專利名稱：一種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米碳化硅制備領(lǐng)域，具體為一種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法。
背景技術(shù)：
碳化硅作為一種性能優(yōu)異的無機(jī)材料，具有抗高溫氧化性、抗化學(xué)腐蝕性、抗熱震性、耐磨性，而且在常溫和高溫下的機(jī)械強(qiáng)度也很高，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、化工、電子工業(yè)、生物陶瓷等各個(gè)領(lǐng)域。。碳化硅產(chǎn)品主要分為納米碳化硅顆粒和納米碳化硅晶須。其具有純度高、粒徑小、分布均勻，比表面積大、高表面活性，密度低，具有極好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，即具 有高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑、高熱傳導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)及高溫強(qiáng)度大特點(diǎn)。納米碳化硅主要應(yīng)用在以下方面一、改性高強(qiáng)度尼龍合金用新材料納米β -sic粉體顆粒在高分子復(fù)合材料中相容性好分散度好，和基體結(jié)合性好，改性后高強(qiáng)度尼龍合金抗拉強(qiáng)度比普通PA6提高10%以上，耐磨性能提高2. 5倍以上，用戶反應(yīng)很好。主要用于裝甲履帶車輛高分子配件、汽車轉(zhuǎn)向部件，紡織機(jī)械，礦山機(jī)械襯板，火車部件等在較低溫度下燒結(jié)就能達(dá)到致密化。二、改性特種工程塑料聚醚醚酮(PEEK)耐磨性能用偶聯(lián)劑進(jìn)彳了表面處理后的納米碳化娃，在添加量為10%左右時(shí),可大大改善和提聞PEEK的耐磨性。(用微米級碳化硅填充PEEK的磨損方式以梨削和磨粒磨損為主，而用納米級碳化硅填充PEEK的磨損方式以輕微的粘著轉(zhuǎn)移磨損為主。三、納米碳化硅在橡膠輪胎的應(yīng)用添加一定量的納米碳化硅在不改變原膠配方進(jìn)行改性處理，在不降低其原有性能和質(zhì)量的前提下，其耐磨性可提高15%—30%。另外，20納米碳化硅應(yīng)用在橡膠膠輥、打印機(jī)定影膜等耐磨、散熱、耐溫等橡膠產(chǎn)品。四、納米SiC復(fù)合鍍鎳等金屬表面采用納米級微粒第二項(xiàng)混合顆粒，鎳為基質(zhì)金屬，在金屬表面形成高致密度，結(jié)合力非常好的電沉積復(fù)合鍍層，其金屬表面具有超硬(耐磨)和減磨(自潤滑)耐高溫的特點(diǎn)。其復(fù)合鍍層顯微硬度大幅度提高、耐磨性提高3-5倍、使用壽命提高2-4倍、鍍層與基體的結(jié)合力提高30-40%、覆蓋能力強(qiáng)，鍍層均勻、平滑、細(xì)致。五、航天材料航天飛機(jī)機(jī)身覆蓋已用SiC復(fù)合材料制作，其制造安裝費(fèi)用達(dá)10. 8$/cm2，每片瓦厚50. 8mm，I. 21kg/片，7萬元/機(jī)。其他應(yīng)用高性能結(jié)構(gòu)陶瓷(如火箭噴嘴、核工業(yè)等)、吸波材料、抗磨潤滑油脂、高性能剎車片、高硬度耐磨粉末涂料、復(fù)合陶瓷增強(qiáng)增韌等。目前，合成碳化硅粉末的方法主要有Acheson法、直接化合法、熱分解法和氣相反應(yīng)法等。由于合成步驟復(fù)雜，能耗大，納米碳化硅市場價(jià)格昂貴，達(dá)到了 2000元/公斤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，該方法制備得到的多晶硅具有廢物利用，綠色高效，工藝簡單，成本低廉的特點(diǎn)，所制得的納米碳化硅直徑約20-50nm,長度約4 5 μ m,長徑比遠(yuǎn)高于20。
本發(fā)明提出的一種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，具體步驟如下
(1)將塊狀硅切削廢料加入水中，利用超聲將其打散成小顆粒，用有機(jī)溶劑輔助清洗，超聲25-35分鐘后得到黑色懸浮液；所述懸浮液經(jīng)過抽濾或離心分離，得到初級清洗的硅粉；
(2)將步驟(I)得到的初級硅粉用鹽酸、水和過氧化氫組成的混合溶液超聲清洗8-15分鐘,過濾；
(3)向步驟(2)得到的硅粉中加入去離子水，超聲清洗8-15分鐘，過濾；
(4)向步驟(3)得到的硅粉中加入氫氟酸溶液，超聲清洗O.8-1. 2分鐘，過濾；
(5)向步驟(4)得到的硅粉加入過量氨水，超聲清洗8-12分鐘，過濾；
(6)向步驟(5)得到的硅粉中加入10wt%乙醇水溶液中，超聲18-25分鐘，過濾；
(7)將步驟(6)得到的硅粉用去離子水清洗，過濾，烘干；
(8)將步驟(7)得到的硅粉放入石墨坩堝中，使用真空電爐或氫氣保護(hù)電爐在155(T160(TC條件下燒結(jié)3飛小時(shí)，自然冷卻，即得到灰綠色的納米碳化硅。本發(fā)明中，步驟(I)中所述硅切削廢料為含硅粉的切削廢液、廢料池中經(jīng)沉降的硅泥漿。本發(fā)明中，步驟(I)中所述有機(jī)溶劑采用乙醇。本發(fā)明中，步驟(2)所述鹽酸、水和過氧化氫的體積比為5 :1 :1至7:1:1。本發(fā)明中，步驟(4)所述氫氟酸溶液配比按照HF = H2O體積比為l:4(Tl:60。本發(fā)明中，步驟(5)所述過量氨水在于清洗液的PH值為8 10。本發(fā)明中，步驟(7)中所述烘干是指將硅粉置于8(T90°C真空干燥箱中烘干。本發(fā)明中，所制得的納米碳化硅直徑為20_50nm，長度為4飛μ m,長徑比遠(yuǎn)高于20。本發(fā)明具有如下有益效果
I、本發(fā)明解決了硅切削廢物處理問題，制備步驟簡單，條件溫和。2、本發(fā)明制備的納米碳化娃直徑約20_50nm,長度約4 5 μ m,長徑比遠(yuǎn)高于20。


圖I為實(shí)施例I制得的納米碳化硅宏觀形貌，切面形貌和底部形貌。其中(a)為側(cè)面，(b)為切面，(C)為底部。圖2為實(shí)施例I制得納米碳化硅的SEM圖。其中(a)為放大50倍，(b)為放大1000倍，(c)為放大5000倍，(d)為放大40000倍。圖3為清潔硅粉步驟工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I :
實(shí)驗(yàn)采用的硅切削廢料由上海某硅片加工廠單晶切割車間提供，選用廢料池中經(jīng)沉降的硅泥漿作為原料。取50g沉降的硅泥漿加入水中，利用超聲將塊狀切屑打散成小顆粒，同時(shí)用乙醇輔助清洗，超聲30分鐘后，抽濾得到初級清洗的硅粉。用鹽酸，水，過氧化氫的混合溶(鹽酸水過氧化氫為6:1:1)超聲清洗10分鐘，后過濾。將得到的硅粉加入氫氟酸水溶液中(HF =H2O為1:50)超聲I分鐘，后過濾。得到的硅粉用10wt%乙醇水溶液超聲清洗20分鐘，過濾后用去離子水清洗3遍，抽濾得到的硅粉置于80°C真空干燥箱中烘干。將烘干的硅粉放入石墨坩堝中,在1600°C的真空電爐內(nèi)煅燒5小時(shí)，自然冷卻即可得到納米碳化硅。經(jīng)過測試，得到的納米碳化硅直徑在30-50nm，長度約4飛μ m。實(shí)施例2
實(shí)驗(yàn)采用的硅切削廢料由上海某硅片加工廠單晶切割車間提供，選用廢料池中經(jīng)沉降的硅泥漿作為原料。取20g沉降的硅泥漿加入水中，利用超聲將塊狀切屑打散成小顆粒，同時(shí)用乙醇輔助清洗，超聲30分鐘后，抽濾得到初級清洗的硅粉。用鹽酸，水，過氧化氫的混合溶(鹽酸水過氧化氫為5:1:1)超聲清洗10分鐘，后過濾。將得到的硅粉加入氫氟酸水溶液中(HF =H2O為1:40)超聲I分鐘，后過濾。得到的硅粉用10wt%乙醇水溶液超聲清洗20分鐘， 過濾后用去離子水清洗3遍，抽濾得到的硅粉置于80°C真空干燥箱中烘干。將烘干的硅粉放入石墨坩堝中，在1550°C的真空電爐內(nèi)煅燒4小時(shí)，自然冷卻即可得到納米碳化硅。經(jīng)過測試，得到的納米碳化硅直徑在20-40nm，長度約4飛μ m。通過調(diào)節(jié)清洗劑的不同配比，改變煅燒溫度及時(shí)間，均能得到直徑約20_50nm，長度約4飛μ m，長徑比遠(yuǎn)高于20的納米碳化硅。
權(quán)利要求
1.ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于具體步驟如下 (1)將塊狀硅切削廢料加入水中，利用超聲將其打散成小顆粒，用有機(jī)溶劑輔助清洗，超聲25-35分鐘后得到黑色懸浮液；所述懸浮液經(jīng)過抽濾或離心分離，得到初級清洗的硅粉； (2)將步驟(I)得到的初級硅粉用鹽酸、水和過氧化氫組成的混合溶液超聲清洗8-15分鐘,過濾； (3)向步驟(2)得到的硅粉中加入去離子水，超聲清洗8-15分鐘，過濾； (4)向步驟(3)得到的硅粉中加入氫氟酸溶液，超聲清洗O.8-1. 2分鐘，過濾； (5)向步驟(4)得到的硅粉加入過量氨水，超聲清洗8-12分鐘，過濾； (6)向步驟(5)得到的硅粉中加入10wt%こ醇水溶液中，超聲18-25分鐘，過濾； (7)將步驟(6)得到的硅粉用去離子水清洗，過濾，烘干； (8)將步驟(7)得到的硅粉放入石墨坩堝中，使用真空電爐或氫氣保護(hù)電爐在1550 1600で條件下燒結(jié)3飛小吋，自然冷卻，即得到灰緑色的納米碳化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(I)中所述硅切削廢料為含硅粉的切削廢液、廢料池中經(jīng)沉降的硅泥漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(I)中所述有機(jī)溶劑采用こ醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(2)所述鹽酸、水和過氧化氫的體積比為5 :1 :1至7:1: I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(4)所述氫氟酸溶液配比按照HF: H2O體積比為1:4(Tl: 60。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(5)所述過量氨水在于清洗液的PH值為8 10。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于步驟(7)中所述烘干是指將硅粉置于8(T90°C真空干燥箱中烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法，其特征在于所制得的納米碳化硅直徑為20-50nm，長度為4 5 μ m,長徑比遠(yuǎn)高于20。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米碳化硅制備領(lǐng)域，具體為一種回收硅切削廢料制備納米碳化硅的方法。其具體步驟為首先將回收的硅廢料粉碎至適合熔融階段的顆粒大小，采用水，鹽酸+過氧化氫混合水溶液，氫氟酸水溶液，氨水，乙醇水溶液等清洗劑對硅粉進(jìn)行清洗處理，烘干后得到的硅粉置于石墨坩堝中，在真空電爐或氫氣保護(hù)電爐中1600℃煅燒3~5小時(shí)即可得到納米碳化硅。本發(fā)明解決了硅切削廢物處理問題，制備步驟簡單，條件溫和。本發(fā)明制備的納米碳化硅直徑約20-50nm，長度約4~5μm，長徑比遠(yuǎn)高于20。
文檔編號C01B31/36GK102815700SQ20121034596
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者楊振國, 楊超, 顧云松, 俞宏坤, 孫江燕 申請人:復(fù)旦大學(xué)