CN103707175A - 一种硅块抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅块抛光方法，包括：采用金刚砂磨石进行研磨，对开方后的硅块进行形状修正和初步表面处理；采用毛刷对经过所述第一抛光工序处理的硅块进行研磨，去除硅块表面的损伤层；其中，所述毛刷包括第一毛刷和第二毛刷；所述第一毛刷位于毛刷的内部；所述第二毛刷位于所述第一毛刷的外侧，其刷毛目数和刷毛长度均大于所述第一毛刷；所述硅块的进给速度为14mm/S～16mm/S，所述金刚砂磨石转速为2600r/min～2800r/min，所述毛刷转速为1000r/min～1200r/min。该方法使用金刚砂磨石和毛刷分前后两道工序，并采用特定的进给速度和转速对硅块进行抛光，可显著提高硅块抛光质量、降低材料消耗、控制设备磨损，保证硅片切割质量。

Description

一种硅块抛光方法
技术领域
本发明涉及太阳能硅块加工制造技术领域，特别是对硅块在切割成硅片之前进行抛光处理的方法。
背景技术
目前，在硅片生产车间，硅锭要通过线切割方式处理成硅块（即开方），然后再切割成硅片，工作人员在开方的实际操作中，只要稍有疏忽就会影响硅块的切割质量，主要分为切割的硅块表面有锯痕、硅块的尺寸出现中间“鼓肚”、断线引起的局部硅块形状弯曲等现象，这些缺陷都会给后续抛光造成困难，另外经过钢线切割的硅块表面会产生约20微米的损伤层，损伤层会造成硅块或者硅片裂纹等质量问题。
抛光工序的工作内容是对硅块进行形状修正和表面处理，硅块表面的抛光质量直接影响硅片切割的质量，因此是晶体硅太阳能行业十分重要的一个工序。
现有技术主要应用毛刷对硅块进行研磨，毛刷抛光可去除损伤层，降低隐形裂纹、崩边、碎片的数量，缺点是毛刷质地柔软，抛光速度慢，消耗快，如果使用毛刷式的砂轮抛光，不能完全去除由于切割造成的锯痕，对于“鼓肚”问题的硅块，由于毛刷式的砂轮的抛光能力有限，不能把中间大的尺寸去除，从而影响抛光质量。
此外，现有技术中的硅块进给速度（即工作台速度）与毛刷速度不匹配，造成硅块表面存在毛刷印，粗糙度值较大，抛光质量较低。若工作台速度过快，虽然有助于增大产量，但是会导致抛光质量降低，而且毛刷电机转速过快会导致电机温度过热，影响电机使用寿命；若工作台速度过慢，又会造成同一部位多次研磨，形成圆状毛刷印，粗糙度较大，且毛刷消耗过快。
因此，如何提高硅块抛光质量、降低材料消耗、控制设备磨损，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅块抛光方法。该方法使用金刚砂磨石和毛刷分前后两道工序，并采用特定的进给速度和转速对硅块进行抛光，可显著提高硅块抛光质量、降低材料消耗、控制设备磨损，保证硅片切割质量。
为实现上述目的，本发明提供一种一种硅块抛光方法，包括：
第一抛光工序，采用金刚砂磨石进行研磨，对开方后的硅块进行形状修正和初步表面处理；
第二抛光工序，采用毛刷对经过所述第一抛光工序处理的硅块进行研磨，去除硅块表面的损伤层；
其中，所述毛刷为组合毛刷，包括第一毛刷和第二毛刷；所述第一毛刷位于毛刷的内部；所述第二毛刷位于所述第一毛刷的外侧，其刷毛目数和刷毛长度均大于所述第一毛刷；
所述硅块的进给速度为14mm/S～16mm/S，所述金刚砂磨石转速为2600r/min～2800r/min，所述毛刷转速为1000r/min～1200r/min。
优选地，所述硅块的进给速度为15mm/S，所述金刚砂磨石转速为2700r/min，所述毛刷转速为1100r/min。
优选地，所述第一毛刷的刷毛目数为200～300，所述第二毛刷的刷毛目数为700～900。
优选地，所述第一毛刷的刷毛目数为240，所述第二毛刷的刷毛目数为800。
优选地，所述第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探0.3mm～0.5mm。
优选地，所述第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探0.4mm。
优选地，所述第二抛光工序的研磨深度为0.2mm～0.3mm。
优选地，在所述第一抛光工序中，向金刚砂磨石表面供给充足的冷却水。
优选地，所述金刚砂磨石为天然或人工金刚砂砂轮。
优选地，所述金刚砂磨石的结合剂为树脂型结合剂。
本发明将金刚砂磨石和毛刷配合使用对硅块进行研磨，其中金刚砂磨石用于对开方后的硅块进行形状修正和初步表面处理，由于金刚砂磨石磨削能力强，因此能够很好的处理硅块表面的锯痕、硅块尺寸出现的中间“鼓肚”、断线引起的局部硅块形状弯曲等现象，毛刷用于对经过金刚砂磨石处理的硅块进行再次研磨，去除硅块表面的损伤层，毛刷不仅具有质地软、损伤小的特点，而且分为粗细、长度不同的两种毛刷，在粗毛刷进行预研磨之后，由细毛刷进一步精细研磨，可有效降低硅块上隐形裂纹、崩边、碎片的数量，由于采用了特定的进给速度和研磨转速，因此可显著提高硅块抛光质量、降低材料消耗、控制设备磨损，保证硅片切割质量。
附图说明
图1为使用普通树脂砂轮抛光后硅块表面在高清显微镜下的结构示意图；
图2为使用金刚砂磨石抛光后硅块表面在高清显微镜下的结构示意图；
图3为采用金刚砂磨石初步研磨之后，经过和不经过毛刷研磨的合格率抽检对比示意图；
图4为采用金刚砂磨石初步研磨之后，经过和不经过毛刷研磨的其他不合格率抽检对比示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在一种具体实施方式中，本发明提供的硅块抛光方法的工作原理是将硅块放置在工作台上，工作台按照设定的速度进给，金刚砂磨石、毛刷通过电机按照设定的转速对硅块进行抛光处理。具体包括以下步骤：
第一抛光工序，采用金刚砂磨石进行研磨，对开方后的硅块进行形状修正和初步表面处理，利用金刚砂磨石较强的研磨能力，把开方机切割造成的一些硅块表面的问题，如切割的硅块表面有锯痕、硅块的尺寸出现中间“鼓肚”、断线引起的局部硅块形状弯曲等现象，进行基本的抛光。
在实际操作中需要注意，在金刚砂磨石抛光时，应该给予充足的冷却水，保证水路畅通，使冷却水均匀的撒开到金刚砂磨石上。
金刚砂磨石为天然或人工金刚砂砂轮，金刚砂是碳的一种超高硬度形态，其对铁有亲和性而能够形成快速磨损，其结合剂可选用树脂型结合剂，树脂型结合剂对摩擦中的震动有一定的阻尼作用。
第二抛光工序，采用毛刷对经过第一抛光工序处理的硅块进行研磨，去除硅块表面的损伤层。
毛刷为组合毛刷，包括第一毛刷和第二毛刷，第一毛刷位于毛刷的内部，呈环形排列，第二毛刷位于第一毛刷的外侧，亦呈环形排列，第二毛刷的刷毛目数和刷毛长度均大于第一毛刷。
具体地，第一毛刷为240#毛刷（即240目，目即每平方英寸上的数量，240即指每平方英寸上有240个刷毛，刷毛直径为1/240平方英寸），第二毛刷为800#毛刷（即800目，目即每平方英寸上的数量，800即指每平方英寸上有800个刷毛，刷毛直径为1/800平方英寸），且第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探约0.4mm，其中第一毛刷的数量为9束，第二毛刷的数量为24束。
在整个研磨过程中，硅块的进给速度为15mm/S，金刚砂磨石的转速为2700r/min，毛刷转速为1100r/min，第二抛光工序的研磨深度控制在0.2mm～0.3mm之间。
当然，也可以不局限于上述具体参数，只需满足硅块的进给速度为14mm/S～16mm/S，金刚砂磨石转速为2600r/min～2800r/min，毛刷转速1000r/min～1200r/min，第一毛刷的刷毛目数为200～300，第二毛刷的刷毛目数为700～900，第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探0.3mm～0.5mm的要求即可。
下面通过试验进行验证，将硅块依次通过金刚砂磨石、毛刷，对硅块的表面进行抛光，通过肉眼鉴定和粗糙度仪结合的方式确定抛光效果。
经过砂浆切割的硅块在抛光前的粗糙度（单位：mm）如下表所示。
A块 B块 C块
Ra 5.09 5.48 4.96
Rz 23.8 27.02 22.36
Rq 6.02 6.64 5.86
经过金刚砂磨石进行形状修正和初步表面处理之后的粗糙度（单位：mm）如下表所示。
A块 B块 C块
Ra 0.11 0.10 0.13
Rz 0.57 1.38 0.96
Rq 0.15 0.16 0.17
Ra值：轮廓算数平均偏差，在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值。
Rz值：微观不平度十点高度，在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。
Rt值：轮廓最大高度，在取样长度内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。
经过金刚石砂轮研磨后，在普通照明灯环境下，肉眼距硅块距离小于0.5m范围内进行目测，硅块有效切割长度内无可视锯痕，硅块尺寸得到控制，形状得到修正，表面的损伤层有所控制，且研磨效果明显优于普通树脂砂轮（见图1、图2）。
但由于金刚砂磨石和硅块接触属于硬物接触，所以产生了新的损伤层，需使用毛刷进行进一步研磨。
这里选取20块经过金刚砂磨石处理的硅块进行毛刷抛光，再随机抽取不经过毛刷处理的硅块，将40块硅块放在同一台线锯设备进行切割，切割得到的合格率及良品率有明显差异，相关数据如图3所示（同一检测项目的左列为金刚砂磨石，右列为毛刷），并且其他不合格品的数量亦有明显区别，如图4所示。
从检测数据对比可以看出，采用上述方法进行抛光，且毛刷转速1100r/min配合工作台进给速度15mm/S时，抛光数据最好，从肉眼观察看，此工艺下硅块无毛刷印，可以稳定提供质量合格的硅块，通过减少磨石、毛刷的消耗降低成本，通过转速的降低延长了电机的使用寿命。
当然，上述硅块抛光方法仅是几种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如对第一毛刷和第二毛刷的目数进行调整，或者将第二毛刷设计为两层等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
以上对本发明所提供的硅块抛光方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅块抛光方法，包括：
第一抛光工序，采用金刚砂磨石进行研磨，对开方后的硅块进行形状修正和初步表面处理；
第二抛光工序，采用毛刷对经过所述第一抛光工序处理的硅块进行研磨，去除硅块表面的损伤层；
其中，所述毛刷为组合毛刷，包括第一毛刷和第二毛刷；所述第一毛刷位于毛刷的内部；所述第二毛刷位于所述第一毛刷的外侧，其刷毛目数和刷毛长度均大于所述第一毛刷；
所述硅块的进给速度为14mm/S～16mm/S，所述金刚砂磨石转速为2600r/min～2800r/min，所述毛刷转速为1000r/min～1200r/min。
2.根据权利要求1所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述硅块的进给速度为15mm/S，所述金刚砂磨石转速为2700r/min，所述毛刷转速为1100r/min。
3.根据权利要求1所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述第一毛刷的刷毛目数为200～300，所述第二毛刷的刷毛目数为700～900。
4.根据权利要求3所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述第一毛刷的刷毛目数为240，所述第二毛刷的刷毛目数为800。
5.根据权利要求1所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探0.3mm～0.5mm。
6.根据权利要求5所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述第二毛刷比第一毛刷的刷毛前探0.4mm。
7.根据权利要求1所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述第二抛光工序的研磨深度为0.2mm～0.3mm。
8.根据权利要求1至7任一项所述的硅块抛光方法，其特征在于，在所述第一抛光工序中，向金刚砂磨石表面供给充足的冷却水。
9.根据权利要求1至7任一项所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述金刚砂磨石为天然或人工金刚砂砂轮。
10.根据权利要求9所述的硅块抛光方法，其特征在于，所述金刚砂磨石的结合剂为树脂型结合剂。
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