磨聊磨聚-论文｜电镀金刚石线锯的研究现状与发展
与其他超硬材料工具相比，电镀金刚石线锯应该算是新兴产品。 我国的综合研究和生产只是近几年的事情。 然而电镀金刚石线锯因其独特的性能和广阔的应用前景而受到青睐。 广泛关注。
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2004年以后，我国半导体、光伏产业快速发展。 2006年，LED产业的发展趋势也开始逐渐显现。 这些国家重点发展产业的基础原材料（单晶硅、多晶硅、蓝宝石玻璃）都是硬、脆、难加工材料，成本较高。 高，这些材料从最初的晶体开始，需要经过截断、开方、切片等各种切割工序，最后才成为片状晶体。 但这些原材料均为硬脆材料，加工难度大，原材料成本高，加工表面质量要求高。 这些问题如果不解决，将严重制约我国半导体、光伏产业的发展。
硅材料主要应用于太阳能电池和半导体材料。 硅片的切割工艺对硅片的成本影响很大。 早期的硅片切割工艺主要使用金刚石内圆锯片等工具。 有大缝隙和硅材料。 存在损耗高的问题，而且硅棒尺寸也有限制，增加了硅片的成本。 另一种方法是采用免研钵切割法来切片硅棒。 免砂浆切割采用裸露的金属丝和游离磨料碳化硅（SC），即切割时将带有磨料的浆料送至钢丝上，并将浆料挤出。 ，采用滚磨磨削硅棒。 这种方法切割效率低，且浆料中含有难以分离的有机聚合物悬浮剂，使得切割过程中产生的硅粉无法回收再利用。
为了进一步缩短硅片的加工时间，提高切割效率，节省硅材料，人们将金刚石磨料以一定的方式固定在金属线上，从而产生了固定式金刚石线锯，而电镀金刚石线锯就是固定式金刚石线锯的一种。金刚石绳锯。 种类。
本文对电镀金刚石线锯的结构、特点及制备工艺进行了综述，旨在为金刚石线锯的研究和生产提供一定的参考。
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电镀金刚石线锯的结构及特点
电镀金刚石线锯由钢丝母线、电镀金属（通常是镍）和金刚石组成。 其结构如图1所示，钢丝母线为承重母线，金属镀层为结合剂。 金刚石固定在钢丝母线上进行切割。 电镀金刚石线锯可以根据切割要求制成不同的直径和长度，从而可以对硅棒、蓝宝石等进行切割、开方、切片等。
与砂浆切割相比，电镀金刚石线锯切割具有独特的优点：
(1)生产效率高：
采用传统砂浆切割技术，切割一根6.5英寸硅棒大约需要6至7个小时； 而金刚线切割仅需2至3小时，生产效率提高2至3倍。
(2)产品质量高：
（a）转换效率高：金刚线切割控制精度高，硅片表面损伤层小（小于10um），硅片表面有规则的线痕（金刚线切割的特点硅片），从而增加硅片表面的光吸收2%~0. 4%。
(b)控制精度高：金刚石线切硅片的TV、TTV、线痕尺寸等性能均优于传统硅片。
(c)绿色环保：金刚石线切割采用实心金刚石线作为磨料。 不需要碳化硅，切削液采用水溶性环保切削液，大大减少了环境污染的发生，基本实现了绿色生产。
(d)废弃物可利用：切割过程中会产生约40%的硅粉。 传统砂浆切割杂质含量高，物理化学性质相似，回收困难。 而金刚石线切割生产的硅粉理论计算纯度达到99%以上，提纯后可达到99.9999%的标准，可重新用于晶体生长。
(e)由于线径较小，电镀金刚石线锯在切割时切口损失较小，可节省硅、蓝宝石等宝贵原材料，降低生产成本。
电镀金刚石线锯的制备工艺
1、电镀金刚石线锯基础材料的制备
(1)母线材料
为了满足切割要求，电镀金刚石线锯的母线材料必须具有高的抗拉强度和良好的韧性。 同时，为了便于电镀，母线表面电极电位应低于熔敷金属的电位。 一般选用镀黄铜钢丝。 作为母线，应根据被切割材料、切割方法、切割设备等来确定母线的直径和长度。目前，用于切割加工的电镀金刚石线锯的母线直径一般在0之间1~0。 4毫米。
(2)钻石
金刚石作为切割材料，与砂浆切割不同。 金刚石通过涂层金属凝固在不锈钢母排上。 由于切割对线锯的线径有一定的要求，为了稳定线锯的线径，金刚石颗粒大小、金属镀层厚度、母线线径必须相互匹配，才能制成电镀金刚石线锯。耐磨。 ，强而有力的切削能力。 从电镀的角度来看，电镀金刚石线锯属于复合电镀产品。 金刚石改变了涂层的磨损机理，使复合涂层更加耐磨。 因此，金刚石必须具有一定的粒度。
(3)电镀液
电镀金刚石线锯一般采用复合电镀镍-金刚石方法制造。 这种电镀液的配方有很多种。 最常见的是瓦特型电镀液。 但对于用于切割的电镀金刚石线锯来说，要求比较高。 良好的柔韧性要求涂层内应力小，金刚石包裹性好。 因此，在工业生产中，一般采用以氨基磺酸镍为主盐的镀液，其具有沉积速度快、镀层内应力低等优点。 有利于提高生产速度，降低生产成本。
2、电镀金刚石线锯的制备工艺
(1)金属线母线电镀前的预处理
金属线母线镀前预处理的目的是为了获得结合力强的镀层。 电镀金刚石绳锯的前处理工艺与普通电镀相同：碱洗和酸洗。碱洗的目的是去除母线表面的油污，而酸洗的目的是去除母线表面的油污。母线的表面。
使附着物——铁锈和表面氧化物暴露出来，露出正常的金相组织，从而在电镀时获得附着力良好的镀层。
(2)电镀
复合电镀工艺一般包括砂磨和加厚电镀。
a) 涂抹沙子
砂光是将金刚石作为第二相颗粒复合电镀到金属丝上的过程。 它是整个复合电镀中最关键的部分。 目前装砂方法主要有两种：落砂法和埋砂法。 落砂法主要是利用搅拌使金刚石悬浮在镀液中。 镀液中的钻石很容易吸收镀液中的H+离子而带正电。 同时，金属丝是负极。 它带负电，由于电吸附作用会带电。 带电的金刚石被吸附在金属丝附近。 同时与镀液中的Ni2+离子一起放电。 Ni2+离子被放电并以金属镍的形式沉积在金属线上。 同时，金刚石被固结在金属线上，从而完成打磨过程。 至于埋砂法，顾名思义，就是将阴极金属丝埋入镀液所通过的金刚石中，使金刚石与金属丝紧密接触，保证涂砂均匀。 目前这两种方法均已用于生产。 一般认为，较细的金刚石适合采用落砂法，较粗的金刚石适合采用埋砂法。
b) 厚镀层
施砂时，与金刚石同时沉积在金属丝上的金属涂层一般很薄。 需要进行后续的加厚电镀，增加金属镀层的厚度，以达到提高金属镀层对金刚石的把持力的目的。 增稠电镀液一般不含金刚石，应设计增稠电镀电流和电镀槽数量，以达到所需的金属镀层厚度。
c)后处理
电镀时，除了在阴极上析出金属外，部分离子在阴极上被还原，一部分以H2的形式释放出来，另一部分氢会以氢的形式进入镀层和基体金属中。原子。 金属相中有从表面扩散出来的氢原子，在金属内部化合成氢分子，或与金属中混入的碳形成CH4，使镀层韧性降低、变脆，导致镀层的韧性降低。涂层与基体之间的结合力，引起“氢脆”。 因此，为了防止“氢脆”的发生，降低镀层的残余应力，增加镀层的硬度和耐磨性，电镀后一般需要进行除氢和后续处理。烘烤一般用于去除氢，以提高涂层的硬度和耐磨性。
电镀金刚石线锯的应用现状
在当前的硅切割应用中，不同的切割工艺对电镀金刚石线锯的线径要求不同。 在切片过程中，常常需要细的电镀金刚石线。 目前的线径在0.1mm左右，常见规格有0.12mm、0.11mm、0.1mm。 目前的硅片切割市场要求电镀金刚石线锯的线径尽可能细。 据相关资料显示，在日本，丝径0.09mm甚至0.08mm的制备技术已经非常成熟，而在中国目前最好的是可以做到0. 1mm的丝径，而且制备技术也不稳定。 用于硅片开方、硅片切割的电镀金刚石线锯的线径一般在0.3~0.4mm之间，常见规格有0.35mm、0.37mm等。线径0.2~0.3mm的电镀金刚石切割线通常采用线径为0.2~0.3mm的电镀金刚石线锯。用于切割蓝宝石。 电镀金刚石切割线除了切割硅片和蓝宝石外，还可以精密切割陶瓷和稀土磁体，如压电陶瓷、钕铁硼、强力磁铁、稀土磁体、铁氧体等，如图2所示：
我国电镀金刚石线锯产业发展
我国电镀金刚石线锯产品的研发是基于光伏光伏市场的迫切需求而产生和发展的。 我国最早对金刚石绳锯的研究工作可以追溯到1992年，哈尔滨科技大学张国林等人在《哈尔滨大学学报》上发表了《电镀金刚石绳锯的发展研究》一文科学技术”。 这是我国发表的第一篇文章。 关于电镀金刚石线锯的研究论文。 2010年以后，随着电镀金刚石线锯受到业内人士的广泛关注，电镀金刚石线锯技术及其产业迎来了快速发展阶段，主要表现在：
（1）多家超硬材料企业相继购置制造设备并开始电镀金刚石线锯的研发工作；
（2）制造装备逐步国产化并不断完善；
（三）产业规模不断扩大，市场应用逐步扩大。
我国电镀金刚石线锯产业起步于2009年，仅用了几年时间就达到了产业规模。 2009年，国内首家实现电镀金刚石线锯生产的企业——长沙戴勒新材料科技有限公司成立。 2011年，河南黄河旋风有限公司开始筹备金刚石绳锯的研发，并于2012年初建成两条生产线，每条可生产6至8台电镀金刚石绳锯。 此外，江苏中博金刚石科技有限公司、南京三超金刚石工具有限公司、江西金奎能源科技有限公司、盛力威尔新材料科技有限公司等企业也纷纷入驻。先后研发电镀金刚石线锯，产业规模逐步显现。 2011年8月8日，郑州华晶金刚石有限公司成立全资子公司华晶精密制造有限公司，从德国引进专用设备，开始金刚石绳锯的研发。 在此基础上，公司自主研发了电镀金刚石线锯专用设备。 设备性能稳定，生产速度可达5-10m/min。 镀槽内温度偏差可控制在1℃以内。 电镀液pH波动≤0。 1、生产过程介质走线速度偏差≤0.1m/min，整个电镀系统内部循环，无物料排放，生产过程环保清洁。 目前公司共有生产线112条，可生产0.1～0.42mm不同线径的电镀金刚石线锯。 产品基本涵盖电镀金刚石线锯的使用范围。 公司目前产能为每月2万公里。 规模和品质的优势可以满足客户的深层次需求。
电镀金刚石线锯未来的发展方向
随着太阳能产业的发展，如何降低生产成本是当前产业发展亟待解决的问题。 硅棒的切割、开方和切片是降低成本的重要步骤。 使用效率高、切割损失小、切割质量好的电镀金刚石线锯是必然趋势。
从目前电镀金刚石线锯切割硅片的情况来看，还需要在以下几个方面进行进一步的研究：
(1)金属线母线的研究。 目前，电镀金刚石线锯所用的金属线母线主要是镀黄铜钢丝，其机械性能仍受到限制。 寻找具有更好机械性能的金属线母线是未来重要的研究方向之一。
(2)目前电镀金刚石线锯的使用寿命并不理想。 进一步提高金刚石的把持力、耐磨性和切削性能将成为电镀金刚石线锯的重要研究方向。
(3)电镀设备及电镀技术研究。 电镀金刚石线锯生产设备中金刚石悬浮浓度的控制、装砂均匀性等技术有待进一步研究。
(4)切削机理研究。 目前，在硅片切割过程中，存在切割线痕、厚度不均匀等问题。 因此，深入研究电镀金刚石线锯的切割机理，提高切割效果也是一个重点研究方向。
免责声明：本文编译自刘永奇《电镀金刚石绳锯的研究现状与发展》。 其原创性及文中所表达的观点和判断，并不代表爱瑞网的宗旨，爱瑞网以传播知识、有益学习和研究为目的。 摘录仅供读者参考和交流。 若版权人或出版商提出异议，将立即删除。 如果您对文章转载有任何疑问，请告知我们，以便我们及时纠正。
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