金刚石线切割技术简析
金刚石切割线的原理是什么
金刚石切割线的原理是什么金刚石切割线是一种利用金刚石的高硬度和耐磨性进行材料切割的工具。
它主要是由金刚石颗粒与金属粉末等物质组成的混合物，通过高温高压技术形成了金刚石晶体，进而制成各种切割工具。
金刚石切割线的原理主要包括金刚石颗粒的硬度和尖锐度、金刚石颗粒与被切割材料之间的磨蚀作用以及金刚石切割线的设计结构等方面。
首先，金刚石的硬度和尖锐度是金刚石切割线能够有效切割各种材料的基础。
金刚石是目前已知最硬的材料，其摩氏硬度达到10，在硬度尺度上处于最高位。
这种高硬度使得金刚石能够在切割过程中快速穿透并切割材料，具有很高的硬度补偿能力。
同时，金刚石的尖锐度指的是切割线上金刚石颗粒的尖锐程度。
金刚石颗粒越尖锐，切割时对材料的作用力越集中，切割效果越好。
其次，金刚石切割线实际切割材料的过程主要是通过金刚石颗粒与材料之间的磨蚀作用。
金刚石颗粒具有很高的耐磨性和耐腐蚀性，不易被切割材料磨损或被化学物质侵蚀。
在切割过程中，金刚石颗粒以其尖锐的角度侵入被切割材料，并以高速旋转的方式在材料上摩擦和磨蚀。
这种磨蚀作用可以剥离材料的微粒，使其逐渐被金刚石切割线切割。
最后，金刚石切割线的设计结构也对切割效果产生重要影响。
由于不同被切割材料的特性不同，金刚石切割线的设计结构需根据具体的切割需求进行选择。
一般而言，金刚石切割线的结构应该具备合适的金刚石颗粒大小、尖锐度和布局，以及适当的结构形状和密度。
例如，对于需要高速切割的材料，金刚石颗粒的布局应较为疏松，以便提高切割线的磨蚀效率；而对于需要较高切割精度的材料，金刚石颗粒的布局应更为密集，以保证切割的平整度和精度。
综上所述，金刚石切割线主要通过金刚石颗粒的硬度和尖锐度、金刚石颗粒与被切割材料之间的磨蚀作用以及金刚石切割线的设计结构等因素来实现材料的切割。
由于金刚石的高硬度和耐磨性，使得金刚石切割线成为一种高效、高精度的切割工具，在广泛的工业领域得到应用。
金刚线切割单晶硅片工艺技术理论研究
金刚线切割单晶硅片工艺技术理论研究摘要：随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术发展迅速，金刚线切割工艺已成为行业内硅片制造技术发展趋势[1]。
如何通过有效的切割技术及现场控制，降低金刚线切割生产成本，就是硅片制造技术需要研究的重要方向。
本文主要针对金刚线切割技术及过程中切割异常分析进行分析。
关键词：金刚线细线切割；排线拉斜；排线间距1.引言目前光伏企业发展以“降本增效”为主旋律。
如何提高太阳能硅片切割效率、降低单片耗线成为近几年关注的问题。
影响硅片切割质量的因素主要有：金刚线品质、所用主辊（切割辅材）刻槽工艺、切割设备性能的稳定性、减少硅片切割单端钢线磨损度、控制硅片切割质量、降低切割异常。
2.金刚线切割技术的发展对于硅片切割来说，切片的加工技术和加工方式将对加工的质量和速度产生关键的影响。
因此，对于硅片加工工艺的基本原则是：成型精度高，平面度高，制件翘曲值低和厚度精度高[2]；切割断面保证完整；提高加工效率，避免材料损耗。
在硅片切割技术中，多线切割技术以其生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用。
硅片多线切割技术包括砂浆切割工艺和金刚石线切割工艺。
3.金刚线切割种类及不同切割工艺简介3.1硅片切割种类、切割耗材的不同，可分为两类:a.砂浆切割技术。
砂浆切割方式是以游离式的切割模式，靠悬浮液的炫富碳化硅，再通过线网的带动，进行磨削切割。
其切割方式见图1。
图1 砂浆切割方式砂浆切割工艺是一种游离式切割方式。
该工艺以结构线为基体，莫氏硬度为9.5 的碳化硅（ SiC）作为切割刃料，结构线在高速运动过程中带动切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。
随着国内光伏产业规模的扩张以及带来的利润降低，通过降低生产成本、提高生产效率来维持企业竞争力势在必行。
在过去的三到五年内，主要通过对切割砂浆的技术改进来实现成本的控制，但目前已无法实现进一步降本。
金刚石线切割机的工作原理及分类
金刚石线切割机的切割原理及分类一、金刚石线切割机金刚石线切割机原理金刚石线切割机装有一个绕丝筒。
绕丝筒在高速旋转的同时进行往复回转运动进而带动金刚石线做往复运动，金刚石线被张紧轮所张紧，为增加切割的精度和切割面的平整度，会安装导向轮进行导向[1]。
通过自动控制工作台向金刚石线方向不断地进给，或是控制金刚石线向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间不断产生磨削进而产生切割运动。
金刚石线锯切割优势当被加工材料不导电且需要采用线切割的方式进行加工时，电火花线切割机不再适用，此时金刚石线切割机的加工优势便显现出来，金刚石线切割机同时适用于导电材料和不导电材料（硬度要比金刚石线小）的切割。
因此，金刚石线切割机被广泛用于各种金属和非金属及复合材料的切割，如陶瓷、玻璃、岩石、宝石、玉石、陨石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、环氧板、铁氧体、PCB以及建筑材料、牙科材料、生物材料及仿生复合材料等，特别适用于切割高硬度、高价值、易破碎的各种脆性材料[2-3]。
金刚石线切割机常用的金刚石线主要为电镀型金刚石线1、电镀型：用电镀的方法在金属丝上沉积一层金属（一般为镍和镍钴合金），并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。
金属镀层是结合剂，金刚石磨料则用于切削加工。
基材是否为环形基材种类金刚石磨料电镀金刚石长切割线环形电镀金刚石切割线单根钢丝基体金刚石切割线多根钢丝基体金刚石切割线不带金属衣的普通金刚石切割线带金属衣的金刚石切割线电镀金刚石切割线目前人们研究和应用较多的是截面为圆形的单根钢丝的金刚石长切割线和环形电镀金刚石切割线。
电镀金刚石长切割线是指采用电镀的方法将金刚石磨料固结到有头的金属基体上形成的切割线，常用基体截面形状为圆形，一般为0.12～0.5mm，主要用于硅晶体、蓝宝石的切割加工。
环形电镀金刚石切割线是指将金刚石磨料电镀到环形金属基体上形成的切割线。
该类切割线使用时一般缠绕到几个导轮上进行单向循环切割，切割过程中无需换向，因此切割速度高。
电镀金刚线的四化技术路线
电镀金刚线的四化技术路线21世纪初，电镀金刚线以其优异的切割效率被应用于晶硅切割。
到目前为止，单晶硅棒砂线切割已完全被金刚线切割替代；多晶硅方面，正在向金刚线切割过渡，与单晶硅还存在肯定的差异。
金刚线切割相比砂线，其耐磨性好，切削时间长，还能有效避开砂线切割带来的环境污染问题。
电镀金钢线的制备过程实在包括除油、除锈、预镀、上砂、加厚和后续处理等。
本文指出了电镀金刚线的技术要素，给出了金刚线的系列检测方法，列出了美畅新材对金刚线产品性能的基本要求，然后认真介绍了电镀金刚线的四化技术路线，并深入分析了四化技术路线的优点及存在的技术难点，最后指出了将来金刚线产品进展趋势。
1.电镀金刚线的技术要素电镀金刚线是通过金属电镀方法将金刚石磨料固结在钢丝基体上，制成用于硬脆材料切割的线切割工具。
表征电镀金刚线的性能重要有破断力、出刃率、出刃高度、自由圈径、翘头高度等技术要素2.电镀金刚线的检测方法目前国内外生产电镀金刚线产品的企业重要有美畅新材、岱勒新材、浙江东尼、瑞翌新材、开封恒锐新、恒星科技、青岛高测、江苏亿荣、贝卡尔特、盛利维尔、旭金刚、中村超硬、Read、DMT等。
现电镀金刚线产品还未有相关国家标准可进行参考，各个生产厂家都拥有自成一套的产品检测方法，但检测方法之间存在差异，由此造成金刚线产品标准混乱、性能参差不齐，不利于电镀金刚线行业今后长期进展。
综合现有生产技术，结合不同厂家的检测方法，下面给出可供生产厂家参考的检测方法。
国内外上规模、产能较大的美畅新材、旭金刚、岱勒新材等公司的金刚线产品性能比较稳定，以美畅新材为例，其对产品性能的基本要求。
（1）外观。
金刚线外观目测检验。
（2）线径。
取段样线任选3～5处，使用千分尺（辨别率为0.001mm）进行测量，记录全部测量值。
（3）破断力。
将500mm样线固定在拉力测试仪上，保证样线拉直且不受力，然后以0.001m/s～0.008m/s速率进行拉伸，直至样线断裂，重复测量3次以上取最小值。
金刚石绳锯切割工艺介绍
金刚石绳锯切割工艺介绍1.工艺流程(1)准备工作：根据被切割物料的尺寸和形状确定切割方案，组装切割设备，将切割绳锯放入切割机。
(2)切割前准备：检查切割机设备的运行状态，确定好切割绳锯的张力、进给速度等参数。
(3)切割操作：使用操作手柄或控制器控制切割机设备进行切割。
根据切割方案的要求，将切割绳锯放置在被切割材料上，让切割绳锯与被切割材料接触。
(4)切割过程监控：在切割过程中，通过观察切割机设备的运行情况和被切割材料的切割状态，及时调整切割机设备的参数，确保切割效果和切割质量。
(5)切割结束：当切割完成后，将切割绳锯从被切割材料上取下，进行下一轮切割或其他工作。
2.工艺参数(1)切割绳锯的张力：张力的大小会影响到切割绳锯的切割力和切割稳定性。
适当增加切割绳锯的张力可以提高切割速度和切割质量，但过高的张力会加速切割绳锯的磨损。
(2)进给速度：进给速度决定了切割绳锯的切割速度和切割深度。
适当提高进给速度可以加快切割速度，但过高的进给速度会导致切割绳锯与被切割材料之间摩擦过大，增加切割绳锯的磨损。
(3)切割方向：根据被切割材料的性质和形状，选择合适的切割方向可以提高切割效果和切割质量。
通常，选择与被切割材料纹理方向垂直的切割方向可以减少切割时的摩擦阻力，降低切割力和切割温度。
3.切割原理切割绳锯的金刚石颗粒通常按照一定的布局方式嵌入到绳锯的表面，使其成为一个切割工具。
在切割过程中，切割绳锯的金刚石颗粒不断与被切割材料表面的硬质颗粒相互作用，产生剪切力。
通过增加切割绳锯的张力和调整进给速度，可以提高切割绳锯的切割力和切割效果。
总结：金刚石绳锯切割工艺是一种高效、低成本的切割技术，广泛应用于石材加工、建筑工程等领域。
通过合理选择工艺参数和采用适当的切割方案，可以获得理想的切割效果和切割质量。
同时，随着金刚石技术的不断发展和创新，金刚石绳锯切割工艺在未来将会有更广阔的应用前景。
金刚石绳锯切割工艺介绍
框架梁切割（金刚石绳锯）1施工工艺2施工要点（1）固定绳锯机及导向轮用M16化学锚栓固定绳锯主脚架及辅助脚架，导向轮安装一定要稳定，且轮的边缘一定要和穿绳孔的中心线对准，以确保切割面的有效切割速度，严格执行安装精度要求。
（2）安装绳索根据已确定的切割形式将金刚石绳索按一定的顺序缠绕在主动轮及辅助轮上,注意绳子的方向应和主动轮驱动方向一致.（3）相关操作系统的连接及安全防护技术措施根据现场情况，水、电、机械设备等相关管路的连接应正确规范、相对集中, 走线摆放严格执行安全操作规程，以防机多、人多、辅助设备、材料乱摆、乱放, 造成事故隐患。
绳索切割过程中，绳子运动的方向的前面一定用安全防护拦防护，并在一定区域内设安全标志，以提示行人不要进入施工作业区域。
（4）切割启动电动马达，通过控制盘调整主动轮提升张力，保证金刚石绳适当绷紧，供应循环冷却水，再启动另一个电动马达，驱动主动轮带动金刚石绳索回转切割。
切割过程中必须密切观察机座的稳定性，随时调整导向轮的偏移，以确保切割绳在同一个平面内。
（5）切割参数的选择切割过程中通过操作控制盘调整切割参数，确保金刚石绳运转线速度在20m/s左右，另一方面切割过程中应保证足够的冲洗液量，以保证对金刚石绳的冷却，并把磨削下来的粉屑带走。
切割操作做到速度稳定，参数稳定、设备稳定（6）切割过程中应注意的问题如遇到发生卡绳，断绳等现象要有相应措施解决。
安全防护措施一定严格、严密，否则断掉的金刚石绳索上的金刚石串珠会像子弹一样飞出伤人。
故现场除搞好必要的防护措施外，一律谢绝来往无关人员观摩。
322金刚石绳锯机工作性能采用型号DSM-10A （见下图）绳锯机，具体性能参数如下所述:金刚石绳锯机DSM-10A 型绳锯机主要技术参数：驱动轮：© 600 mm额定功率：10KV ；额定电压：400V-50/60HZ ;钢丝线速度：0— 27m/s ； 缠绳容量： 最大9.0米； 外型尺寸：1370X 557X( 1840-2054) mm 防护等级: TP65液压泵量：40-100L/min ;最大工作压力：21MPa最大切割面积：20m2 设备重量：150kg （主机）+190 kg （高压油泵）（1）金刚石绳锯切割的原理金刚石绳锯切割是金刚石绳索在液压马达驱动下绕切割面高速运动研磨切割体，完成切割工作。
金刚石线简介演示
经济效益
通过提高生产效率，减少材料浪 费和提高产品质量，金刚石线切 割技术可以带来显著的经济效益 。
市场竞争力
使用金刚石线切割技术可以帮助 半导体制造商在激烈的市场竞争 中获得优势。
技术进步
金刚石线切割技术的不断发展和 完善将推动整个半导体行业的技 术进步。
05
金刚石线的未来发展趋势
技术创新和研发方向
01
提升切割速度
通过优化切割工艺和设备，提高 金刚石线的切割效率，降低生产 成本。
02
新型金刚石线研发
03
智能化切割控制
研究新型金刚石线材料，提高其 强度、韧性和耐久性，以满足不 断变化的市场需求。
开发智能切割控制系统，实现自 动化和智能化切割，提高切割精 度和效率。
市场需求和产业前景
光伏行业需求
详细描述
金刚石线具有极高的硬度和耐磨性，因此它能够高效地切割各种硬质材料，如陶瓷、玻璃、硅等。同 时，金刚石线的导热性能优良，能够减少热量集中，降低工具和工件的温升，保证加工过程的稳定性 和精度。
环保无污染
总结词
金刚石线是一种环保无污染的加工工具，适用于现代制造业的要求。
详细描述
金刚石线是一种非金属材料加工工具，不会产生金属污染，因此它适用于食品、医药等行业的加工要求。同时， 金刚石线的使用寿命长，可减少更换工具的频率和停机时间，提高生产效率。
金刚石线的应用领域广泛，包 括半导体设备、光学设备、精 密机械等领域。
金刚石线的应用领域
01
02
03
半导体设备
用于硅片、晶圆的切割、 研磨和抛光等工艺。
光学设备
用于光学玻璃、光学塑料 等材料的切割和研磨。
精密机械
用于高精度零部件的加工 和制造，如航空航天、汽 车等领域。
金刚石衬底的切割和抛光方法
金刚石衬底的切割和抛光方法
金刚石衬底的切割和抛光方法可以采用以下步骤：
1. 切割：将大块金刚石原料切割成所需尺寸的片状。
可以使用线切割、激光切割或金刚石锯片等方法进行切割。
2. 研磨：将切割后的金刚石片状原料进行研磨，以去除切割过程中产生的毛刺、锐角和表面不平整的部分。
3. 抛光：使用抛光布、抛光液和抛光轮等工具对研磨后的金刚石表面进行抛光，以获得光滑的表面。
可以采用机械抛光、化学抛光或电化学抛光等方法进行抛光处理。
4. 清洗：在抛光后，需要将金刚石衬底进行清洗，以去除表面残留的抛光液、杂质和微粒等。
可以使用各种清洗剂和超声波清洗等方法进行清洗。
5. 检测：最后，需要对金刚石衬底进行检测，以确保其表面质量、光学性能和机械性能等达到要求。
可以采用各种检测方法，如表面形貌测量、光学性能测试和硬度测试等。
需要注意的是，金刚石的硬度非常高，因此需要采用特殊的工具和方法进行处理。
同时，由于金刚石容易受到高温和化学物质的侵蚀，因此在加工过程中需要严格控制温度和化学环境，并避免长时间暴露在空气中或受到紫外线照射等影响。
金刚石线切割的原理、特点及其在精密超精密加工领域的应用
1金刚石线切割20世纪90年代，国际上为了解决大尺寸硅片的加工问题，采用了线锯加工技术将硅棒切割成片。
早期的线锯加工技术是采用裸露的金属线和游离的磨料，在加工过程中，将磨料以第三者加入到金属线和加工件之间产生切削作用[1]。
这种技术被成功地用于对硅和碳化硅的加工。
为了进一步缩短加工时间，以及对其它坚硬物质和难以加工的陶瓷进行加工，人们将金刚石磨料以一定的方式固定到金属线上，从而产生了固定金刚石线锯。
3.1金刚石线切割的原理图3.1金刚石线切割原理图如图3.1高速往复运动的切割线带动砂浆到切割区，使砂浆中的研磨颗粒(SiC颗粒)与硅棒表面高速磨削，由于研磨颗粒有非常锐利的棱角，并且硬度远大于硅棒的硬度，所以硅棒与线锯接触的区域逐渐被砂浆磨削掉，进而达到切割的效果，同时砂浆也可以带走磨削中产生的大量热[2]。
在对金刚石线锯切割机理的认识过程中，许多研究者认为，金刚石磨粒的微观切削运动是一个滚动、嵌入过程，提出了“滚动 -嵌入”模型。
Li 等人提出锯丝施加在磨粒上的力带动磨粒沿切削表面滚动，同时压挤磨粒嵌入切削表面，从而形成剥落片屑和表面裂缝，形成宏观的切割作用。
重点研究了磨粒嵌入工件时的应力分布和作用，发现磨粒对材料的最大剪切应力发生在微观切削表面之下，据此对磨料的选择进行优化。
Kao 等人指出在“滚动 - 嵌入”模型中，磨粒的运动除滚动和嵌入外，还包括刮擦，三者共同形成切削作用。
Bhagavat等人则在这个模型中考虑了磨浆的作用并认为，在锯丝带动游离磨料切割硅锭的小区域内，锯丝与磨浆的运动构成了一个弹性流体动力学环境，用有限元方法分析锯丝与硅锭间的磨浆弹性流体动力学模型，得到磨浆薄膜厚度和压力分布关于走丝速度、磨浆粘度和切割条件的函数，还得出结论：磨浆薄膜厚度大于平均磨粒尺寸，是磨粒的流动产生了切削[3]。
3.2 金刚石线切割的导线轮根据切割材料直径不同和设备制造厂家的技术考虑导线轮有2轮、3轮、4轮不等，安装方法有2轮平行、等边三角形或梯形，如图3.2所示。
金刚线切割机的主参数研究
因此，主辊中心距及切割线弓引起的线网附加 力及相应的进给力是金刚线切割机主切割单元 的关键设计参数。
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三、切割主辊参数研究
多线切割机主辊的主要参数
多线切割机中，主辊是其核心部件之一。金刚线多线切割机与砂 浆线多线切割机相比，最大的区别之一是主辊的设计不同。不同的主 辊参数，对金刚线的切割效率影响较大。影响金刚线切割质量和成本 的主要主辊参数有： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 主辊直径 （涂覆后主辊外径尺寸） 主辊中心距 （两个主辊间的中心距离） 主辊长度 （主辊总长度） 主辊数量 （确定装载晶棒的数量） 主辊质量 （主辊涂覆后的总重量） 涂层耐用度
因此主辊长度受限条件下，部分机型采用2根晶棒分层装载的方式来降低主 辊长度太长的风险。
文档标题
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四、切割线速度与加速度
线速度与加速度的研究
传统砂浆线切割大部分采用的是单向切 割，而金刚线切割普遍采用的是双向切割。金 刚线切割的线磨损小，双向切割充分提高了金 刚线的利用率。 传统砂浆线切割的线速度为12-15m/s，加 速度为2m/s² ；金刚线切割线速度为1825m/s，加速度为3-5m/s² ，金刚线切割大幅减 少了切割时间，提高了切割效率。
金刚线抗拉强度(Mpa) r 金刚线半径(mm) v 切割线速度(m/s) 金刚线单位体积重量(N/mm^3) A 金刚线截面积(mm^2)
4000 2000 0 0 5 10 切割线弓 /mm 15 20
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二、金刚线切割受力模型
I. 以主辊直径270mm，主辊长度640mm，中心 距470mm，槽距0.325mm，线网张力23N为 例，计算得单个主辊受力为42500N，线弓引 起的线网附加张力及相应进给力如右图。 线弓增大，线网附加张力呈非线性增加趋 势，10mm线弓对应线网附加张力约 6000N。 线弓增大，相应进给力呈线性增加趋势， 10mm线弓对应进给附加张力约9000N。 以主辊直径270mm，主辊长度640mm，槽 距0.325mm，线网张力23N，线弓10mm为 例，研究中心距对线网附加张力及进给力 的影响。 随着主辊中心距的变大，线弓引起的线网 附加张力及对应的切割力呈非线性减小趋 势，且线网附加张力减小速率更大。
金刚线切割过程中切割异常分析及硅片相关质量研究
金刚线切割过程中切割异常分析及硅片相关质量研究摘要：随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化方向发展，金刚线细线化切割工艺已成为行业内硅片制造技术发展趋势。
越来越细的金刚线满足不同尺寸形状硅片的切割要求就是硅片制造技术需要研究的重要方向。
本文主要针对金刚线切割过程中切割异常分析及硅片质量方向进行分析。
关键词：金刚线细线切割；排线拉斜；排线间距；1.引言在光伏发电系统中，要想保障光伏发电的稳定运行，就需要加强对产业链各环节质量的监控，单晶硅片作为产业链基础，只有保障了其质量，才能够制作出高效率电池组件[1]。
但是在单晶硅片制作过程中存在很多问题，本文主要分析单晶硅片切割异常分析，从切割单晶硅棒相关质量出发，寻找出相匹配工艺方案，以此来进行说明。
1.切金刚线切割单晶硅片主要优势金刚线切单晶硅片切割技术中，以生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用[2]。
随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化、薄片化方向发展。
使用金刚线切片技术后，由于刀缝损失的减小，能够带来单位耗硅量的减少，从而较大程度地减少了硅片的硅成本和折旧等，这也是金刚线切片最重要的驱动因素。
为了追求更高的效益，使用更细的金刚线切割薄硅片已成为行业趋势，但在提高公斤出片数以及单刀产能的同时，如何保证单晶硅片清洗质量成行业内共同攻克的技术难题，本文以生产工艺及原辅材料为基础，研究单晶硅片清洗过程中产生的表面脏污，并通过实验验证提出了解决方法。
1.金刚线切割过程中切割异常分析目前光伏企业发展以“降本增效”为主旋律。
如何提高太阳能硅片细线化切割效率、降低单片耗线成为近几年关注的问题。
影响硅片切割质量的因素主要有：金刚线品质、所用主辊（切割辅材）刻槽工艺、切割设备性能的稳定性；为提高硅片切割质量、降低硅片切割单端钢线磨损度、降低硅片TTV均值，严格分析切割工艺对硅片切割质量的影响非常重要，下面分别介绍影响切割单晶硅片质量因素及解决方法。
(可直接阅读)金钢线切割介绍
金刚线切割介绍
开封恒锐新金刚石制品有限公司 马进东
目录
一、切割技术对比 二、各切割模式的比较 三、金刚线切割单晶介绍 四、金刚线切割多晶介绍 五、金刚线切割模式在单晶和多晶应用的差距
一、切割技术信息对比
游离砂浆切割技术与金刚线切割技术
碳化硅
切割液
钢线
金刚线
切割液
砂浆的切割模式是碳化硅颗粒在硅棒 和钢线之间进行“滚动-压痕”作用 下，实现硅材料的去除。属于三体磨 损。
湿法制绒(WET)
优点
1、低化学品耗用 2、外观与传统电池片一致 3、观察市场消息平均效率提升在 0.5-0.8%
1、设备投资较低 2、与传统酸制绒制程差异不大， 容易整合 3、根据阿特斯报告判断提升约 0.24-0.4%
缺点
1、设备昂贵 2、清洗制程掌握度低 3、设备量产均匀性不确定性高
1、外观金花纹现象存在与后续工 序匹配问题
三、各切割模式的比较
电镀金钢线
树脂金钢线
河南易成新能源股份有限公司
三、金刚线切割单晶介绍
腐蚀时间增加
短时间内，两种硅表面差异很明显。 在随更长时间之后，腐蚀长时间金字塔尺寸将变的相同。
四、金刚线多晶介绍
金刚石绳锯切割工艺的研究
53第2卷 第34期金刚石绳锯切割工艺的研究蓝敏俐（福建船政交通职业学院机械与智能制造学院，福建 福州 350007）摘要：金刚石绳锯是粉末冶金加入人造金刚石作为金刚石串珠，与钢丝绳、经过硫化处理的橡胶、弹簧、金属接头等，由专用设备组装成金刚石绳锯，是一种适用于大批量石材，以及钢筋混凝土等材料切割的工具。
文章对金刚石绳锯的切割原理及包络线设置进行分析，根据不同的使用条件，制定合理的切割工艺。
关键词：金钢石绳锯；包络线；切割工艺中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2020）34-0053-02随着采矿行业对石材切割要求的越来越严格，为破碎切割的设备提供了很大的市场，同时也对切割的机械设备提出了更高更新的要求。
机械绳锯设备的大型化和复杂化，以及机械切割向高效率、高精度、低能耗、低噪音、自动化切割方向发展的进程中，金刚石绳锯柔性机械切割技术是一种高效且精密的切割方法，在建筑物的破碎切割，以及各种石材开采中占有重要地位。
1 金钢石绳锯结构和原理金刚石绳锯（简称绳锯）是采用烧结和电镀的方法成型的。
将人造金刚石颗粒固结在金属钢体上制成金刚石串珠，再将串珠串在钢丝绳上，通过专用的模具和设备进行注胶，注塑，（或用弹簧或卡环夹紧）固定，制造出条形柔性金刚石切割工具[1]。
使用时，用接头将绳锯两端连接成闭环，锯绳安装在绳锯设备飞轮和导轮上，飞轮安装在电机轴上，主电机的转动从而带动绳锯的移动，设备的行走电机带动设备向后移动，从而给绳锯适当的拉紧力。
由于金刚石串珠在使用前经过开刃，因此具备很强的切割能力，完成石材的切割。
金刚石串珠绳锯可以使石材获得良好的表面质量，较高的加工精度以及较高的加工效率，因而广泛应用。
2 切割效果影响因素石材切割过程中，切割效果的好坏是由设备功率、绳锯状态、工艺设置和石种等因素来决定的。
例如不同的种类的石材应匹配不同的胎体配方；对于小功率的设备，切面面积就不应该设置的太大，避免负荷过高，使得失去切割能力；切面的长宽尺寸除了要考虑实际的市场需求，也要考虑绳锯切割过程中包络线的变化规律。
金刚石线锯简介
金刚石线锯晶片切割简介传统砂浆切割设备在2010年的快速发展，由于砂浆中使用的主要原料聚乙二醇（PEG）其COD值较高，对于水体环境影响较大，环保政策逐步严苛。
国外金刚线的推广程度较快，从2010年开始，瑞士MB的DW288、日本NTC 的PV500D、东洋的T-8252B、安永的TW-320C、高鸟的MWS-4450DD等均推出了不同型号的金刚石线多线切割机。
例如日本有超过90% 金刚线切片如东洋、美国的MEMC、Sunpower ；金刚线加工主要是静压使晶硅破碎，往复走线过程在晶硅表面形成刮擦状的非晶硅；形成脆性+塑性的独特的加工方式。
国内2012年随着环保政策的要求及金刚石线成本的降低，以及切割技术的进步，硅片厚度已经逐步从超过200um的水平逐步下降至180、160um的水平，硅片实验室切割水平硅片厚度已经可以达到140um，甚至更低的水平。
P型单晶普通电池和P型多晶PERC电池成本相当，单晶电池竞争力回升，多晶市场主导地位受到挑战。
多晶硅光伏产品行业目前也在加速推进金刚线切割多晶硅及制绒技术的研究与应用。
伴随电池技术进步，硅片薄片化是未来必然的发展趋势，通过薄片化可以降低硅片硅耗，提高硅片产量，进而降低硅片切割的硅成本。
金刚线切片技术在单晶加工领域获得了巨大的推广。
在成本和环保的双重压力下，国内多家单晶硅片生产公司如西安隆基、内蒙古中环、锦州阳光、卡姆丹克、申和热磁、晶龙等行金刚线切片。
多晶金刚线方面上海卡姆丹克、浙江昱辉、保利协鑫、晶科等公司进行传统砂浆切割设备的改造，有改造成功案例。
金刚线简介：目前日本厂商凭借先发优势，并依靠在金刚石工具制造行业积累的技术优势，在高端市场占据较大份额，代表企业包括旭金刚石（AsahiDiamond）、中村超硬（nakamura）等。
日本的旭金刚石（AsahiDiamond）2007年6月就推出了成熟产品；美国Diamond Wire Technology (Meyer Burger AG)主要和梅耶博格公司合作。
金刚石绳锯切割原理介绍
金刚石绳锯切割原理介绍金刚石绳锯是一种常用于切割混凝土、石材和金属的切割工具。
它采用了金刚石颗粒镶嵌的金属绳作为切割工具，并利用金刚石磨削材料的特殊性质来实现高效的切割效果。
以下是金刚石绳锯切割的原理介绍：1. 金刚石颗粒镶嵌的金属绳金刚石绳锯采用一根金属绳作为切割工具的载体，并将金刚石颗粒均匀镶嵌在金属绳上。
金刚石是一种非常硬的材料，具有很高的硬度和耐磨性。
通过将金刚石颗粒固定在金属绳上，可以形成具有切割能力的金刚石绳。
2. 金刚石的磨削特性金刚石是一种具有极高硬度的材料，它的硬度仅次于钻石。
这使得金刚石具有很强的磨削能力，能够快速磨削和切割其他物质。
在金刚石绳锯切割过程中，金刚石颗粒在与被切割物体接触时，通过磨削和摩擦来实现切割作用。
3. 切割过程金刚石绳锯切割过程中，金刚石颗粒与被切割物体的接触面形成高压区域。
在施加外力的作用下，金刚石颗粒通过磨削和摩擦作用，将被切割物体的颗粒或者晶粒逐渐磨去，实现切割作用。
金刚石绳锯可以进行直线切割、曲线切割和形状切割，非常适用于切割各种硬度的材料。
4. 切割效果和优势金刚石绳锯具有切割速度快、切割效果好、切割精度高的优势。
由于金刚石具有极高的硬度和耐磨性，金刚石绳锯可以在切割过程中保持较长时间的锋利度，从而提高切割效率。
金刚石绳锯还可以进行湿式切割，通过水冷降低切割温度，减少磨损和热膨胀对材料造成的损伤。
金刚石绳锯切割原理基于金刚石颗粒的高硬度和磨削特性，通过高压磨削和摩擦作用来实现切割作用。
其切割效果和优势使得金刚石绳锯成为一种广泛应用于工程建设和石材加工等领域的重要切割工具。
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金刚石线切割技术简析技术简介以生产工艺划分，金刚石线可以分为电镀金刚石线和树脂金刚石线。
金刚石切割线是通过一定的方法，将金刚石镀覆在钢线上制成，通过金刚石切割机，金刚石切割线可以与物件间形成相对的磨削运动，从而实现切割的目的。
金刚石线是用复合电镀的方法将高硬，高耐磨性的金刚石微粉固结在钢丝基体上，而制成固结磨料金刚石锯线。
在切割过程中90%的抗拉强度来自钢丝线，因此钢丝线对金刚石线至关重要。
在自由磨料线锯切割过程中，研磨液由喷嘴直接喷到钢丝线与硅晶体上，由线网的钢丝线带动游离磨料对硅晶体进行切割。
与游离磨料不同，金刚石线将金刚石微分固结到钢丝线上，钢丝线往复移动对硅晶体进行切割。
图：金刚石线构成轴剖面图技术优势传统砂浆的利用钢丝的快速运动将含磨料的液体带入到工件切缝中，产生切削作用。
在切割过程中，碳化硅被冲刷下来，唯有持续进行滚动磨削，而减少切割效率。
碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金刚石硬度在10（莫氏）。
金钢线切割线速度基本在15m/s，正常切割的砂浆线速度基本在9-11.5m/s。
而若金钢线再做突破的话，就应该是要更硬，同时兼有更好的自锐性（多晶金刚石），更稳定的固结方式，更快的线速度。
金刚石切割线相比传统工艺有三大优势：1）金刚石线切割漏损少，寿命长，切割速度快，切割效率高，提升产能；2）品质受控，单片成本低，金刚石线切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片；3）环保，金刚石线使用水基磨削液（主要是水），有利于改善作业环境，同时简化洗净等后道加工程序。
添加剂原理随着金刚石线切割技术的发展及单多晶竞争的日益激烈，多晶硅片将全部由砂浆线切割转变为金刚石线切割。
不过由于金刚石线切割多晶硅片的损伤层浅、线痕明显等问题，常规砂浆线的酸制绒难以在其表面刻蚀出有效的减反射绒面。
目前，针对金刚石线多晶硅片制绒的难题，主要解决办法包括：金刚石线直接添加剂法、干法黑硅(RIE)及湿法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工艺等原因，目前大多数企业以金刚石线直接添加剂法制备金刚石线切割多晶硅片的减反射绒面，当然由于添加剂法制备的电池转换效率低等因素，决定其只是金刚石线切割多晶硅片全面推广的一个过渡阶段。
—金刚石线添加剂制绒原理—金刚石线切割多晶硅片利用二维切割方法，通过电镀或树脂固定的方法将金刚石颗粒镶嵌在不锈钢丝上，直接利用其高速运转对硅片进行磨削切割，具有切割效率高、环保、适合于薄片切割及硅料利用率高等优点，但表面损伤层浅且有较多粗线痕;砂浆线切割多晶硅片利用三维切割方法，采用不锈钢丝将SiC微粉及聚乙二醇等带入切割区进行磨削切割的方法，具有表面损伤层较深且基本无线痕优势，但产量低、硅料损耗大、环境污染大等。
由于金刚石线多晶硅片与砂浆线硅片损伤层等差异较大，因此利用砂浆线酸制绒的方法对金刚线多晶硅片进行制绒时反射率达到28%左右，平均Eta比常规砂浆线低0.2%左右，主要是由于其制绒后反射率过高，从而导致Isc下降。
目前，许多添加剂厂家都开发出金刚石线切割多晶硅片用添加剂，可以直接用砂浆线多晶硅片的酸制绒机台，制绒后反射率比砂浆线高2%左右，转换效率约比砂浆线低0.05%，成本低且与产线100%兼容。
一般来说，按照金刚石线添加剂厂家建议的HF/HNO3/DI初配，没有加入添加剂时减重较高，反应较剧烈，气泡较大较少，反射率高，绒面会较大较浅;加入添加剂后减重会明显降低，反应变慢，但气泡较小较多，反射率变低，表面整体变暗，绒面普遍较小较深，这是因为：金刚石线添加剂会降低制绒药液的表面张力，有利于气泡、反应的含硅络合物等形成的"掩膜"脱离硅片表面，尤其是对硅片底部的作用效果较为显著，因此在金刚石线添加剂作用下促进绒面纵向发展，这样制绒时纵向反应速度与横向反应速度差异比无金刚石线添加剂时小很多，从而有利于硅片的绒面变小变深，达到降低反射率的目的。
由此表明：金刚石线添加剂首先是抑制制绒反应的进行，使得整体反应速度变慢，同时通过控制绒面宽度和深度降低反射率，达到陷光效果。
下图即为有无金刚石线添加剂条件下3D绒面照片，对比可发现：有金刚石线添加剂时绒面明显更小，出绒率更多，这是由于添加剂相对促进硅片纵向反应的结果。
—金刚石线直接添加剂法所需HF/HNO3理想配比的实现方法—目前各厂家金刚石线添加剂直接制绒法的初配比例差异较大，一方面是由于市场上金刚石添加剂的种类繁多，添加剂配方差异较大;另一方面是因为多数添加剂及电池厂家都仅在常规砂浆线多晶硅片初配的基础上进行适当调整，并没有调试出一个很好的初配比例，这样会造成制绒后的反射率难以达到添加剂所能达到的最低值，不利于提高电池的转换效率，同时会造成大量HF和HNO3的浪费。
根据金刚石线添加剂特性及原理，我认为任何一款金刚石线添加剂都只是相对的降低制绒反射率，因此都有其所能达到的最低反射率。
如果金刚石线添加剂的用量偏少而HF/HNO3用量过多，不仅会造成化学品的浪费，而且很难达到降低金刚石线多晶硅片制绒反射率的目的。
尤其是HNO3对反射率较为敏感，HNO3稍多就会造成表面发白，反射率迅速增加，HF过多会造成黑绒及整体反应加速等现象。
如果添加剂用量偏多，不仅造成其浪费，还不利于提高电池转换效率(金刚石线添加剂含有有机物等)，同时也难以界定HF/HNO3用量是否达到合适配比，不利于获得更低的制绒反射率。
因此，我认为金刚石线添加剂制绒初配时首先需要考虑合适的金刚石线添加剂的用量，然后通过工艺调整得到最佳的HF/HNO3/DI配比，这样才能得到最低的反射率，提高金刚石线多晶电池的Isc和Eta。
那么，怎么通过调试获得最佳的工艺配比呢?通过金刚石线添加剂实验发现：在适当的初配比例下，可通过逐步的工艺调整得到理想药液配比(包括添加剂量，HF、HNO3及DI用量，甚至带速、温度等、循环流量等)。
工艺调试过程中遵循单一变量的原则，并重点监控绒面、反射率(表面敏感程度)、减重及外观黑丝状况等参数，通过每次工艺调整后各监控参数的变化分析药液中各化学品量状态(过量还是少量)，尤其注意一些突变性的变化，这有助于快速帮助我们把握某些化学品的量是否适宜。
配合对金刚石线添加剂原理的理解及各种化学品的作用，可建立一个金刚石线多晶硅片制绒反应的模型，通过对工艺调试过程中各监控参数变化进行逻辑推理，可得到理想的金刚石线添加剂药液配比。
针对不同用量的金刚石线添加剂，可调试出不同的相适宜的HF/HNO3/DI 配比，同时此方法亦可调试出最佳的HF/HNO3自动补加比例。
为什么能提升效率金刚石线的切割效率能够较游离碳化硅切割提高分为以下几个方面，固结方式，也就是带来金刚石参与磨削的切割更多，同时也减少了磨料之间的相互磨损现象。
金刚石硬度高，金钢石的耐磨损强，都将大大延长金钢线的使用寿命。
切割线速度高，金刚石与硅片接触面积增大，金刚石线又将能承受高线速度带来的其他不良，从而发挥高切割速度的优势。
传统砂浆的利用钢丝的快速运动将含磨料的液体带入到工件切缝中，产生切削作用。
在切割过程中，碳化硅被冲刷下来，唯有持续进行滚动磨削，而减少切割效率。
碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金刚石硬度在10（莫氏）。
金刚线切割线速度基本在15m/s,我们正常切割的砂浆线速度基本在9-11.5m/s。
而若金刚石线再做突破的话，就应该是要更硬，同时兼有更好的自锐性（多晶金刚石），更稳定的固结方式，更快的线速度。
增效的地方切割效率高：首先第一个切割效率高降低了设备厂房及一切折旧、单片人工加工成本。
单片成本低：金刚石线替代了传统砂浆的切割的碳化硅、悬浮液、钢线，对比三项来说，、根据砂浆使用结构线加线回收砂浆系统的单片控制在0.65元算比较前沿的，但不是每一家都可以达到这个程度，金刚石线的电镀线切割基本持平，树脂金刚石线还可以下潜1毛钱。
品质受控：1、从品质管控来说，砂线液是是必须分三家供应商，如果在加上二级三级供应商的话，三项辅材需要设置要达到6-12家，相对金钢线将砂、线、综合了，供应商的减少也减少辅料波动性，只需管控一家即可。
2、切割过程中的断线，是影响良品率的一大杀手。
金刚石线的母线采购单价是高于普通直拉刚线几倍的价格，对于直拉刚线的品质要求也要更高，需要经过多次上砂和清洗和修磨工艺。
3、金刚石线的制造过程，需要经过多道金刚石线拉力机的测试，并设立三道品质检验，分别从母线检测、一次成品检测、二次成品检测、需对每卷线都会有一份相应可追溯性检测报告，对表面镀层上砂颗粒数量、破断拉力、突出量等一系列数据进行检测。
4、金刚石线品质的性能，另外还需要是大量建立实际切割数据基础上，在提供给客户应用之前，现具有规模的金刚石线厂家都会添加1台或者多台金刚石线多线切割。
建议一个具有可示范性、可复制的前沿技术推广应用的生产测试部门，对每批次刚线进行切割和前沿技术的摸索，经过了品质检验和实际生产的测试双向检测。
5、金刚石线的生产是完全建立数据跟踪系统，对于每卷线数据做到具有可追溯性，这也将品质把控更提高了一步。
环保：环保处理费用在现中国的时代，工厂对于环保的认知还是太低了，砂浆的cod达到几十万，而金刚石线切割液经过纯水稀释加切割液cod在200-1000，对于污水的处理也将大大提升。
硅耗降低：潜在利于硅粉的回收再利用，回炉再利用，现在还在探索阶段。
待解决的问题由于国内主流太阳能硅晶片市场为多晶硅片（约占硅片的80%，多晶硅片主要使用砂浆切割.）, 目前金刚石线切割多晶硅片的主要是制绒问题。
金刚石线切割多晶硅片在制绒方面存在不足，传统槽式制绒工艺的腐蚀放热，导致表面反射率远远大于砂浆切割方式的硅片,如何控制发热问题，是金刚石线切割硅片制绒的关键，目前主要有两种解决方案：第一使用链式制绒，并调整溶液以控制反应速度。
第二引入多晶添加剂来改善多晶硅腐蚀后硅片表面形貌，以降低腐蚀量并实现硅片表面腐蚀结构均匀致密。