太阳能级多晶硅切割废料浆的综合回收

太阳能级多晶硅切割废料浆主要含高纯硅约30%(质量分数,下同)、碳化硅约35%、聚乙二醇和水约28%和很少量的铁氧化物。综述了国内切割废料的回收情况。在多晶硅的切割过程中,约50%的多晶硅被切磨成高纯硅粉进入到切割废料中而损失。与碳化硅和聚乙二醇相比,切割废料中的高纯硅最有回收价值。我国太阳能级多晶硅绝大多数需要进口,因此如能将切割废料中的高纯硅提取出来,进而用于制备太阳能级多晶硅,不但能实现资源的回收利用,而且可以减少多晶硅的进口,因此重点介绍了当前国外从切割废料中回收高纯硅的研究进展。     

晶硅切割废料在碳化硅及其复合材料中的应用进展

光伏产业晶硅切割废料的传统回收工艺复杂且高纯硅的分离难度大、回收率低.而将废料提纯后直接制备碳化硅及其复合材料不仅方法简单、有效避开了硅难于分离的问题,且废料利用充分、制品多样化.从利用废料制备碳化硅粉体、碳化硅致密陶瓷、碳化硅多孔陶瓷、碳化硅/氮化硅复合材料、碳化硅基高温红外发射涂料以及碳化硅颗粒增强合金等方面综述了这一方向的研究进展,并基于该领域存在的一些主要问题,对未来的研究提出了几点建议.     

晶体硅金刚石线切割废料资源化利用研究进展

晶体硅太阳能电池是光伏行业中最重要的一种电池.在利用硅原料制备电池材料的过程中,需要将硅锭切割成硅薄片.切割过程中近一半的硅会以超细粉末形式进入切割液形成大量切割废料,造成硅资源浪费以及环境污染.切割废料由90％的硅粉和少量的Fe、Al、Ca等杂质组成.目前切割废料利用的研究主要集中在回收高纯硅和制备含硅材料领域.回收高纯硅可实现硅资源从生产末端回到生产端的循环利用,但市场对硅粉纯度要求高,且去杂提纯过程能耗高,还会产生废水废渣等二次污染.将切割废料直接用于制备合金、陶瓷、纳米材料以及电池材料等含硅材料,可获得相应的高附加值材料,但针对产品性能可控性及整体质量提升仍具有很大的研究空间.本文简述了多晶硅金刚石线切割废料的产生过程和组成特点,总结了切割废料用于回收高纯硅、制备含硅合金、含硅氮化物、含硅纳米材料及含硅电池材料等资源化利用的研究进展,综述了回收高纯硅的各种方法(酸浸除杂法、熔炼法、其他新方法)并分析了制备含硅材料各工艺的优缺点,探讨了未来资源化利用的发展方向.     

采用HF酸浸蚀沉降的方法从单晶硅切割废浆料中回收硅粉

采用HF酸浸蚀沉降的方法回收单晶硅切割废浆料中的硅粉。系统地研究了在回收硅粉过程中,HF酸的浓度,HF酸处理的时间,以及在HF酸浸蚀沉降处理前的超声震荡时间等实验条件对回收率和纯度等性能的影响因素。研究表明,在HF酸浓度为2%,HF酸处理时间24h,超声震荡时间60min的条件下,回收得到的粉体中硅的纯度可以达到82%(质量分数),且回收率可以达到62%的水平。通过此方法可以实现从切割废浆料中回收硅粉。     

硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅生长

工业生产的太阳能电池用多晶硅锭内部常出现碳化硅夹杂,影响太阳能电池的转换效率,特别是严重威胁硅片的切割生产过程。本文研究了硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅沉淀生长特性。在熔解实验中发现:即使在碳显著过饱和的情况下,碳化硅仍会熔解在1450℃的硅熔体中,同时熔体中易形核处发生新的碳化硅颗粒析出。在1350℃下进行了硅料中碳化硅沉淀的固相生长实验,结果表明晶体硅中碳化硅沉淀的高温固态生长十分缓慢。这一特性得到理论计算证实,它表明固相生长不可能是多晶硅锭中出现大颗粒碳化硅的原因。     

单晶及多晶硅切割废料中的高纯硅回收

为提高在切割废料中高纯硅的回收率,对沉降方法和条件进行了优化.根据单/多晶硅切割废料浆的物理、化学性质,在m（水）∶m（聚乙二醇）=（8～9）∶1、含有少量无机盐的水溶液体系中,在不同沉降时间和不同固液配比的条件下进行正交试验,通过盐酸、氢氟酸进行除杂,最后在1 500～1 600℃下进行硅的铸锭.通过X射线衍射、元素...     

太阳能电池硅片线锯砂浆中硅屑的回收技术研究

多线切割是当前硅太阳能电池片生产的主要工艺.在线切割过程中约有1/2的晶体硅成为锯屑进入到切割砂浆.砂浆中的各种污染物并未进入高纯硅屑晶体内部,因此可以期望通过物理分离、清洗等技术来提取获得高纯硅粉,而不需要通过高耗能的高温化学或相变过程.综述了硅片线切割过程、硅屑形成及废砂浆特性,评述了从线切割废砂浆中回收高纯硅粉的研究现状和进展,包括本研究组近期的研究结果.     

高温合金废料回收再利用的研究进展及未来发展方向

近年来,随着我国航空航天事业的飞速发展,高温合金的年产量逐年增加,与此同时,制造过程中产生的高温合金废料也越来越多,废料的堆积造成了严重的资源浪费和环境污染。近来,由于金属学及材料学等多学科交叉融合并发展迅速,国内在高温合金废料及其返回料回收再利用方面取得了一定的研究进展,但与欧美等发达国家相比仍存在巨大的差距。高温合金回收效率受其牌号、组成等因素的影响。传统的湿法、火法、湿法火法结合工艺很难从根本上取得突破。因此,近年来除了在基本工艺的基础上进行优化改进外,研究者们主要从预处理、选择合理的浸出液及电解液、设计高效萃取剂、合成新型分离材料等方面不断尝试,并取得了阶段性成果,在充分发挥现有回收工艺效率的同时大幅提升了高温合金中主要元素的回收效率。迄今为止,能成功实现较高效率地回收高温合金废料的方法主要包括酸浸法、电解法、离子交换法、萃取法等。其中,酸浸法应用得最早,可采用酸液浸出法对含铼高温合金废料进行回收再利用。优化工艺参数可使高温合金废料中铼浸出率达99%以上,但回收效率受钝化膜的阻碍逐渐降低且产生废酸、废气,因此其发展受到限制。近年来,采用直流电源,以合金为阳极、石墨为阴极,在氯化物的电解液中能有效破除合金废料在电化学溶解过程中的钝化膜,显著提升回收效率,备受研究者的青睐。在电解的基础上以有机溶剂为电解液、氯化物为电解质,结合萃取、离子交换及吸附等工艺,实现对合金废料中元素的分类回收,为高温合金废料绿色可持续回收提供了可能。本文从废料的来源与特性及回收工艺两方面总结了高温合金废料回收再利用的研究进展,着重对国内外湿法、火法、湿法火法结合工艺进行了介绍,并分析了高温合金废料回收技术的未来研究方向,以期为这一领域的相关研究和工程应用提供参考。     

碳化硅表面改性和光学镜面加工的研究现状

为了获得满足光学应用要求的碳化硅光学镜面, 通常采取碳化硅表面改性和改进光学镜面加工的方法. 碳化硅表面改性的主要方式是在碳化硅表面镀致密化涂层. 本文介绍了在碳化硅表面化学气相沉积碳化硅和物理气相沉积硅两种碳化硅表面改性技术, 并对碳化硅光学镜面加工的研究现状进行了综述.     

硅基SiC薄膜制备与应用研究进展

碳化硅（SiC）材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统（MEMS）的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积（Chemical vapor deposition,CVD）法和物理气相沉积（Physical vapor deposition,PVD）法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。     

液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/CSiC复合材料

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti₃SiC₂基体, 制备Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响, 分析了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明: TiC与熔融Si反应生成Ti₃SiC₂是可行的, 而且C的存在更有利于生成Ti₃SiC₂; 在含TiC颗粒的C/C预制体孔隙(平均孔径22.3 μm)内, 熔融Si的渗透深度1 min内可达10.8 cm; Ti₃SiC₂取代残余Si后提高了 C/C-SiC复合材料的力学性能, C/C-SiC-Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度达203 MPa, 断裂韧性达到8.8 MPa·m1/2; 对于厚度为20 mm的试样, 不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、 密度和力学性能, 无明显微结构梯度存在, 表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料构件。      

水基注浆成型碳化硅坯体的研究

运用注浆成型技术制备了亚微米碳化硅陶瓷复杂部件坯体。研究了分散剂、pH值对SiC水基浆料粘度的影响,以及不同固含量的SiC水基浆料和脱气泡处理对坯体密度的影响。结果表明：选用的3种分散剂的分散效果大小顺序为：四甲基氢氧化铵（TMAH）〉聚甲基丙烯酸铵（PMAA）〉聚乙烯亚胺（PEI）,且3种分散剂的最佳加入量分别为：1．8wt％、0．8wt％、0．056wt%,最佳pH值为10。对固含量为55wt%的SiC浆料磁力搅拌抽真空脱气泡处理20min可以注浆得到密度为1.64g／cm^3的碳化硅坯体。     

A Novel Powder Coated Fibre Pre‐processing Route to Metal Matrix Composites

Since the dawn of the transport, and in particular, the aerospace engineering industry, there has been an ever‐growing need for high performance and high temperature materials. Materials such as titanium/ silicon carbide fibre metal matrix composites (Ti/SiC MMCs) provide high strength, low density and operate at high temperature to their particular applications. Unfortunately, the maturing technology of Ti/SiC MMCs still suffers from extremely high fabrication costs. Reducing this and increasing component processing flexibility remain the priorities of current research. This article presents a Powder Coated Fibre pre‐processing technique to meet such industrial requirements. The technique is based on slurry powder metallurgy and presents itself as a cost‐effective alternative to current Ti/SiC MMCs processing methods. It involves firstly, mixing matrix powder particles with an appropriate organic binder and solvent to form a slurry, drawing a continuous silicon carbide fibre through the slurry onto a winding drum, drying the coated‐fibre and finally laying up the coated fibre into a composite pre‐form for subsequent consolidation. The organic component is removed from the pre‐form matrix via a binder burnout phase prior to composite consolidation.     

Determination of main and minor components of silicon based materials by a combustion with elemental fluorine. Separation of gaseous fluorination products by carrier gas distillation and gas mass spectrometry

For the determination of main and minor components in silicon-based ceramic powders, a decomposition by a combustion with elemental fluorine and separation of the volatile fluorination products by a carrier-gas distillation with a subsequent detection by quadrupole mass spectrometry is described. The necessity and success of the separation step is demonstrated for the determination of boron as a minor constituent in SiC, where the spectral interferences of silicon on the boron signals are decreased considerably. The method developed is shown to be directly applicable to determination of silicon in Si3N4, SiC, and SiO2. The determination of nitrogen in Si3N4 requires additional effort, to separate nitrogen from the excess of fluorine. For the determination of boron, a complete mobilization of BF3 is assured by the presence of an adequate amount of GeF4. Analysis results obtained with different types of calibration show a precision of 30 microg for boron at the milligram-per-gram level and a precision between 0.5 and 2% (m/m) for the main components, silicon and nitrogen. Within these standard deviations, the results agree well with the values expected from the stoichiometry, with the results for silicon and boron obtained by wet chemical decomposition and slurry techniques in combination with ICP-OES and with the results for nitrogen obtained by carrier gas heat extraction.     

水基浆料涂覆结合原位反应制备Cf/SiC复合材料表面光学涂层

本研究提出一种C_f/SiC复合材料表面改性新方法为水基浆料涂覆结合原位反应烧结工艺。系统研究了SiC和炭黑在水基浆料中的共分散、粘结剂的量和浆料固含量对浆料流变性能的影响、涂层的微观结构和性能等。研究结果表明: 采用水基浆料涂覆工艺可在基材表面制备一层气孔率达49%的多孔C/SiC预涂层; 通过液相渗硅原位反应工艺, 多孔预涂层转变为高致密、与基材强结合的光学涂层, 并且在涂层与基材间形成了~ 15 μm的化学反应过渡层; Si/SiC涂层的维氏硬度为(14.19 ± 0.46) GPa, 断裂韧性为(3.02 ± 0.30) MPa·m^1/2; 经过精细研磨抛光, 涂层的表面粗糙度可达2.97 nm RMS。     

Microscopic surface structure of C/SiC composite mirrors for space cryogenic telescopes

We report on the microscopic surface structure of carbon-fiber-reinforced silicon carbide (C/SiC) composite mirrors that have been improved for the Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics (SPICA) and other cooled telescopes. The C/SiC composite consists of carbon fiber, silicon carbide, and residual silicon. Specific microscopic structures are found on the surface of the bare C/SiC mirrors after polishing. These structures are considered to be caused by the different hardness of those materials. The roughness obtained for the bare mirrors is 20 nm rms for flat surfaces and 100 nm rms for curved surfaces. It was confirmed that a SiSiC slurry coating is effective in reducing the roughness to 2 nm rms. The scattering properties of the mirrors were measured at room temperature and also at 95 K. No significant change was found in the scattering properties through cooling, which suggests that the microscopic surface structure is stable with changes in temperature down to cryogenic values. The C/SiC mirror with the SiSiC slurry coating is a promising candidate for the SPICA telescope.     

SiC过渡层对SiC/Si-MOSi2涂层抗氧化性能的影响

采用液硅反应渗透和料浆烧结法在石墨表面制备SiC/Si-MoSi2抗氧化涂层.详细研究SiC过渡层对SiC/Si-MoSi2涂层抗氧化性能的影响.结果表明,SiC过渡层对SiC/Si-MoSi2涂层的抗氧化性能有很大影响,并从微观结构上分析和解释了SiC过渡层对所制备涂层抗氧化性能影响的原因.