[发明专利]一种碳化硅纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：A)将晶硅切割废砂浆、有机溶剂、酸液混合搅拌过滤得到固体废料A；B)将所述固体废料A使用去离子水清洗直至滤液pH值达到6.0～7.0，得到含硅原料粉体；C)将植物纤维通过超声法清洗干净并烘干；D)以所述含硅原料粉体为硅源，植物纤维为碳源纤维，通过放电等离子辅助化学气相渗硅法制备碳化硅纤维并获得碳化硅磨料。本发明简化了晶硅切割废砂浆传统回收方法中对硅与碳化硅分别提取的复杂工艺过程，且使得晶硅切割废砂浆能够直接制备碳化硅纤维。

技术领域

本发明属于无机陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅纤维的制备方法。

背景技术

硅片是发展太阳能产业的重要基础。随着全球范围内太阳能产业的迅速发展，硅片需求量和加工量急剧增长。根据行业统计数据，中国硅片产能自2008年起已稳居全球首位，2010年国内硅片总产能近14GW，已占全球总产能50％以上，近年来，国内硅片总产能更是不断提升。

线切割是目前国际上硅片切割的主要方式，其过程有赖于晶硅切割液(又称切削液、悬浮液)和碳化硅微粉(又称磨料、切割砂)的配合使用。在硅片切割过程中会产生大量晶硅切割废料，其废弃不用在给环境带来巨大压力的同时，也浪费了废料中的大量有用成分。因而，对晶硅切割废料中的有价资源进行回收再利用相当重要。目前，回收的主要方法有双层有机溶剂沉淀法、相转移分离法、水力旋流器工艺、离心分离法、合金化的方法、快速热处理工艺等。然而，由于硅和碳化硅的颗粒粒径较小而且粒度范围有重叠，两者理化性质又相近，所以分离硅和碳化硅难度很高。因而，在现有回收晶硅切割废料中高纯硅的工业技术还相当不成熟的情况下，如何将硅和碳化硅一起回收利用，制备碳化硅陶瓷材料，这也不失为一种从晶硅废料中回收有价资源的好方法。

碳化硅(SiC)纤维是一种重要的无机纤维,具有耐高温、耐氧化性、高模量、高导热率和化学稳定性好等特点，主要用作热保护材料、高效散热材料、摩擦复合材料、金属/陶瓷基复合材料的增强材料等。近年来，SiC纤维更是在航空、航天和原子能等领域展示出广阔的应用前景。目前，SiC纤维的制备方法主要有化学气相沉积法(CVD法)、先驱体转化法和活性炭纤维转化法等方法。这些方法都各具特点，然而均有工艺繁杂、制备效率低、成本较高等缺陷。

在本发明中，我们首先对晶硅切割废料进行预处理，获得了含硅原料粉体；接下来，在放电等离子系统中，以含硅原料粉体中的硅为硅源，以植物纤维为碳纤维模板，通过放电等离子辅助化学气相渗硅法快速制得了碳化硅纤维并获得碳化硅磨料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅纤维的制备方法，所使用的原料取自工业废料，其回收利用可以降低环境污染，在制备碳化硅纤维的同时可以获得碳化硅磨料，该方法具有工艺简单、制备效率高、成本较低等优点。

本申请提供一种碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：

A)将晶硅切割废砂浆、有机溶剂、酸液混合搅拌过滤得到固体废料A；

B)利用去离子水将所述固体废料A清洗直至滤液pH值达到6.0～7.0，得到含硅原料粉体；

C)将植物纤维通过超声法清洗干净并烘干；

D)以所述含硅原料粉体为硅源，植物纤维为碳源纤维，通过放电等离子辅助化学气相渗硅法制备碳化硅纤维并获得碳化硅磨料。

优选的，所述步骤D)具体为：

首先将所述含硅原料粉体和碳源纤维放置于石墨模具中，接下来将模具放入放电等离子系统内，最后硅与碳化植物纤维在惰性气氛条件下发生化学气相渗硅反应，制得碳化硅纤维并获得碳化硅磨料；

所述石墨模具包括主体和盖体，所述盖体包括底盖和顶盖；

所述主体包括相互连通的底盖孔和顶盖孔，所述底盖孔用于容纳所述底盖，所述顶盖孔用于容纳所述顶盖；