CN109159311B - 一种高性能金刚石线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能金刚石线，包括芯层和涂覆于芯层表面的树脂层，所述芯层为不锈钢纤维簇，由至少3根不锈钢纤维缠绕形成。其制备方法包括纳米金刚石的表面乙烯基苯甲酸修饰、纳米硼纤维表面乙烯基硅氧烷改性、荷电基团的引入、树脂混合液的制备、金刚石线的制备等步骤。本发明公开的高性能金刚石线，制备方法简单易行，对设备要求不高，通过这种制备方法生产出来的金刚石线比现有技术中公开的金刚石线切割效率和强度更高，切割得到的硅片质量更好、切割成本更低廉，且树脂表面与钢丝粘结力更强。

Description

一种高性能金刚石线

本发明是中国专利“一种高性能金刚石线及其制备方法”的分案申请，申请日为2017年9月11日，申请号为201710813174.3。

技术领域

本发明属于金刚石线切割技术领域，具体涉及一种高性能金刚石线。

背景技术

随着经济社会的发展，太阳能光伏产业由于其绿色环保，已经逐步成为新的主导产业之一。晶硅片是常用的元件之一，其是通过硅锭或硅棒切割产生的，其切割方式最常见的有游离磨料和固结磨料两种，游离磨料环境污染严重、生产效率较低、硅片损伤层厚；固结磨料由于其具有工艺简单、制造周期短、成本低、柔韧性佳，加工表面质量好等优点，被广泛应用于光伏、IT行业所必须的硅片切割。

树脂型金刚石线就是固结磨料中的典型代表，其是利用树脂作为结合剂将金刚石磨料固结在金属丝上。其中树脂金刚线因具有制造工艺简单，生产成本低，生产效率高、硅片表面质量好等优势，已逐渐成为晶体硅片切割加工的主要方式。然而，树脂金刚线所用的树脂结合剂由于存在钢丝表面粘结力低，会导致树脂层和金刚石磨粒整体脱落，最终露出钢丝，会产生断线，此时需要更换线网，从而造成硅锭成品不良，增加了使用成本，大大降低了切割效率。

中国发明专利CN 103753720 A公开了一种用非镀覆金刚石制造树脂金刚线的方法，包括下列步骤：先对金刚石微粉进行表面改性处理；再配制树脂金刚砂共混物料；将该树脂金刚砂共混物料均匀涂覆在芯线上；经过一次固化、二次固化得到成品树脂金刚线。采用此发明制得的树脂金刚线，平均线径较小，切割质量高、效率高且切口损耗小；但是此发明无法解决树脂粘结剂与钢丝表面粘结力低的问题，树脂层与金刚石磨粒容易脱落。

中国发明专利申请公开说明书CN102658606A中公开了一种树脂金刚线的制作方法，其采用的就是金属涂层后的金刚砂。但是采用金属镀层的金刚石磨料的缺点在于：金刚石磨料的金属镀层工艺复杂，成本高，且危害操作人员的身体健康，环境污染严重，不利于长期发展。

因此，业内亟需一种有效的制备方法，制备出高性能金刚石线。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种高性能金刚石线及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备要求不高，通过这种制备方法生产出来的金刚石线比现有技术中公开的金刚石线切割效率和强度更高，切割得到的硅片质量更好、切割成本更低廉，且树脂表面与钢丝粘结力更强。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种高性能金刚石线的制备方法，包括如下步骤：

1)纳米金刚石的表面修饰：将纳米金刚石、纳米铬粉混合均匀，后悬浮于二氯甲烷中，再在里面加入乙烯基苯甲酸，室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

2)纳米硼纤维表面改性：将纳米硼纤维悬浮于二氯甲烷中，再在里面加入乙烯基硅氧烷，室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

3)荷电基团的引入：将乙烯基苄基氯溶解于二氯甲烷中，再在其中加入三乙胺，在室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

4)树脂混合液的制备：将步骤1)的产物、步骤2)的产物和步骤3) 的产物混合，加入到有机溶剂中，再在其中加入不饱和树脂、引发剂、乙烯基二茂铁，搅拌成为均匀的糊状物；

5)金刚石线的制备：将步骤4)中制备得到的树脂混合液涂覆于经等离子处理后的不锈钢纤维簇上，然后进行固化，得到金刚石线；

进一步地，步骤1)中所述纳米金刚石、纳米铬粉、二氯甲烷、乙烯基苯甲酸的质量比为：5:2:(15-20):1；

进一步地，步骤2)中所述纳米硼纤维、二氯甲烷、乙烯基硅氧烷的质量比为：3:(9-15):2；

进一步地，步骤3)中所述乙烯基苄基氯、二氯甲烷、三乙胺的质量比为：2:(6-10):3；

进一步地，步骤4)中所述步骤1)的产物、步骤2)的产物、步骤3) 的产物、有机溶剂、不饱和树脂、引发剂、乙烯基二茂铁的质量比为： (25-45):(3-5):(3-5):(50-100):(10-25):(3-5):(3-5)；

所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；

所述不饱和树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或几种；

所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种；

所述等离子体处理的功率为5-15KW；

所述步骤5)中固化温度为100-250℃，固化时间为10-15小时；

所述不锈钢纤维簇由至少3根不锈钢纤维缠绕形成；

一种高性能金刚石线采用所述一种高性能金刚石线的制备方法制备得到。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该金刚石线与现有技术中的金刚线相比大大提高了强度，树脂层与芯层的粘结力大；采用高性能的不锈钢纤维作为芯层材料，能实现了细直径化，能在硅片切割的过程中具有更高的出片率和材料利用率，使得金刚线有更优异的性能；利用等离子体处理不锈钢表面，有利于树脂与芯层的粘结；纳米金刚石表面修饰金属铬，一方面有利于纳米材料分散，另一方面有利于增强树脂层与芯层的粘结力；树脂中加入了荷电基团，有利于树脂与芯层的粘结；加入纳米硼纤维，由于纳米材料较大的表面积等优异特性，能赋予金刚线更高强度；各纳米材料通过化学键与树脂分子主链链接，能有效避免小分子的渗出。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种高性能金刚石线的制备方法，包括如下步骤：

1)纳米金刚石的表面修饰：将纳米金刚石500g、纳米铬粉200g混合均匀，后悬浮于二氯甲烷1500g中，再在里面加入乙烯基苯甲酸100g，室温下搅拌6小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

2)纳米硼纤维表面改性：将纳米硼纤维300g悬浮于二氯甲烷900g 中，再在里面加入乙烯基硅氧烷200g，室温下搅拌6小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

3)荷电基团的引入：将乙烯基苄基氯200g溶解于二氯甲烷600g中，再在其中加入三乙胺300g，在室温下搅拌6小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

4)树脂混合液的制备：将步骤1)的产物25份、步骤2)的产物3 份和步骤3)的产物4份混合，加入到四氢呋喃50份中，再在其中加入酚醛树脂20份、偶氮二异丁腈3份、乙烯基二茂铁4份，搅拌成为均匀的糊状物；

5)金刚石线的制备：将步骤4)中制备得到的树脂混合液涂覆于经等离子处理后的不锈钢纤维簇上，然后进行固化，得到金刚石线；所述等离子体处理的功率为5KW；所述固化温度为100℃，固化时间为10小时；所述不锈钢纤维簇由3根不锈钢纤维缠绕形成。

一种高性能金刚石线采用所述一种高性能金刚石线的制备方法制备得到。

实施例2

一种高性能金刚石线的制备方法，包括如下步骤：

1)纳米金刚石的表面修饰：将纳米金刚石500g、纳米铬粉200g混合均匀，后悬浮于二氯甲烷1700g中，再在里面加入乙烯基苯甲酸100g，室温下搅拌7小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

2)纳米硼纤维表面改性：将纳米硼纤维300g悬浮于二氯甲烷1000g 中，再在里面加入乙烯基硅氧烷200g，室温下搅拌7小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

3)荷电基团的引入：将乙烯基苄基氯200g溶解于二氯甲烷800g中，再在其中加入三乙胺300g，在室温下搅拌7小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

4)树脂混合液的制备：将步骤1)的产物30份、步骤2)的产物4 份和步骤3)的产物5份混合，加入到N,N-二甲基甲酰胺60份中，再在其中加入环氧树脂25份、偶氮二异庚腈4份、乙烯基二茂铁5份，搅拌成为均匀的糊状物；

5)金刚石线的制备：将步骤4)中制备得到的树脂混合液涂覆于经等离子处理后的不锈钢纤维簇上，然后进行固化，得到金刚石线；所述等离子体处理的功率为10KW；所述固化温度为150℃，固化时间为12小时；所述不锈钢纤维簇由5根不锈钢纤维缠绕形成。

一种高性能金刚石线采用所述一种高性能金刚石线的制备方法制备得到。

实施例3

一种高性能金刚石线的制备方法，包括如下步骤：

1)纳米金刚石的表面修饰：将纳米金刚石500g、纳米铬粉200g混合均匀，后悬浮于二氯甲烷1800g中，再在里面加入乙烯基苯甲酸100g，室温下搅拌7.5小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

2)纳米硼纤维表面改性：将纳米硼纤维300g悬浮于二氯甲烷1200g 中，再在里面加入乙烯基硅氧烷200g，室温下搅拌6.5小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

3)荷电基团的引入：将乙烯基苄基氯200g溶解于二氯甲烷850g中，再在其中加入三乙胺300g，在室温下搅拌7小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

4)树脂混合液的制备：将步骤1)的产物40份、步骤2)的产物5 份和步骤3)的产物5份混合，加入到二甲亚砜80份中，再在其中加入不饱和聚酯树脂24份、偶氮二异丁腈4份、乙烯基二茂铁5份，搅拌成为均匀的糊状物；

5)金刚石线的制备：将步骤4)中制备得到的树脂混合液涂覆于经等离子处理后的不锈钢纤维簇上，然后进行固化，得到金刚石线；所述等离子体处理的功率为12KW；所述固化温度为220℃，固化时间为13小时；所述不锈钢纤维簇由5根不锈钢纤维缠绕形成。

一种高性能金刚石线采用所述一种高性能金刚石线的制备方法制备得到。

实施例4

一种高性能金刚石线的制备方法，包括如下步骤：

1)纳米金刚石的表面修饰：将纳米金刚石500g、纳米铬粉200g混合均匀，后悬浮于二氯甲烷2000g中，再在里面加入乙烯基苯甲酸100g，室温下搅拌8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

2)纳米硼纤维表面改性：将纳米硼纤维300g悬浮于二氯甲烷1500g 中，再在里面加入乙烯基硅氧烷200g，室温下搅拌8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

3)荷电基团的引入：将乙烯基苄基氯200g溶解于二氯甲烷1000g中，再在其中加入三乙胺300g，在室温下搅拌8小时，后经过旋转除去溶剂后待用；

4)树脂混合液的制备：将步骤1)的产物45份、步骤2)的产物5 份和步骤3)的产物5份混合，加入到N-甲基吡咯烷酮100份中，再在其中加入酚醛树脂25份、偶氮二异庚腈5份、乙烯基二茂铁5份，搅拌成为均匀的糊状物；

5)金刚石线的制备：将步骤4)中制备得到的树脂混合液涂覆于经等离子处理后的不锈钢纤维簇上，然后进行固化，得到金刚石线；所述等离子体处理的功率为15KW；所述固化温度为250℃，固化时间为15小时；所述不锈钢纤维簇由3根不锈钢纤维缠绕形成。

一种高性能金刚石线采用所述一种高性能金刚石线的制备方法制备得到。

上述实施例的产品性能测试：

(1)抗拉强度测试，测试方法参照GBT8358-2006，测试结果见表1；

(2)硬度进行测试，测试方法参照GB/T 4340.1-1999，测试结果见表 1；

(3)切割性能测试，在型号为PV600硅片多线切割机上使用本发明实施例中金刚石线切割规格为8寸单晶的硅棒测试，理论出片数的计算方式为(棒长/棒距)*1000，实际出片数为实验切片得到的数据，出片率为实际数据/理论数据，成品率为实际出片中合格的数量/实际出片量，材料利用率为片厚/槽距；测试结果见表1。

表1各组实施例所制备的金属线性能检测结果

从上表可以看出，本发明公开的用于多线切割的钢线具有较好的硬度、抗拉强度，在切割硅片时，材料利用率较高，并且出片率和成品率也较高。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高性能金刚石线，其特征在于，包括芯层和涂覆于芯层表面的树脂层，所述芯层为不锈钢纤维簇，由至少3根不锈钢纤维缠绕形成；所述的树脂层为固化后的树脂混合液，由各纳米材料通过化学键与树脂分子主链链接反应得到；

所述的树脂混合液的各纳米材料包括表面修饰金属铬的纳米金刚石、乙烯基硅氧烷表面改性的纳米硼纤维、加入荷电基团的乙烯基苄基氯，将各纳米材料混合，加入到有机溶剂中，再在其中加入不饱和树脂、引发剂、乙烯基二茂铁，搅拌成为均匀的糊状物即得树脂混合液。

2.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石线，其特征在于，所述的表面修饰金属铬的纳米金刚石是将纳米金刚石、纳米铬粉混合均匀，后悬浮于二氯甲烷中，再在里面加入乙烯基苯甲酸，室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后制得。

3.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石线，其特征在于，所述的乙烯基硅氧烷表面改性的纳米硼纤维是将纳米硼纤维悬浮于二氯甲烷中，再在里面加入乙烯基硅氧烷，室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后制得。

4.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石线，其特征在于，所述的加入荷电基团的乙烯基苄基氯是将乙烯基苄基氯溶解于二氯甲烷中，再在其中加入三乙胺，在室温下搅拌6-8小时，后经过旋转除去溶剂后制得。

5.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石线，其特征在于，所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石线，其特征在于，所述不饱和树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或几种；所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种。