CN105382948A - 一种太阳能硅片切割用钢丝及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝整体呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为100-140μm，波高为直径的1.2-1.6倍，波长为3-6mm，杨氏模量为160-220GPa。本发明的有益效果在于：对呈周期性波浪式弯曲的钢丝的直径、波高、波长以及杨氏模量这四个指标进行控制，不仅有效的控制了切割钢丝的质量，还提高了硅片合格率，降低了合格率波动值。

Description

一种太阳能硅片切割用钢丝及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种提高切割效率、降低硅片加工过程中的次品率的太阳能硅片切割用钢丝及其生产方法。
背景技术
随着近几年光伏产业的发展，太阳能级多晶硅片已经成为各大光伏公司争相争夺的上游资源，单晶,多晶硅片的切片生产成本己成了影响光伏产业的首要环节。
光伏用太阳能硅片切割一般是使用硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。多线切割目前主要是采用光面线切割，光面切割钢丝通过放线系统，在导轮上围绕导轮槽绕行而形成线网，钢丝在导轮的驱动下高速单向或者双向往复式运转。砂浆系统将游离磨料组成的砂浆喷射到钢丝上，钢丝将磨料带入工件内，并给与其中的磨粒以动能，驱使磨粒撞击，研磨和切割硅料，最终将硅料切开成片。因此切割钢丝所具有的携带砂浆能力和给与磨粒动能的大小以及排屑能力成为切割能力的关键因素。
光面钢丝只能通过钢丝的光滑表面在高速运行时通过与砂浆形成的力场机械地带入砂浆，砂浆的带入量严重影响切割速度甚至是切割质量。进而影响机器效率。从而影响成本。提高砂浆带入量成为一种工艺革新。已有许多专利通过对钢丝实施变形从而达到提高带砂量的目标。
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种提高切割效率、降低硅片加工过程中的次品率的太阳能硅片切割用钢丝及其生产方法。
本发明的发明目的通过以下方案实现：一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝整体呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为100-140μm，波高为直径的1.2-1.6倍，波长为3-6mm，杨氏模量为160-220GPa。
一种制作太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，它包括盘条预处理工序、第一次干拉工序、中间热处理和表面处理工序、第二次干拉工序，经过第二次干拉后得到直径为600-900μm的钢丝，采用以下步骤进行：
一、通过滑动式水箱拉丝机，在乳化液的润滑和冷却下，将钢丝经23-27道次拉拔到90-110μm；
二、再次热处理工序对钢丝再次进行索氏体化，恢复钢丝的塑形、变形能力；
三、通过过线轮将钢丝引入由至少三个定型器组成的定型器组中，使钢丝产生折线变形，形成周期性波浪式弯曲；
四、可按步骤三所述再重新导入定型器组中，作两次以上定型；
五、通过电镀工序对成型后的钢丝进行电解酸洗，去除氧化皮、焦磷酸盐镀铜、硫酸锌镀锌，中频感应热扩散使铜锌均匀混合形成均匀的镀层，最后去除表面不易变形的氧化锌后收线到工字轮上。
进一步地，钢丝表面经电镀形成镀层，镀层为铜或锌，或者是铜锌合金和锡铜合金。
进一步地，电镀层的厚度10-30μm。
进一步地，钢丝穿过定型器的圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝上下移动的距离为波高长度，定型器之间的距离为波长长度，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具上下移动速度为波高长度/钢丝移动一个波长长度所需时间。
进一步地，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝与钢丝大小相当。
进一步地，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具以圆心为中心做自转，自转速度与过线轮转速一致，方向保持相同。
进一步地，步骤5得到的钢丝，再通过磨轮机打磨钢丝的波浪最高端，使钢丝的波浪最高端成为平面后，再收入工字轮。
进一步地，钢丝波浪最高端的平面宽度为25-40μm。
进一步地，在钢丝打磨完收入工字轮前，通过水喷洗，除去残渣。
本发明的有益效果在于：对呈周期性波浪式弯曲的钢丝的直径、波高、波长以及杨氏模量这四个指标进行控制，不仅有效的控制了切割钢丝的质量，还提高了硅片合格率，降低了合格率波动值。
附图说明
图1为钢丝结构示意图。
图2为钢丝的波浪最高端截面图。
图3为定型器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-3和具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1，本发明的一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝1整体呈周期性波浪式弯曲，钢丝1的直径为100-140μm，波高为直径的1.2-1.6倍，波长为3-6mm，杨氏模量为160-220GPa。使钢丝1携带砂浆的量增多提高硅片切割时硅棒的出片率。
一种太阳能硅片切割用钢丝，其同一钢丝1上的直径、波高、波长和杨氏模量保持不变。
一种制作太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，它包括盘条预处理工序、第一次干拉工序、中间热处理和表面处理工序、第二次干拉工序，经过第二次干拉后得到直径为600-900μm的钢丝，采用以下步骤进行：
一、通过滑动式水箱拉丝机，在乳化液的润滑和冷却下，将钢丝经23-27道次拉拔到90-110μm；
二、再次热处理工序对钢丝再次进行索氏体化，恢复钢丝的塑形、变形能力；
三、通过过线轮将钢丝引入由至少三个定型器组成的定型器组中，使钢丝产生折线变形，形成周期性波浪式弯曲；
四、可按步骤三所述再重新导入定型器组中，作两次以上定型；
五、通过电镀工序对成型后的钢丝进行电解酸洗，去除氧化皮、焦磷酸盐镀铜、硫酸锌镀锌，中频感应热扩散使铜锌均匀混合形成均匀的镀层，最后去除表面不易变形的氧化锌后收线到工字轮上。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，钢丝表面经电镀形成镀层，镀层为铜或锌，或者是铜锌合金和锡铜合金。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，电镀层的厚度10-30μm。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，钢丝1穿过定型器的圆形上折弯冲压模具2和圆形下折弯冲压模具3间的夹缝，圆形上折弯冲压模具2和圆形下折弯冲压模具3间的夹缝上下移动的距离为波高长度，定型器之间的距离为波长长度，圆形上折弯冲压模具2和圆形下折弯冲压模具3上下移动速度为波高长度/钢丝移动一个波长长度所需时间。钢丝成型快速不发生变形，且圆弧面接触钢丝不易发生断裂。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，圆形上折弯冲压模具2和圆形下折弯冲压模具3间的夹缝与钢丝大小相当。钢丝1变形效果好。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，圆形上折弯冲压模具2和圆形下折弯冲压模具3以圆心为中心做自转，自转速度与过线轮转速一致，方向保持相同。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，钢丝1直径为100-140μm，其钢丝强度为3200MPa-3600MPa。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，步骤5得到的钢丝，再通过磨轮机打磨钢丝的波浪最高端，使钢丝的波浪最高端成为平面后，再收入工字轮。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，钢丝波浪最高端的平面宽度为25-40μm。钢丝的波谷和波峰的外侧面经过锻压，形成一个宽度不大于钢丝直径的平面。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，在钢丝打磨完收入工字轮前，通过水喷洗，除去残渣。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，钢丝1的波浪最高端的钢丝面为磨砂面。钢丝携带砂浆的能力提高。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，盘条预处理工序中，盘条通过主动放线经机械变形去除大部分氧化铁皮，然后辅以盐酸酸洗，确保氧化铁皮去除干净，经水洗、热水洗后在接近沸腾的硼砂溶液中进行硼砂涂层，为干拉做表面准备，其中酸洗的盐酸浓度为200±40g/l，盐酸温度为65±10℃，涂硼的硼砂浓度为240±40g/l。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，第一次干拉工序中通过无滑动连续式干拉将5.5mm盘条经8道次拉拔到2-2.3mm。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，中间热处理和表面处理工序通过重新索氏体化热处理使钢丝获得适合拉拔的组织，然后再次进行酸洗、水洗、热水洗和硼砂涂层处理，为确保钢丝1连续稳定运行需要一定的张力，本工序中采用主动式放线，放线机由单独的电机进行驱动放线，并实现积线换轮功能；其中中间热处理工序的加热温度为980-1000-1020-990-960±10℃，索氏体化温度为595-595±5℃，气氛控制为0.6-1.3-1.7-2.5-3.0±0.5%CO，酸洗的盐酸浓度为200±40g/l，涂硼的硼砂浓度为130±30g/l。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，第二次干拉工序中通过无滑动连续式干拉将2.3mm钢丝1经9～11道次拉拔到600-900μm。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，步骤二中的第二次干拉后的再次热处理工序的加热温度为1040-1015-990-960±15℃，索氏体化温度为585-585±10℃，气氛控制为0.4-1.4-2.8-3.0±0.3%CO。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，电镀工序的电解酸洗的硫酸浓度为350±40g/l，铁离子为50±10g/l，电镀铜的铜离子为34±4g/l，焦磷酸根为233±40g/l，PH值为8.5±0.5，电镀锌的硫酸锌为360±60g/l。本次钢丝1直径小，在加热状态下钢丝承受的张力一旦波动较大就会造成钢丝直径变小甚至断线，造成生产过程波动，通过采用主动式放线、稳定控制钢丝运行张力，有效地减小了断线和钢丝1直径变小的风险，提高了钢丝的成品率。
在同样的拉丝变形量条件下，需要按照不同规格合理分配变形过程，同时适应设备滑动拉拔的要求；通过主动式放线减少钢丝1放线过程中损伤；采用红外线定位钢丝1排线边沿，确保排线平整，客户使用时放线稳定；另外通过在线的激光测径仪确保整轮钢丝直径一致且符合要求，无缩涨丝缺陷。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，步骤二后再通过滑动式水箱拉丝机，在乳化液的润滑和冷却下，将钢丝经5-10道次拉拔到70-100μm；
再次热处理工序对钢丝再次进行索氏体化，恢复钢丝的塑形、变形能力。可使钢丝直径更细，提高硅片切割时硅棒的出片率，充分利用资源，降低生产成本，提高企业的经济效益。
一种太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，湿式拉拔工序的乳化液的浓度为8.5±0.5%，温度为35±5℃，铜离子为500±200ppm，锌离子为600±200ppm，乳化液在市场上普遍应用。
实施例2，本发明的一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝1呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为100-130μm，波高为直径的1.2-1.5倍，波长为3-5mm，杨氏模量为160-200GPa。
实施例3，本发明的一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝1呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为110-140μm，波高为直径的1.3-1.6倍，波长为4-6mm，杨氏模量为180-220GPa。
实施例4，本发明的一种太阳能硅片切割用钢丝，钢丝1呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为120μm，波高为直径的1.4倍，波长为3-6mm，杨氏模量为170-210GPa。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种太阳能硅片切割用钢丝，其特征在于：钢丝整体呈周期性波浪式弯曲，钢丝的直径为100-140μm，波高为直径的1.2-1.6倍，波长为3-6mm，杨氏模量为160-220GPa。
2.一种制作权利要求1所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，它包括盘条预处理工序、第一次干拉工序、中间热处理和表面处理工序、第二次干拉工序，经过第二次干拉后得到直径为600-900μm的钢丝，其特征在于：采用以下步骤进行：
一、通过滑动式水箱拉丝机，在乳化液的润滑和冷却下，将钢丝经23-27道次拉拔到90-110μm；
二、再次热处理工序对钢丝再次进行索氏体化，恢复钢丝的塑形、变形能力；
三、通过过线轮将钢丝引入由至少三个定型器组成的定型器组中，使钢丝产生折线变形，形成周期性波浪式弯曲；
四、可按步骤三所述再重新导入定型器组中，作两次以上定型；
五、通过电镀工序对成型后的钢丝进行电解酸洗，去除氧化皮、焦磷酸盐镀铜、硫酸锌镀锌，中频感应热扩散使铜锌均匀混合形成均匀的镀层，最后去除表面不易变形的氧化锌后收线到工字轮上。
3.根据权利要求2所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：钢丝表面经电镀形成镀层，镀层为铜或锌，或者是铜锌合金和锡铜合金。
4.根据权利要求2所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：电镀层的厚度10-30μm。
5.根据权利要求2所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：钢丝穿过定型器的圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝上下移动的距离为波高长度，定型器之间的距离为波长长度，圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具上下移动速度为波高长度/钢丝移动一个波长长度所需时间。
6.根据权利要求5所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具间的夹缝与钢丝大小相当。
7.根据权利要求5所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：圆形上折弯冲压模具和圆形下折弯冲压模具以圆心为中心做自转，自转速度与过线轮转速一致，方向保持相同。
8.根据权利要求2所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：步骤5得到的钢丝，再通过磨轮机打磨钢丝的波浪最高端，使钢丝的波浪最高端成为平面后，再收入工字轮。
9.根据权利要求8所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：钢丝波浪最高端的平面宽度为25-40μm。
10.根据权利要求8所述的太阳能硅片切割用钢丝的生产方法，其特征在于：在钢丝打磨完收入工字轮前，通过水喷洗，除去残渣。
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