专利名称：一种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法
技术领域：
本发明属于纳米碳化硅制备领域，具体为一种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法。
背景技术：
碳化硅作为一种性能优异的无机材料，具有抗高温氧化性、抗化学腐蚀性、抗热震性、耐磨性，而且在常温和高温下的机械强度也很高，广泛应用于航空、汽车、化工、电子工业、生物陶瓷等各个领域。。碳化硅产品主要分为纳米碳化硅颗粒和纳米碳化硅晶须。其具有纯度高、粒径小、分布均匀，比表面积大、高表面活性，密度低，具有极好的力学、热学、电学和化学性能，即具 有高硬度、高耐磨性和良好的自润滑、高热传导率、低热膨胀系数及高温强度大特点。纳米碳化硅主要应用在以下方面一、改性高强度尼龙合金用新材料纳米β -sic粉体颗粒在高分子复合材料中相容性好分散度好，和基体结合性好，改性后高强度尼龙合金抗拉强度比普通PA6提高10%以上，耐磨性能提高2. 5倍以上，用户反应很好。主要用于装甲履带车辆高分子配件、汽车转向部件，纺织机械，矿山机械衬板，火车部件等在较低温度下烧结就能达到致密化。二、改性特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)耐磨性能用偶联剂进彳了表面处理后的纳米碳化娃，在添加量为10%左右时,可大大改善和提闻PEEK的耐磨性。(用微米级碳化硅填充PEEK的磨损方式以梨削和磨粒磨损为主，而用纳米级碳化硅填充PEEK的磨损方式以轻微的粘着转移磨损为主。三、纳米碳化硅在橡胶轮胎的应用添加一定量的纳米碳化硅在不改变原胶配方进行改性处理，在不降低其原有性能和质量的前提下，其耐磨性可提高15%—30%。另外，20纳米碳化硅应用在橡胶胶辊、打印机定影膜等耐磨、散热、耐温等橡胶产品。四、纳米SiC复合镀镍等金属表面采用纳米级微粒第二项混合颗粒，镍为基质金属，在金属表面形成高致密度，结合力非常好的电沉积复合镀层，其金属表面具有超硬(耐磨)和减磨(自润滑)耐高温的特点。其复合镀层显微硬度大幅度提高、耐磨性提高3-5倍、使用寿命提高2-4倍、镀层与基体的结合力提高30-40%、覆盖能力强，镀层均匀、平滑、细致。五、航天材料航天飞机机身覆盖已用SiC复合材料制作，其制造安装费用达10. 8$/cm2，每片瓦厚50. 8mm，I. 21kg/片，7万元/机。其他应用高性能结构陶瓷(如火箭喷嘴、核工业等)、吸波材料、抗磨润滑油脂、高性能刹车片、高硬度耐磨粉末涂料、复合陶瓷增强增韧等。目前，合成碳化硅粉末的方法主要有Acheson法、直接化合法、热分解法和气相反应法等。由于合成步骤复杂，能耗大，纳米碳化硅市场价格昂贵，达到了 2000元/公斤。
发明内容
本发明目的在于提供一种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，该方法制备得到的多晶硅具有废物利用，绿色高效，工艺简单，成本低廉的特点，所制得的纳米碳化硅直径约20-50nm,长度约4 5 μ m,长径比远高于20。
本发明提出的一种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，具体步骤如下
(1)将块状硅切削废料加入水中，利用超声将其打散成小颗粒，用有机溶剂辅助清洗，超声25-35分钟后得到黑色悬浮液；所述悬浮液经过抽滤或离心分离，得到初级清洗的硅粉；
(2)将步骤(I)得到的初级硅粉用盐酸、水和过氧化氢组成的混合溶液超声清洗8-15分钟,过滤；
(3)向步骤(2)得到的硅粉中加入去离子水，超声清洗8-15分钟，过滤；
(4)向步骤(3)得到的硅粉中加入氢氟酸溶液，超声清洗O.8-1. 2分钟，过滤；
(5)向步骤(4)得到的硅粉加入过量氨水，超声清洗8-12分钟，过滤；
(6)向步骤(5)得到的硅粉中加入10wt%乙醇水溶液中，超声18-25分钟，过滤；
(7)将步骤(6)得到的硅粉用去离子水清洗，过滤，烘干；
(8)将步骤(7)得到的硅粉放入石墨坩埚中，使用真空电炉或氢气保护电炉在155(T160(TC条件下烧结3飞小时，自然冷却，即得到灰绿色的纳米碳化硅。本发明中，步骤(I)中所述硅切削废料为含硅粉的切削废液、废料池中经沉降的硅泥浆。本发明中，步骤(I)中所述有机溶剂采用乙醇。本发明中，步骤(2)所述盐酸、水和过氧化氢的体积比为5 :1 :1至7:1:1。本发明中，步骤(4)所述氢氟酸溶液配比按照HF = H2O体积比为l:4(Tl:60。本发明中，步骤(5)所述过量氨水在于清洗液的PH值为8 10。本发明中，步骤(7)中所述烘干是指将硅粉置于8(T90°C真空干燥箱中烘干。本发明中，所制得的纳米碳化硅直径为20_50nm，长度为4飞μ m,长径比远高于20。本发明具有如下有益效果
I、本发明解决了硅切削废物处理问题，制备步骤简单，条件温和。2、本发明制备的纳米碳化娃直径约20_50nm,长度约4 5 μ m,长径比远高于20。
图I为实施例I制得的纳米碳化硅宏观形貌，切面形貌和底部形貌。其中(a)为侧面，(b)为切面，(C)为底部。图2为实施例I制得纳米碳化硅的SEM图。其中(a)为放大50倍，(b)为放大1000倍，(c)为放大5000倍，(d)为放大40000倍。图3为清洁硅粉步骤工艺流程图。
具体实施例方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。实施例I :
实验采用的硅切削废料由上海某硅片加工厂单晶切割车间提供，选用废料池中经沉降的硅泥浆作为原料。取50g沉降的硅泥浆加入水中，利用超声将块状切屑打散成小颗粒，同时用乙醇辅助清洗，超声30分钟后，抽滤得到初级清洗的硅粉。用盐酸，水，过氧化氢的混合溶(盐酸水过氧化氢为6:1:1)超声清洗10分钟，后过滤。将得到的硅粉加入氢氟酸水溶液中(HF =H2O为1:50)超声I分钟，后过滤。得到的硅粉用10wt%乙醇水溶液超声清洗20分钟，过滤后用去离子水清洗3遍，抽滤得到的硅粉置于80°C真空干燥箱中烘干。将烘干的硅粉放入石墨坩埚中,在1600°C的真空电炉内煅烧5小时，自然冷却即可得到纳米碳化硅。经过测试，得到的纳米碳化硅直径在30-50nm，长度约4飞μ m。实施例2
实验采用的硅切削废料由上海某硅片加工厂单晶切割车间提供，选用废料池中经沉降的硅泥浆作为原料。取20g沉降的硅泥浆加入水中，利用超声将块状切屑打散成小颗粒，同时用乙醇辅助清洗，超声30分钟后，抽滤得到初级清洗的硅粉。用盐酸，水，过氧化氢的混合溶(盐酸水过氧化氢为5:1:1)超声清洗10分钟，后过滤。将得到的硅粉加入氢氟酸水溶液中(HF =H2O为1:40)超声I分钟，后过滤。得到的硅粉用10wt%乙醇水溶液超声清洗20分钟， 过滤后用去离子水清洗3遍，抽滤得到的硅粉置于80°C真空干燥箱中烘干。将烘干的硅粉放入石墨坩埚中，在1550°C的真空电炉内煅烧4小时，自然冷却即可得到纳米碳化硅。经过测试，得到的纳米碳化硅直径在20-40nm，长度约4飞μ m。通过调节清洗剂的不同配比，改变煅烧温度及时间，均能得到直径约20_50nm，长度约4飞μ m，长径比远高于20的纳米碳化硅。
权利要求
1.ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于具体步骤如下 (1)将块状硅切削废料加入水中，利用超声将其打散成小颗粒，用有机溶剂辅助清洗，超声25-35分钟后得到黑色悬浮液；所述悬浮液经过抽滤或离心分离，得到初级清洗的硅粉； (2)将步骤(I)得到的初级硅粉用盐酸、水和过氧化氢组成的混合溶液超声清洗8-15分钟,过滤； (3)向步骤(2)得到的硅粉中加入去离子水，超声清洗8-15分钟，过滤； (4)向步骤(3)得到的硅粉中加入氢氟酸溶液，超声清洗O.8-1. 2分钟，过滤； (5)向步骤(4)得到的硅粉加入过量氨水，超声清洗8-12分钟，过滤； (6)向步骤(5)得到的硅粉中加入10wt%こ醇水溶液中，超声18-25分钟，过滤； (7)将步骤(6)得到的硅粉用去离子水清洗，过滤，烘干； (8)将步骤(7)得到的硅粉放入石墨坩埚中，使用真空电炉或氢气保护电炉在1550 1600で条件下烧结3飞小吋，自然冷却，即得到灰緑色的纳米碳化硅。
2.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(I)中所述硅切削废料为含硅粉的切削废液、废料池中经沉降的硅泥浆。
3.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(I)中所述有机溶剂采用こ醇。
4.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(2)所述盐酸、水和过氧化氢的体积比为5 :1 :1至7:1: I。
5.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(4)所述氢氟酸溶液配比按照HF: H2O体积比为1:4(Tl: 60。
6.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(5)所述过量氨水在于清洗液的PH值为8 10。
7.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于步骤(7)中所述烘干是指将硅粉置于8(T90°C真空干燥箱中烘干。
8.根据权利要求I所述的ー种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法，其特征在于所制得的纳米碳化硅直径为20-50nm，长度为4 5 μ m,长径比远高于20。
全文摘要
本发明属于纳米碳化硅制备领域，具体为一种回收硅切削废料制备纳米碳化硅的方法。其具体步骤为首先将回收的硅废料粉碎至适合熔融阶段的颗粒大小，采用水，盐酸+过氧化氢混合水溶液，氢氟酸水溶液，氨水，乙醇水溶液等清洗剂对硅粉进行清洗处理，烘干后得到的硅粉置于石墨坩埚中，在真空电炉或氢气保护电炉中1600℃煅烧3~5小时即可得到纳米碳化硅。本发明解决了硅切削废物处理问题，制备步骤简单，条件温和。本发明制备的纳米碳化硅直径约20-50nm，长度约4~5μm，长径比远高于20。
文档编号C01B31/36GK102815700SQ20121034596
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者杨振国, 杨超, 顾云松, 俞宏坤, 孙江燕 申请人:复旦大学