切削悬浮液回收的方法技术

本发明专利技术公开了一种切削废悬浮液回收的方法，其特征在于将硅晶片加工工艺中的线切削废砂浆进行多级处理，包括如下步骤：固液分离、悬浮液的初级过滤、悬浮液的精滤、悬浮液的浓缩干燥。本发明专利技术的方法使回收的聚乙二醇（ＰＥＧ）基或油基悬浮液达到与全新原料相同或相近的性能指标，并满足硅晶切片工序的使用要求，可完全替代新料的回收方法，通过该方法可以实现同一批料多次回收循环再利用的目的，不仅最大限度地提高了原材料的使用效率，降低了硅片的生产成本，而且避免了废砂浆排放给环境造成的污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种切削废悬浮液回收的方法。具体的，将硅晶片加工工艺中的线切削废砂浆通过物理及化学的方法进行处理，将其中的悬浮液回收以实现再次使用目的。
技术介绍
在硅晶片材的加工过程中，通过专用的线切割设备将硅棒切割成不同直径和厚度的片材是目前国际上通行的加工方式。该切割过程中需要使用硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。为使碳化硅微粉在切削过程中分散均匀，同时及时带走切削过程中产生的巨大的摩擦热，通常需先将碳化硅微粉按照一定比例加入到以聚乙二醇(PEG)基或油类为主要原料合成的水溶性或油性悬浮液中并充分分散，配置成均匀稳定的切削砂浆后再用于切削。由于硅晶片材被广泛应用于制作太阳能电池板、电子芯片、精密半导体芯片等高端领域，对硅片的表面平整度、洁净度、电性能等性能指标有着极为严格的要求，为保证硅片质量达到规定的标准，除了要求有高精度的专用设备，经验丰富的操作员工和必要的加工环境等条件外，同时还要求用于其加工过程中的各类原辅材料同样具有很高的性能指标。目前，由于目前产业界缺乏成熟的切削废砂浆回收再利用技术，几乎所有的硅晶生产加工企业都只能将使用过的切削废砂浆经简单沉淀后作为工业废渣清倒填埋，液态的有机悬浮液也必须进行必要的生物降解处理后才能勉强达到环保排放标准，否则可能导致对水源和土壤的二次污染。因此将使用过一次的废切削砂浆作为工业废弃物处理不仅是对社会资源的极大浪费，同时导致硅片生产成本的增加，而且对环境造成一定的污染。硅根据结晶形态可以分为无定形硅、多晶硅和单晶硅等几大类，因其具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体，在超纯单晶硅中掺入微量的IIIA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的VA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体硅是优良的半导体材料，因此被广泛地应用于制造半导体制品、电子芯片和太阳能电池板等领域。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。通过直拉法或悬浮区熔法制得的单晶棒材需要通过后续的开方、切片、腐蚀、抛光等一系列的加工，最终得到可用于制造各类硅晶制品的基础原材料。硅晶片是指晶型为多晶或单晶的硅片。硅棒是指其形态为棒状、锭状的硅材料。在硅晶的一系列加工环节中，将硅棒根据不同需要切割成厚约200-500μm的薄片是其中的重要一环。由于硅晶材料自身的理化特性坚硬且脆，如使用常规的刀具切割破碎率高且硅片的表面平整度难以达到最基本的精度要求。为保证硅片的加工质量和提高加工效率，目前国际上绝大多的单晶硅切片企业广泛采用专用的线切割设备，这种专用的线切割设备是通过数千根细约120-160μm的钢线作切割载体，以硬度仅次于金刚石的碳化硅微粉为主要切削介质，并采用浸润性好，排削能力强且对碳化硅类磨料具有优良的分散特性的聚乙二醇(PEG)基或油基悬浮液作为碳化硅的分散剂配制成分散均匀，悬浮状态稳定的切削砂浆，通过钢线在硅棒表面的快速运动，带动切削砂浆在硅棒表面流动，使碳化硅微粉细颗粒与硅棒均匀持续地发生撞击和摩擦，最终将整根的单晶硅棒一次性切割成数千片表面光滑规整的等径片材。聚乙二醇(PEG)也称聚乙二醇醚，是以环氧乙烷与水或乙二醇为原料通过逐步加成反应而制备的，其原材料主要来源于石油制品，当PEG的分子量200-700时为白色或透明的粘稠液体，1000-2000的为蜡质半硬固体，3000-20000为坚硬的蜡状固体。聚乙二醇(PEG)为低毒无刺激性聚合物。相对密度液体1.127-1.128g/cm3，固体1.17-1.215g/cm3；熔点固体60℃以下，液体20℃以下；粘度4.3-10.5×10-6m2/s(98.9℃)；闪点为179-252℃(液体)，221-288℃(固体)。聚乙二醇(PEG)具有很强的吸水性，在常温条件下可从空气中吸收水分，液体可与水任意比例混溶，当温度升高后，任何级分的固体聚乙二醇均能与水任意比例互溶，当温度高至水的沸点是，聚合物会沉淀出来，析出温度取决于聚合物的分子量和浓度。聚乙二醇(PEG)属非离子型聚合物，在正常条件下是稳定的，在120℃或更高温度下能与空气中的氧发生氧化作用，用二氧化碳或氮等惰性气体保护，在200-240℃也不发生变化，当升至300℃左右，分子链节发生断裂而降解。聚乙二醇系列产品可用于药剂，相对分子量较低的聚乙二醇可用作溶剂、助溶剂、O/W型乳化剂和稳定剂，用于制作水泥悬剂、乳剂、注射剂等，也用作水溶性软膏基质和栓剂基质。用于硅晶棒切片过程中的悬浮液的聚乙二醇(PEG)分子量通常为300-400，这一级别的PEG具有适宜的粘度指标，既有良好的流动性，又对碳化硅微粉具有良好的分散稳定性，带砂能力强。油基的悬浮液与聚乙二醇基悬浮液具有相似的理化性能，如与碳化硅微粉有良好的相容性，具有与PEG300/400相近的粘度指标，带砂能力好等，与PEG300/400相比，油基悬浮液具有更强的排屑能力，因此使用油基悬浮液配制成的切削砂浆在切割硅棒时往往能够获得表面质量非常好的硅片。以日本产的油基悬浮液PS-LP-500D为例，其密度为0.826g/cm3，粘度96mmPa.s左右，闪点112℃，在-10℃时仍具有良好的流动性，被广泛地用于半导体硅片、水晶等切削加工领域。使用碳化硅微粉作为介质用于专用线切割设备上加工硅晶切片，其作用原理是使碳化硅微粉颗粒持续快速冲击硅棒表面，利用碳化硅颗粒的坚硬特性和颗粒表面的锋利菱角将硅棒逐步截断，这一过程会伴随着较大的摩擦热释放，同时由于碳化硅颗粒与硅棒之间的碰撞和摩擦而产生的破碎碳化硅颗粒和硅颗粒也将混入切削体系中。为了避免被切削开的硅片受切削体系温度升高的影响而发生翘曲和其表面被细碎颗粒过度研磨而影响其光洁度，必须设法将切削热及破碎颗粒及时带出切削体系，因此悬浮液的主要功用即在于使切削砂浆具有良好的流动性，碳化硅颗粒能够在切削体系中均匀稳定的分散，在钢线的运动下以均匀平稳的切割力场作用于硅棒表面，同时及时带走切削热和破碎颗粒，保证硅片的表面质量。在上述的切削过程中，悬浮液本身性能并不发生化学的变化，但存在从周围环境和碳化硅微粉中吸收水分而使体系的含水率提高和含带过多的细碎颗粒，如不进行必要的处理则会影响再次循环使用时碳化硅微粉颗粒在切削砂浆中分散的稳定性，因此经过一次切削过程的废砂浆现行国内的处理办法是作为工业废渣废液进行排放，在这种情况下，价格昂贵的碳化硅微粉和悬浮液新料实际上只使用一次就被作为工业废物进行处理，不仅对环境造成了二次污染，而且导致硅片生产企业生产成本的居高不下，同时也是社会资源的极大浪费。如果采用适当的方法将悬浮液中的细碎颗粒和增加的水分剔除，则仍有可能将其再次利用，这样不仅可以最大限度地提高资源的有效利用率，同时可以为硅片生产企业节约大笔的生产成本，避免其作为工业废物排放对环境造成的二次污染。上世纪九十年代中后期，由于发达国家开始对碳化硅的生产加工逐步加大限制力度，使得碳化硅微粉的市场价格一度攀升，加之各国对环境保护要求的日趋严格，切削后的碳化硅废料处理成本也随之提高，另外，基于未来原油价格上涨可能带动石化产品价格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削废悬浮液回收的方法，其特征在于将硅晶片加工工艺中的线切削废砂浆进行多级处理，包括如下步骤：固液分离、悬浮液的初级过滤、悬浮液的精滤、悬浮液的浓缩干燥。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张捷平，
申请(专利权)人：张捷平，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]