电镀金刚线的四化技术路线

曲东升+刘继拓+张迎九+贾海波

摘 要：本文提出了电镀金刚线的主要技术要素，给出了电镀金刚线的系列检测方法，详细介绍了电镀金刚线的四化技术路线，深入分析了四化技術路线的优点、难点，最后指出了未来金刚线产品发展趋势。

关键词：电镀金刚线；技术要素；检测方法；四化技术路线

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

中图分类号：TG164 文献标识码：A

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，与单晶硅还存在一定的差异。金刚线切割相比砂线，其耐磨性好，切削时间长，还能有效避免砂线切割带来的环境污染问题。电镀金钢线的制备过程具体包括除油、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，然后详细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，最后指出了未来金刚线产品发展趋势。

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主要有破断力、出刃率、出刃高度、自由圈径、翘头高度等技术要素，详见表1。

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主要有美畅新材、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发展。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见表2。

（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（分辨率为0.001mm）进行测量，记录所有测量值。

（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。

（4）出刃率、出刃高度取300mm样线放置在金刚石形貌检测仪的载线架上，稍用力使样线处于自然张紧状态，任选十处使用形貌仪自带软件测出金刚线的出刃率、出刃高度，记录所得测量值。

（5）自由圈径。截取约500mm样线，提起一端使另一端距离水平面100mm～200mm，让其自由下落，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，测量线圈最小自然圈径。

（6）翘头高度。翘头高度试验过程与自由圈径类同，使用分度值不大于1mm的直尺，测量金刚线两端距离水平面的距离，取最大值。

（7）镀层结合情况。取200mm样线，将样线保持较均匀的拉力进行紧密缠绕大于5圈，芯棒直径为1.00mm。保持10min后，取下金刚线，在显微镜下观察金刚线缠绕部分有是否存在起皮、脱落等异常。

3.电镀金刚线的四化技术路线

光伏行业通过降低硅片非硅成本，追求平价上网，有利于快速推广清洁能源的应用。持续降低硅片非硅成本需要相应的金刚线技术匹配发展，不难发现金刚线今后将会沿着出片更多、切割更快、线耗更省、硅片更薄的方向发展，四化技术路线的实现将会大幅度降低非硅成本。电镀金刚线的四化技术路线：细线化、快切化、省线化、低TTV化。

（1）细线化。电镀金钢线线径不断细化，有利于切割硅缝的减小，减少硅料的损耗，提高硅片的出片率。现市场主导是80、70线两种电镀金刚线，以目前的金刚线技术发展速度，65、60金刚石会在年内推广并大范围应用。

（2）快切化。为大幅提升切片机产能，降低切片厂家设备投资，特别在多晶硅企业转型金刚线切割需要采购新型设备这一时期，金刚线快切化也必然成为趋势。以目前的单刀切割耗时为2～3小时，提升金刚线切割性能，预计到2018年会将单刀切割时间降低到1个小时。

（3）省线化。省线化是指在切割加工过程中，减少电镀金刚线的损耗，从而降低了切割耗材成本。现电镀金刚线的损耗为1.2m/pcs～1.5m/pcs（m/pcs指每张硅片所损耗的金刚线长度），调整提升金刚线产品性能，最终实现目标0.5m/pcs。

（4）低TTV化。TTV（TotalThicknessVariation）是指硅片厚度变化量，是衡量硅片品质的一个很重要的指标，通过改善电镀金刚线性能特征是实现低TTV化的有效途径之一。

电镀金刚线的四化技术路线不仅降低硅片制备成本，还能提升硅片品质。四化技术路线每一种都具有各自的特点，对硅片制备成本降低的方式也不同，但可降低硅片的生产成本。由于各自优化路线不同，对金刚线生产技术提出了很多难题，详见表3。细线化、快切化降低硅片生产成本最为突出，出片率、单机产能提升可直接为企业带来效益。金刚线短期的发展方向会先以细线化、快切化为主，省线化、低TTV化会在此基础上再进行优化。若四化技术路线同时起作用，电镀金刚线对切片制备成本的降低将会有更大的贡献。目前金刚线产业还在不断地快速扩产，待金刚线产业进入成熟后成本会出现一定的降低，这样也会使会生产成本仍有一定的下降空间。

结语

（1）光伏行业追求平价上网，其中的关键环节是降低硅片制造成本，金刚线四化技术路线是降低非硅成本的必然发展方向。

（2）电镀金刚石线的性能会根据客户特殊需求进行生产，通过调整金刚线直径、出刃率、出刃高度等，来实现提供具有高品质的量身定制金刚线。

（3）电镀金刚石线为非标准工业化产品，金刚线厂家与切片机制造厂家需保持密切的技术交流，若对切割机台进行改造，则金刚线也需相应调整技术参数，产品间高度配合使用，实现切割效率最大化。

参考文献

[1]向波，贺跃辉，谢志刚，等.电镀金刚石线锯的研究现状[J].材料导报，2007，21（8）：25-29.

[2]高伟，窦百香，李艳红，等.电镀金刚石线锯的制造工艺研究[J].工具技术，2009，43（9）：56-59.

[3]张景涛.电镀金剛石线锯制造工艺及其性能的研究[D].青岛科技大学，2013.

[4]孟剑峰.环形电镀金刚石线锯加工技术及加工质量研究[D].山东大学，2006.

[5]曹连静，孙玉利，左敦稳，等.金刚石线锯的复合电镀工艺研究进展[J].金刚石与磨料磨具工程，20013，33（1）：53-59.

[6]张闫，费敬银，李倍，等.镍基金刚石复合镀层研究进展[J].热加工工艺，2016，45（8）：25-29.

[7]代晓楠，何伟春，栗正新.电镀金刚石线锯研究进展[J].超硬材料工程，2017，29（1）：52-54.

[8]张辽远，赵延艳.电镀金刚石线锯的制造工艺与使用性能分析[J].工具技术，2009，43（1）：72-75.