電鍍金剛線的四化技術(shù)路線

曲東升+劉繼拓+張迎九+賈海波

摘 要：本文提出了電鍍金剛線的主要技術(shù)要素，給出了電鍍金剛線的系列檢測方法，詳細介紹了電鍍金剛線的四化技術(shù)路線，深入分析了四化技術(shù)路線的優(yōu)點、難點，最后指出了未來金剛線產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：電鍍金剛線；技術(shù)要素；檢測方法；四化技術(shù)路線

Abstract： The critical technology elements of were proposed in this paper. A series of test methods were also provided. Four modernizations technical routes of electroplated diamond wire are discussed in detail and their advantages as well as difficulties have been deeply analyzed.In addition， the developing trends of electroplated diamond wire products were prospected.

Keywords： electroplated diamond wire；critical technology elements；test methods；four modernizations technical routes

中圖分類號：TG164 文獻標識碼：A

21世紀初，電鍍金剛線以其優(yōu)異的切割效率被應(yīng)用于晶硅切割。到目前為止，單晶硅棒砂線切割已完全被金剛線切割替代；多晶硅方面，正在向金剛線切割過渡，與單晶硅還存在一定的差異。金剛線切割相比砂線，其耐磨性好，切削時間長，還能有效避免砂線切割帶來的環(huán)境污染問題。電鍍金鋼線的制備過程具體包括除油、除銹、預(yù)鍍、上砂、加厚和后續(xù)處理等。本文指出了電鍍金剛線的技術(shù)要素，給出了金剛線的系列檢測方法，列出了美暢新材對金剛線產(chǎn)品性能的基本要求，然后詳細介紹了電鍍金剛線的四化技術(shù)路線，并深入分析了四化技術(shù)路線的優(yōu)點及存在的技術(shù)難點，最后指出了未來金剛線產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

1.電鍍金剛線的技術(shù)要素

電鍍金剛線是通過金屬電鍍方法將金剛石磨料固結(jié)在鋼絲基體上，制成用于硬脆材料切割的線切割工具。表征電鍍金剛線的性能主要有破斷力、出刃率、出刃高度、自由圈徑、翹頭高度等技術(shù)要素，詳見表1。

2.電鍍金剛線的檢測方法

目前國內(nèi)外生產(chǎn)電鍍金剛線產(chǎn)品的企業(yè)主要有美暢新材、岱勒新材、浙江東尼、瑞翌新材、開封恒銳新、恒星科技、青島高測、江蘇億榮、貝卡爾特、盛利維爾、旭金剛、中村超硬、Read、DMT等。現(xiàn)電鍍金剛線產(chǎn)品還未有相關(guān)國家標準可進行參考，各個生產(chǎn)廠家都擁有自成一套的產(chǎn)品檢測方法，但檢測方法之間存在差異，由此造成金剛線產(chǎn)品標準混亂、性能參差不齊，不利于電鍍金剛線行業(yè)今后長期發(fā)展。綜合現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合不同廠家的檢測方法，下面給出可供生產(chǎn)廠家參考的檢測方法。國內(nèi)外上規(guī)模、產(chǎn)能較大的美暢新材、旭金剛、岱勒新材等公司的金剛線產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定，以美暢新材為例，其對產(chǎn)品性能的基本要求見表2。

（1）外觀。金剛線外觀目測檢驗。

（2）線徑。取段樣線任選3～5處，使用千分尺（分辨率為0.001mm）進行測量，記錄所有測量值。

（3）破斷力。將500mm樣線固定在拉力測試儀上，保證樣線拉直且不受力，然后以0.001m/s～0.008m/s速率進行拉伸，直至樣線斷裂，重復(fù)測量3次以上取最小值。

（4）出刃率、出刃高度取300mm樣線放置在金剛石形貌檢測儀的載線架上，稍用力使樣線處于自然張緊狀態(tài)，任選十處使用形貌儀自帶軟件測出金剛線的出刃率、出刃高度，記錄所得測量值。

（5）自由圈徑。截取約500mm樣線，提起一端使另一端距離水平面100mm～200mm，讓其自由下落，在光滑水平面上自然成圈，然后使用分度值不大于1mm的直尺，測量線圈最小自然圈徑。

（6）翹頭高度。翹頭高度試驗過程與自由圈徑類同，使用分度值不大于1mm的直尺，測量金剛線兩端距離水平面的距離，取最大值。

（7）鍍層結(jié)合情況。取200mm樣線，將樣線保持較均勻的拉力進行緊密纏繞大于5圈，芯棒直徑為1.00mm。保持10min后，取下金剛線，在顯微鏡下觀察金剛線纏繞部分有是否存在起皮、脫落等異常。

3.電鍍金剛線的四化技術(shù)路線

光伏行業(yè)通過降低硅片非硅成本，追求平價上網(wǎng)，有利于快速推廣清潔能源的應(yīng)用。持續(xù)降低硅片非硅成本需要相應(yīng)的金剛線技術(shù)匹配發(fā)展，不難發(fā)現(xiàn)金剛線今后將會沿著出片更多、切割更快、線耗更省、硅片更薄的方向發(fā)展，四化技術(shù)路線的實現(xiàn)將會大幅度降低非硅成本。電鍍金剛線的四化技術(shù)路線：細線化、快切化、省線化、低TTV化。

（1）細線化。電鍍金鋼線線徑不斷細化，有利于切割硅縫的減小，減少硅料的損耗，提高硅片的出片率。現(xiàn)市場主導(dǎo)是80、70線兩種電鍍金剛線，以目前的金剛線技術(shù)發(fā)展速度，65、60金剛石會在年內(nèi)推廣并大范圍應(yīng)用。

（2）快切化。為大幅提升切片機產(chǎn)能，降低切片廠家設(shè)備投資，特別在多晶硅企業(yè)轉(zhuǎn)型金剛線切割需要采購新型設(shè)備這一時期，金剛線快切化也必然成為趨勢。以目前的單刀切割耗時為2～3小時，提升金剛線切割性能，預(yù)計到2018年會將單刀切割時間降低到1個小時。

（3）省線化。省線化是指在切割加工過程中，減少電鍍金剛線的損耗，從而降低了切割耗材成本。現(xiàn)電鍍金剛線的損耗為1.2m/pcs～1.5m/pcs（m/pcs指每張硅片所損耗的金剛線長度），調(diào)整提升金剛線產(chǎn)品性能，最終實現(xiàn)目標0.5m/pcs。

（4）低TTV化。TTV（TotalThicknessVariation）是指硅片厚度變化量，是衡量硅片品質(zhì)的一個很重要的指標，通過改善電鍍金剛線性能特征是實現(xiàn)低TTV化的有效途徑之一。

電鍍金剛線的四化技術(shù)路線不僅降低硅片制備成本，還能提升硅片品質(zhì)。四化技術(shù)路線每一種都具有各自的特點，對硅片制備成本降低的方式也不同，但可降低硅片的生產(chǎn)成本。由于各自優(yōu)化路線不同，對金剛線生產(chǎn)技術(shù)提出了很多難題，詳見表3。細線化、快切化降低硅片生產(chǎn)成本最為突出，出片率、單機產(chǎn)能提升可直接為企業(yè)帶來效益。金剛線短期的發(fā)展方向會先以細線化、快切化為主，省線化、低TTV化會在此基礎(chǔ)上再進行優(yōu)化。若四化技術(shù)路線同時起作用，電鍍金剛線對切片制備成本的降低將會有更大的貢獻。目前金剛線產(chǎn)業(yè)還在不斷地快速擴產(chǎn)，待金剛線產(chǎn)業(yè)進入成熟后成本會出現(xiàn)一定的降低，這樣也會使會生產(chǎn)成本仍有一定的下降空間。

結(jié)語

（1）光伏行業(yè)追求平價上網(wǎng)，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是降低硅片制造成本，金剛線四化技術(shù)路線是降低非硅成本的必然發(fā)展方向。

（2）電鍍金剛石線的性能會根據(jù)客戶特殊需求進行生產(chǎn)，通過調(diào)整金剛線直徑、出刃率、出刃高度等，來實現(xiàn)提供具有高品質(zhì)的量身定制金剛線。

（3）電鍍金剛石線為非標準工業(yè)化產(chǎn)品，金剛線廠家與切片機制造廠家需保持密切的技術(shù)交流，若對切割機臺進行改造，則金剛線也需相應(yīng)調(diào)整技術(shù)參數(shù)，產(chǎn)品間高度配合使用，實現(xiàn)切割效率最大化。

參考文獻

[1]向波，賀躍輝，謝志剛，等.電鍍金剛石線鋸的研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報，2007，21（8）：25-29.

[2]高偉，竇百香，李艷紅，等.電鍍金剛石線鋸的制造工藝研究[J].工具技術(shù)，2009，43（9）：56-59.

[3]張景濤.電鍍金剛石線鋸制造工藝及其性能的研究[D].青島科技大學(xué)，2013.

[4]孟劍峰.環(huán)形電鍍金剛石線鋸加工技術(shù)及加工質(zhì)量研究[D].山東大學(xué)，2006.

[5]曹連靜，孫玉利，左敦穩(wěn)，等.金剛石線鋸的復(fù)合電鍍工藝研究進展[J].金剛石與磨料磨具工程，20013，33（1）：53-59.

[6]張閆，費敬銀，李倍，等.鎳基金剛石復(fù)合鍍層研究進展[J].熱加工工藝，2016，45（8）：25-29.

[7]代曉楠，何偉春，栗正新.電鍍金剛石線鋸研究進展[J].超硬材料工程，2017，29（1）：52-54.

[8]張遼遠，趙延艷.電鍍金剛石線鋸的制造工藝與使用性能分析[J].工具技術(shù)，2009，43（1）：72-75.