solve the problem of high cost of the substrate material．

In this paper, we explored the synthesis of crystalline silicon cutting waste for Si-SiC composite ceramic technology,including the effection by atmosphere, SiC additives and the amount of aluminized prepared composite Ceramics．And by measuring the Si-SiC composite ceramic phase, bending strength, density, density and resistivity size to characterize its performance．

In the experiment,we finally confirmed the composition of crystalline silicon cutting waste approximately 75% Si and 25% SiC; using argon sintering composite ceramic better prepared than the buried carbon composite ceramic legal performance; 10% of SiC can strongly increase the comprehensive performance of the ceramic; 1% Al powder infiltration can increase its density and flexural strength, and greatly reduce its resistivity．

Key words:Si-SiC composite ceramics, crystalline silicon cutting waste mortar, sintering atmosphere, dispersion strengthening, aluminized

目录

摘要 1

目录 3

第1章 绪论 1

1.1 硅切割废砂浆的危害 1

1.2 废砂浆的回收以及应用现状 1

1.2.1 砂浆回收技术 2

1.2.2 以废砂浆为原料生产其他工业材料 2

1.3 本论文研究背景、内容、意义 3

第2章 实验部分 5

2.1 实验主要原料与设备 5

2.2 测试与表征 5

第3章 结果与讨论 8

3.1 晶硅切割废渣的物性分析 8

3.1.1 物相分析 8

3.1.2 粒径分析 8

3.2 烧结工艺对Si-SiC复合陶瓷的影响 10

3.2.1 埋碳法制备的Si-SiC复合陶瓷的性能分析 10

3.2.2 氩气保护制备的Si-SiC复合陶瓷的性能分析 13

3.3 SiC添加量对Si-SiC复合陶瓷性能的影响 14

3.3.1 SiC添加量对Si-Sic复合陶瓷抗折强度的影响 15

3.3.2 SiC添加量对Si-Sic复合陶瓷显气孔率的影响 16

3.3.3 SiC添加量对Si-Sic复合陶瓷电阻率的影响 17

3.4 渗Al对Si-SiC复合陶瓷性能的影响 19

3.4.1 渗铝量对Si-SiC复合陶瓷抗折强度影响 20

3.4.2 渗铝量对Si-Sic复合陶瓷密度的影响 21

3.4.3 渗铝量对Si-SiC复合陶瓷电阻率的影响 22

第4章 结论 24

4.1 论文研究结论 24

4.2 论文研究创新点 24

4.3 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

随着不可再生资源，如天然气、石油等逐渐枯竭带来的能源危机，以及传统能源燃烧过程涉及到的环保问题，逐渐成为当今首要解决的问题；而用之不竭、清洁、无污染的太阳能得到了众多科研工作者的关注，成为了解决能源危机和环境问题的新能源^[1]。近几年，多晶硅产业快速发展，并以每年30%-40%的增长率快速增长。与此同时，即使国内外也有应用一些非晶硅太阳能材料，但无法大规模生产。因此，至少在国内的新材料大规模生产并应用之前，多晶硅产业的增长速率会一直保持下去^[2]。据欧洲光伏工业协会（EPIA）预测^[3]，长时间内，由于工厂的制造工艺成熟、国内外市场接受度良好及人们对太阳能产品的需求量不断增涨，增加多晶硅产品需求量的不可避免。可是，在为使用多晶硅而切割硅板时，一连串的问题由之而来，晶硅切割废渣的影响最大^[4]。在合理利用切割废渣的同时，又能防止污染环境，是一个热点话题。

1.1 硅切割废砂浆的危害

在现今的工业生产中，最常用硅板切割法有以下三种：激光切割、多线切割以及内圆切割。其中，以各厂家使用最多^[5]的多线切割法的效率和精度最高。通常来讲，多线切割硅板必须有切割砂浆的辅助，而切割砂浆由聚乙二醇( PEG) 切削液和碳化硅粉( SiC) 组成。切割所得到的硅片厚度在0.18mm-0.22mm之间，而金属切割丝线的直径约0.18mm，两者厚度大致相同。以此为依据，大概有50%的硅会作为切割的固有损失，变为切割废砂浆带走。颗粒累计一段时间后，不仅减弱了其切削效果，碳化硅微粉也逐渐达不到切割要求而被舍弃于切割废浆中。此外，金属切割丝线也会有碎屑掉落。因此，废料砂浆会随着切割过程的进行不断地排出，而新砂浆也必须不断添加进去，以确保切割效率和精度^[6]。这个添加与排出的过程中，既浪费了大量的硅材料，又产生了不可忽视的硅切割废砂浆。

废砂浆中的SiC、Si、PEG都是由不可再生能源经过多级合成而得到的，不能直接排放。碳化硅是高纯度的原料在高温下合成生产的，同时国家限制了碳化硅的生产；PEG主要是从石油中聚合而成的，因为其拥有高聚合物不易分解、不能挥发同时不易被氧化等的普遍特点，不能直接排放；排放的废砂浆中，1μm以下Si颗粒占有80%，而小颗粒的Si活性很高，极易与水反应而产生易燃易爆的氢气，如果氢气在空气中被引燃，引发PEG燃烧，则会引起更有危害的事故。

1.2 废砂浆的回收以及应用现状

现今，存在很多废砂浆回收技术的分类，例如仝宇^[7]按照效果进行分类：一般回收技术、高效回收技术、间接回收技术。其中一般回收技术只是回收废砂浆中的一部分物料，比如切削液和SiC磨料；高效回收技术则可以以较高的效率回收废砂浆中如切削液、SiC以及Si粉这些主要成分。还有一些是按分离原理进行分类的。

1.2.1 砂浆回收技术

在国内外，回收技术有两种：在线回收技术和离线回收技术。