【金刚线开方机的“鼓肚”问题及解决方法】金刚肚

时间：2019-02-04 05:41:10 来源：千叶帆本文已影响人

　　[摘要] 使用金刚线开方机来高速切割硅锭，在极大提高生产效率的同时，切割的部分硅块的侧面出现中间尺寸大，两边尺寸小即所谓硅块“鼓肚”现象。通过从切割所使用的原材料、切割工艺、切割设备本身的不同方面分析引起硅块“鼓肚”的原因，并采取相应的措施来解决硅块“鼓肚”问题，以便后面工序的进行。
　　[关键词] 金刚线鼓肚工艺
　　
　　引言
　　目前太阳能行业，硅锭的切割主要以钢线带动浆料切割为主。因为浆料切割速度的受限，人们开始试验直接用金刚线切割硅锭。金刚线切割的速度是浆料切割速度的2―3倍，使用DI水来冷却金刚线取代了原来的浆料。因此使用金刚线开方机来切割硅锭是未来发展的趋势和必然。由于金刚线高速切割硅锭，致使部分切割的硅块产生“鼓肚”问题。通过从原材料、工艺曲线等不同方面的数据进行分析，提出解决解决硅块“鼓肚”的方法。
　　一、硅块“鼓肚”现象
　　金刚线在高速切割完硅锭后，部分硅块的侧面出现中间尺寸大，两边尺寸小即所谓硅块“鼓肚”现象，硅块“鼓肚”的问题一般出现在硅锭最外部一周的硅块，即与周围边角料相邻的硅块。它是因为钢线高速切割周边硅块时，钢线向外移动，过多切割周围边角料而造成硅块中间尺寸大，形成“凸”状，即为“鼓肚”现象，同时造成相邻的边角料形成“凹”状。
　　二、引起硅块“鼓肚”的根本原因
　　金刚线在高速切割硅锭过程中，切割硅锭最外周的四根钢线都直接连接收、放线轴张力臂。由于工作台下降的速度比较快，引起钢线的线弓比较大，造成钢线的切割能力不足。
　　|钢线的往复切割，造成钢线张力臂的张力不能持续维持，因为硅块与硅块之间有相互作用力，使得最外周的四条钢线向受力的方向移动，即向边角料方向切割，形成“凸”状。
　　三、硅块“鼓肚”带来的危害
　　硅块“鼓肚”的现象对破锭工序和后带锯工序带来了很大的危害。
　　（一）破锭工序
　　钢线在切割硅锭出现切斜，形成“鼓肚”时，钢线此时受到更大的切力，极易引起断线；由于切割硅块的尺寸不规则，会引起切割硅块的尺寸二级或尺寸过小直接回收。
　　（二）带锯工序
　　对于“鼓肚”的硅块，一般在进行抛光时，如果硅块中间尺寸与两端的尺寸相差值大于0.5mm，会直接引起抛光过程中控制砂轮转动的电机的电流值过大，导致无法抛光。硅块抛光后，倒角前，如果硅块中间尺寸与两端的尺寸相差值大于0.2mm，导致倒角时，两边出现倒角过小现象。
　　四、从不同的方面分析硅块“鼓肚”问题
　　由于金刚线的高速切割，引起切割中的部分硅块出现“鼓肚”现象。现从切割所使用的原材料、切割工艺、切割设备不同的方面进行分析，并提出相应的解决硅块“鼓肚”的方法。
　　1、从金刚线、冷却液原材料分析
　　1.1金刚线影响硅块“鼓肚”问题
　　2010年4月―8月，对三种金钢线A、B、C进行切割硅锭的实验。
　　三种金刚线特征：
　　金刚线A：钢线表面的金刚砂颗粒比较大，而且分布比较疏松。
　　金刚线B：钢线表面的金刚砂颗粒比较小，但分布稠密。
　　金刚线C：钢线表面的金刚砂颗粒比较小，分布疏松。
　　以下是对三种金刚线进行的实验：
　　实验目的：
　　通过对三种不同类型的金刚线进行试验，可以反映出三种金刚线对硅块“鼓肚”的影响。
　　实验方法：
　　由于硅块的“鼓肚”现象，造成相邻的边角料形成“凹”状。通过使用塞尺测量“凹”的边角料的尺寸，可以得出对“鼓肚”的影响。实验选取每个硅锭的A块的1面和4面（即相邻两面）以及C块的1面。
　　实验数据：
　　以下是对硅锭三个边角料面“凹”的尺寸进行的数据统计：（单位mm）
　　实验结论：
　　通过增大金刚砂的颗粒度，并对金刚砂进行适当合理的分布可以提高钢线对硅块的切割能力，减小硅块“鼓肚”问题。
　　1.2冷却液对硅块“鼓肚”的影响
　　在使用DI水对金刚线进行冷却时，DI水中加入一定比例的冷却液。冷却液的作用：更好的带走钢线切割硅块留下的硅粉，减少硅粉对金刚线切割的阻碍；在钢线对硅块进行切割时，有一定的润滑作用。
　　车间对三种切割溶液进行实验
　　样品一 290L纯水+10L冷却液1冷却液浓度3%
　　样品二 200L纯水+100L冷却液1 冷却液浓度30%
　　样品三 300L冷却液2冷却液浓度100%
　　冷却液1与冷却液2的区别：冷却液1是一种密度为1g/cm3，黏度较低的蓝色液体，冷却液2的密度为1.12―1.13g/cm3，黏度较高的透明液体。
　　通过对三种不同的切割溶液进行切割实验，得知：硅块“鼓肚”由大到小依次为：
　　样品三、样品一、样品二
　　实验分析：
　　冷却液2的黏度比较大，在钢线实际的切割过程中，更容易携带更多的硅粉，极大降低金刚线的切削能力。样品二的冷却液浓度是样品一的冷却液浓度的10倍，这使得样品二在切割中，把钢线上的硅粉更多的带走，增加了金刚线的切削能力。
　　实验结论：
　　选用黏度较低的冷却液，并在使用中加大冷却液的浓度，以此来提高金刚线的切削能力。
　　2、切割工艺对硅块“鼓肚”的影响
　　以下是硅片车间25#开方机在2010年8月对不同的工艺进行的实验。
　　实验目的：
　　通过使用不同的工艺对硅锭进行切割，从硅块的尺寸进行分析，反
　　出不同工艺对硅块“鼓肚“的影响。
　　实验过程：
　　下面通过使用塞尺对每个硅锭C块边角料面“凹”的尺寸进行的数据统计：（单位mm）
　　工艺a 0.15 、工艺b 0.23 、工艺c 0.32、工艺d 0.27
　　实验结论：
　　通过增加金刚线张力臂的张力，适当降低工作台的切割速度，并适量降低钢线的回线率以此来增加金刚线的切割能力，解决硅块“鼓肚”问题。
　　3、增加过滤硅粉装置
　　金刚线切割硅锭过程中，磨削的硅粉对金刚砂造成很大的阻碍。减少硅粉，可以增强金刚线的切割能力。
　　措施：在冷却液的回流缸中，增加可以过滤硅粉的装置，这样可以把硅粉更好的进行控制，减少了金刚线上硅粉的附着量。可以提高金刚线的切割能力，降低硅块“鼓肚”问题。
　　结语
　　使用金刚线来切割硅锭，是发展的趋势和必然。通过分析金刚线引起硅块“鼓肚”的根本原因：由于工作台下降的速度比较快，引起钢线的线弓比较大，造成钢线的切割能力不足。通过从切割所使用的原材料、切割工艺、切割设备不同的方面进行分析，并提出相应的解决硅块“鼓肚”的方法。使金刚线在切割硅锭过程中，利用本身高效率的优势，切出尺寸更加标准的硅块。
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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