一、金剛線切割工藝原理是什么

金剛線主要用于光伏晶硅等硬脆材料切割，是光伏硅片重要的耗材設(shè)備，現(xiàn)在常用的一般是電鍍金剛線，那么金剛線的切割原理是什么呢？

金剛線由母線、金屬鎳層、金剛石顆粒三部分組成，以母線作為承載基體，金剛石顆粒作為磨粒刀具，金屬鍍層作為結(jié)合劑將金剛石顆粒固結(jié)在母線上；切割時(shí)，金剛線靠近被切割的材料（如硅棒或硅片），并通過高速旋轉(zhuǎn)和研磨劑的使用，產(chǎn)生磨削效果，從而實(shí)現(xiàn)切割。

二、金剛石線切割工藝中的核心技術(shù)有哪些

金剛線切割技術(shù)仍將作為未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)主流的硅片切割技術(shù)，它的切割工藝主要應(yīng)用了以下16種技術(shù)：

1、高精度切割線管理技術(shù)

以金剛線切片機(jī)為例，切片機(jī)工作過程中，金鋼線高速從放線輥放出，經(jīng)過排線輪、張力輪、過線輪和切割軸后，收回纏繞到收線輥上；再反方向由收線輥繞回到放線輥，金剛線高速往復(fù)雙向運(yùn)動(dòng)。原則上切片機(jī)工作過程中，收線、放線及排布線須同步且金剛線所受到的張力應(yīng)保持穩(wěn)定，然而收、放線輥上繞制的金剛線卷徑是隨時(shí)變化的，必須實(shí)時(shí)控制收、放線輥的轉(zhuǎn)速以保證高速運(yùn)動(dòng)的金剛線的線速度穩(wěn)定且保持金剛線所受到的張力穩(wěn)定；同時(shí)還需要保證排線裝置與收放線輥同步。

2、高精度張力控制技術(shù)

以金剛線切片機(jī)為例，切片機(jī)切割硅棒過程中，金剛線須保持穩(wěn)定的切割張力，若張力過小，將導(dǎo)致金剛線切割力不足；若張力過大，將導(dǎo)致金剛線斷線；若張力控制不穩(wěn)定，或?qū)?dǎo)致切出的硅片存在TTV超標(biāo)、線痕明顯、硅片彎曲和翹曲等質(zhì)量問題，嚴(yán)重時(shí)金剛線斷線或?qū)?dǎo)致整根硅棒損壞。因此，精確、靈敏、穩(wěn)定、無擾動(dòng)的切割線張力控制技術(shù)是金剛線切割技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3、高精度夾持進(jìn)給技術(shù)

切割設(shè)備工作時(shí)需要夾持被加工材料與切割刀具持續(xù)、穩(wěn)定、緊密接觸，被加工材料進(jìn)給的穩(wěn)定性直接影響到切割的質(zhì)量和效率；因此，夾持進(jìn)給系統(tǒng)須具有高定位精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

4、多主軸動(dòng)態(tài)平衡控制技術(shù)

單晶硅圓棒開方時(shí)，金剛線切割線網(wǎng)是由一根金剛線布成的井字形線網(wǎng)，需要運(yùn)用多主軸動(dòng)態(tài)平衡控制技術(shù)來進(jìn)行布線控制，以保證開方機(jī)線網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。公司經(jīng)過多年的自主研發(fā)、實(shí)踐及持續(xù)優(yōu)化，率先將自主研發(fā)的多主軸動(dòng)態(tài)平衡控制技術(shù)應(yīng)用于金剛線單晶開方機(jī)，使得金剛線單晶開方機(jī)主軸輪使用壽命延長、斷線率降低、切割成本降低。

5、高精度晶線檢測(cè)技術(shù)

晶線檢測(cè)是單晶硅棒開方的重要工序，晶線檢測(cè)的成功與否，會(huì)直接影響切割質(zhì)量和切割效率。如果晶線檢測(cè)錯(cuò)誤且繼續(xù)切割動(dòng)作，會(huì)造成硅棒直接報(bào)廢；如果檢測(cè)用時(shí)過多，會(huì)降低切割效率。高精度晶線檢測(cè)技術(shù)，利用高精度傳感器、多層控制算法、閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整技術(shù)，可以保證硅棒誤切率趨近于零，晶線檢測(cè)成功率達(dá)99.9%，大幅度縮短了晶線檢測(cè)時(shí)間

6、超薄片切割工藝技術(shù)

該技術(shù)是通過優(yōu)化切割工藝匹配、優(yōu)化切割設(shè)備部套性能，實(shí)現(xiàn)高硬脆材料的薄片切割，從而降低成品片所需材料用量、提升成品片柔韌性的切割工藝技術(shù)。以光伏用單晶硅片為例，超薄片技術(shù)路線是面向光伏平價(jià)上網(wǎng)的主要解決方案之一，針對(duì)下一代電池技術(shù)具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，片厚的下降帶來硅片柔性的提高，組件的應(yīng)用場(chǎng)景也相應(yīng)提升，高轉(zhuǎn)換效率和低成本的材料有利于客戶產(chǎn)品提升競(jìng)爭(zhēng)力。

7、基于大數(shù)據(jù)算法的切割過程工藝自適應(yīng)技術(shù)

該技術(shù)通過算法、數(shù)據(jù)、切割工藝調(diào)整邏輯，使得切割類設(shè)備在一定程度上具備模擬切割工藝人員對(duì)切割過程出現(xiàn)的復(fù)雜問題的識(shí)別、學(xué)習(xí)和解決能力，使得切割裝備智能地針對(duì)切割過程中遇到的金剛線、輔料、裝備等出現(xiàn)的異常情況給出快速、精確、可重復(fù)的處理措施，從而降低斷線率、提升生產(chǎn)效率、提高切片良率。

8、超細(xì)金剛線高線速切割工藝技術(shù)

該技術(shù)是通過優(yōu)化金剛線切割相關(guān)工藝參數(shù)，力求使用線徑更細(xì)的金剛線切割，從而降低制造硅片所需的材料用量、提升切片良率、提高切割生產(chǎn)效率、降低固定資產(chǎn)投資成本的切割工藝技術(shù)。

9、高精度軸承箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)

以金剛線切片機(jī)為例，切片機(jī)兩根切割主輥帶動(dòng)金剛線網(wǎng)在硅棒表面高速往復(fù)磨削，將硅棒切削加工為硅片。兩根切割主輥由軸承支撐起來高速旋轉(zhuǎn)，軸承則安裝在兩根主輥前后四個(gè)軸承箱中。切割主輥轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的軸向和徑向力將導(dǎo)致切片機(jī)在微米級(jí)切割狀態(tài)下出現(xiàn)切割精度波動(dòng)，并進(jìn)而影響生產(chǎn)效率及硅片質(zhì)量。軸承箱在上述切割主軸工作過程中起到支撐和保持精度的關(guān)鍵作用，一方面，切割主輥將高速旋轉(zhuǎn)工作時(shí)承受的軸向和徑向力傳遞到軸承箱上，由軸承箱的力學(xué)結(jié)構(gòu)承載并化解；另一方面，軸承箱精度和剛度保證了金剛線網(wǎng)的運(yùn)行精度，從而保證了硅片切割質(zhì)量。

10、高穩(wěn)定性液路技術(shù)

在金剛線切片機(jī)工作過程中，金剛線切割硅片時(shí)會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大量的熱量，若大量熱聚集則會(huì)使高精度軸承箱和硅棒發(fā)生熱變形，進(jìn)而降低切片機(jī)的工作精度、降低硅片的質(zhì)量。因此，軸承箱和硅棒所在的切割區(qū)域需進(jìn)行循環(huán)冷卻，以帶走切割硅棒產(chǎn)生的熱量，并保證切割區(qū)域溫度恒定。

11、低張力高效上砂技術(shù)

“低張力高效上砂技術(shù)”主要是指“分段張力系統(tǒng)”和“單機(jī)十二線設(shè)計(jì)技術(shù)（原單機(jī)六線設(shè)計(jì)技術(shù)）”?！胺侄螐埩ο到y(tǒng)”是指在金剛線生產(chǎn)線主要工藝段設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)和張力電機(jī)，中間工藝段電機(jī)為主軸電機(jī)，其他電機(jī)為從軸跟隨主軸同步，金剛線生產(chǎn)線各工藝段的鋼線張力控制是獨(dú)立的，從而可以實(shí)現(xiàn)低張力上砂，減少鋼線因大張力磨損而導(dǎo)致的脫砂情況，有利于高質(zhì)量上砂。

12、機(jī)器視覺圖像識(shí)別技術(shù)

“機(jī)器視覺圖像識(shí)別系統(tǒng)”通過高速工業(yè)像機(jī)在線實(shí)時(shí)拍攝固結(jié)在鋼線基體上單位視野內(nèi)的金剛石微粉顆粒的顯微圖像，圖像信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給圖像處理系統(tǒng)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號(hào)，數(shù)字化的圖像信號(hào)被金剛線生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收，并實(shí)時(shí)計(jì)算鋼線基體上單位視野內(nèi)的金剛石微粉顆粒數(shù)量、分布均勻性的分析數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛線上固結(jié)的金剛石微粉顆粒數(shù)量、分布均勻性的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)工藝設(shè)定數(shù)據(jù)比較，實(shí)時(shí)調(diào)整金剛線生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛線上固結(jié)的金剛石微粉顆粒數(shù)量、分布均勻性的實(shí)時(shí)控制。

13、砂量模糊控制技術(shù)

“砂量模糊控制系統(tǒng)”以金剛線生產(chǎn)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立各影響因素與砂量的模糊控制規(guī)則，采用模糊推理、模糊判斷、數(shù)學(xué)仿真分析等技術(shù)解析控制量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)上砂量的精確控制，無需人工干預(yù)上砂量。

14、電鍍液高效添加劑技術(shù)

上砂過程是金剛線生產(chǎn)的核心工藝流程，上砂的效率（速度）直接影響金剛線的生產(chǎn)速度；上砂過程中金剛石微粉顆粒在母線上分布的均勻性直接影響金剛線的質(zhì)量一致性。因此為了保證高速上砂和均勻上砂（不團(tuán)聚、不疊砂），上砂槽中添加劑和使用方法非常重要。

15、金剛石微粉鍍覆技術(shù)

金剛石微粉顆粒本身不導(dǎo)電，為使得金剛石微粉顆粒能夠在電鍍的機(jī)理下固結(jié)在母線上，一般是采用化學(xué)鍍的方法在金剛石顆粒表面包覆金屬鎳進(jìn)行表面金屬化處理。但金剛線生產(chǎn)過程中的電鍍液環(huán)境是酸性的，會(huì)腐蝕金剛石顆粒表面的金屬鎳層，使得金剛石顆粒表面的金屬鎳層脫落或金剛石顆粒與母線基體結(jié)合力減弱，進(jìn)而降低金剛線的質(zhì)量以及改變電鍍液的成分。

16、金剛石微粉后處理技術(shù)

金剛線生產(chǎn)過程中，在金剛石微粉顆粒固結(jié)到鋼線基體表面后，鍍液中的鎳離子將在電鍍作用下持續(xù)移向鋼線基體獲得電子還原為金屬鎳，并同時(shí)將金剛石微粉顆粒固結(jié)在鋼線基體表面，因此金剛線外表層的金屬鎳鍍層是決定了金剛石顆粒在鋼線基體上的固結(jié)能力，進(jìn)而決定了金剛線的切割能力，金剛石顆粒在鋼線基體上的固結(jié)能力是金剛線最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。