本发明涉及金刚石线切割
技术领域：
，特别涉及一种树脂金刚线及其制备方法。
背景技术：
：早期，为了解决大尺寸硅片的加工问题，人们通常采用线锯加工技术将硅棒切割成片。早期的线锯加工技术是采用裸露的金属线和游离的磨料，在加工过程中，将磨料以第三者加入到金属线和加工件之间产生切削作用。这种技术被成功地用于对硅和碳化硅的加工。为了进一步缩短加工时间，以及对其它坚硬物质和难以加工的陶瓷进行加工，人们将金刚石磨料以一定的方式固定到金属线上，从而产生了固定金刚石线锯。金刚石线又称金刚线，是指利用电镀工艺或树脂结合的方法，将金刚石磨料固定在金属丝(即母线)上。电镀型金刚线用电镀的方法在母线上沉积一层金属(一般为镍和镍钴合金)，并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。树脂型金刚线利用树脂作为结合剂将金刚石磨料固结在母线上。其中，电镀型金刚线的镀覆过程需要涉及大量重金属离子，环保压力大，而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，金刚线切割技术在光伏领域也受到越来越多的关注。目前，树脂金刚线主要是将酚醛树脂与金刚石磨料固结于母线而得到，其通常存在以下问题：树脂与金刚石之间的结合力较差，且磨削过程中由于受热，树脂对金刚石的把持力进一步下降，制约了树脂金刚线性能的提升，研究表明，在切割过程中，约70％的金刚石未有效参与切割而直接脱落，有效切割性较差。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种树脂金刚线及其制备方法，本发明提供的树脂金刚线大大提高了树脂与金刚石的结合力，从而提升了树脂金刚线的切割力。本发明提供了一种树脂金刚线，包括母线和涂覆于所述母线表面的树脂涂层；形成所述树脂涂层的原料包括树脂、改性金刚石磨料和填料；所述改性金刚石磨料为等离子处理的金刚石微粉。本发明提供的树脂金刚线大大提高了树脂与金刚石的结合力，树脂对金刚石把持更为牢固，不易脱落，有效参与切割的金刚石数量更多，金刚石损耗更低，从而提升了树脂金刚线的切割力。本发明中，所述母线的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的母线即可；在一个实施例中，母线为高碳钢丝。本发明中，所述母线的直径优选为50～70μm。本发明中，形成树脂涂层的原料中采用了改性金刚石磨料；所述改性金刚石磨料为等离子处理的金刚石微粉。本发明中，采用等离子处理对金刚石微粉进行改性，改变了金刚石微粉的表面特性，显著提高了树脂的浸润性和把持力，从而提高切割效率；而且，等离子处理过程环境友好，无废液和废气排放。等离子体有别于固、液、气三态物质，属于物质的第四态，是在特定条件下使气(汽)体部分电离而产生的非凝聚体系；它由处于高速运动状态的电子、处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基)，离子化的原子、分子，分子解离反应过程中生成的紫外线、未反应的分子、原子等组成，等离子体作用于材料表面，使表面分子的化学键发生重组，引入新的基团，形成新的表面特性。获得等离子体或等离子体处理的方式多种多样，包括热电离法、激波法、光电离法、射线辐照法、及直流、低频、射频、微波气体放电法等等。然而，等离子体与被处理材料表面的作用机制十分复杂，迄今为止还没有报道明确地阐述等离子体中的何种活性种与被处理材料表面发生了怎样的化学反应。经申请人研究发现，采用如下等离子处理技术来处理金刚石微粉，能够显著改善树脂与金刚石间的结合性。本发明中，所述等离子处理为低温等离子准辉光放电等离子处理；其对温度没有特殊限制，无需额外升温，在常温下进行即可。本发明中，所述等离子处理的气氛优选包括空气、氧气、氮气和氩气中的一种或几种。在所述气氛下能够使金刚石获得有益极性基团，令金刚石微粉形成新的优异表面特性，进而改善金刚石微粉与树脂间的结合性。本发明中，所述气氛的气体流量优选为3～300L/h。本发明中，所述等离子处理的电压优选为10～50KV。本发明中，所述等离子处理中，金刚石微粉的单次处理量优选为2000～10000ct。本发明中，所述等离子处理的时间优选为15～30min。本发明中，被处理的金刚石微粉的粒径优选为4～25μm。实验结果表明，相比于未改性处理的普通金刚石磨料，采用改性金刚石磨料的树脂金刚线切割时，金刚石脱落率降低至少一半以上，金刚石磨损率降低达55％左右，说明改性金刚石磨料与树脂的结合力更强，把持更为牢固。本发明中，形成树脂涂层的原料中还包括树脂；所述树脂优选为聚酰亚胺树脂。聚酰亚胺主链上含有聚亚胺环(-CO-NH-CO-)，固化时不产生低分子挥发物，与本发明其它组分形容性好，粘结强度高。经申请人研究发现，相比于其它树脂及以往的酚醛树脂，采用聚酰亚胺树脂与上述改性金刚石磨料结合，在切割过程中表现出优异的力学强度和耐热性能，能够成倍地提高树脂金刚线的切割力，大幅降低切片客户的使用成本，进而提升树脂金刚线的市场竞争力。本发明中，形成树脂涂层的原料中还包括填料；所述填料优选包括铜粉、氧化锌、碳化硅和氧化铝中的一种或几种。本发明中，所述树脂、改性金刚石磨料与填料的质量比优选为(15～45)∶(20～40)∶(5～25)。本发明中，所述树脂涂层的厚度为3～8μm。本发明中，所述树脂金刚线的直径为62～86μm。本发明提供的树脂金刚线大大提高了树脂与金刚石的结合力，树脂对金刚石把持更为牢固，不易脱落，有效参与切割的金刚石数量更多，金刚石损耗更低，从而提升了树脂金刚线的切割力。另外，本发明提供的树脂金刚线的加工过程中不会产生低分子挥发物，十分环保。本发明还提供了一种上述技术方案所述的树脂金刚线的制备方法，包括以下步骤：a)将金刚石微粉进行等离子处理，得到改性金刚石磨料；b)将树脂、改性金刚石磨料、填料和溶剂混合，得到浆料；c)对母线涂覆所述浆料、干燥固化，得到树脂金刚线。所述步骤a)中，金刚石微粉的粒度，等离子处理的条件均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。所述步骤b)中，树脂、改性金刚石磨料和填料的种类、用量等均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。本发明中，所述溶剂优选包括二甲基甲酰胺(即DMF)、甲酚、四氢呋喃(即THF)和甲苯中的一种或几种。本发明中，所述溶剂在浆料中的质量分数优选为20％～40％。所述步骤c)中，所述涂覆的方式没有特殊限制，为本领域常规的对母线涂覆的手段即可，如将母线经过涂覆模具进行涂覆。本发明中，所述干燥固化优选包括：先在200～400℃下预固化；再在160～230℃下固化处理3～16h。所述预固化的时间较短，母线优选以30～150m/min的走线速度在200～400℃下完成预固化，通过预固化使涂覆在母线的树脂浆料产生一定强度；在所述预固化后，进一步通过长时间的固化处理使树脂达到100％交联，从而得到树脂金刚线。本发明提供的制备方法简单易行，制备过程中不产生低分子挥发物，十分环保，所得树脂金刚线具有优异的把持力，切割过程中金刚石不易脱落，有效参与切割的金刚石数量更多，金刚石损耗更低，从而提升了树脂金刚线的切割力。实验结果表明，利用本发明的树脂金刚线进行切割，金刚石脱落率低于25％，金刚石磨损率低于26％。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1所得树脂金刚线S-1的形貌图。具体实施方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。实施例1将D50为9.1μm的金刚石微粉在氧气气氛下进行等离子处理，气体流量为150L/h，电压为30KV，金刚石微粉的单次处理量为5000ct，处理时间为30min，得到改性金刚石磨料。将36％的聚酰亚胺树脂、25％的改性金刚石磨料、15％的氧化铝和24％的DMF混合，得到浆料。将高碳钢丝母线经过模具涂覆浆料后，以90m/min的走线速度经过300℃烘炉烘干并收卷，再在220℃下后处理5h，得到树脂金刚线(记为S-1)。所得树脂金刚线的形貌结构参见图1，图1为本实施例所得树脂金刚线S-1的形貌图。设置对照样：按照上述制备过程进行制备，不同的是，未对金刚石微粉进行等离子处理；所得树脂金刚线记为D-1。分别以树脂金刚线S-1和D-1为切割线，以8寸单晶硅棒作为切割对象进行切割试验，测试切割后树脂金刚线的脱落率，测试结果参见表1：表1本发明实施例1中树脂金刚线S-1和D-1的切割数据项目D-1S-1金刚石微粉粒度D509.1μm9.1μm母线直径70μm70μm树脂金刚线直径84.1μm84.1μm400倍显微镜金刚石数量9192树脂涂层厚度7.05μm7.05μm硅棒规格600mm8寸单晶600mm8寸单晶切割机台PV500HDPV500HD切割耗时2.5h2.5h单片耗线2.5m/pcs2.5m/pcs金刚石脱落率40％13％金刚石磨损率45％18％表1中，金刚石脱落率为(切割前原金刚石数量-切割后剩余金刚石数量)/切割前原金刚石数量；金刚石磨损率为(切割前原金刚石露出高度-切割后剩余金刚石露出高度)/切割前原金刚石露出高度。由表1测试结果可知，相比于未改性处理的普通金刚石磨料，采用改性金刚石磨料的树脂金刚线切割时，金刚石脱落率降低至少一半以上，金刚石磨损率降低达55％，说明改性金刚石磨料与树脂的结合力更强，把持更为牢固，切割过程中金刚石不易脱落，有效参与切割的金刚石数量更多，金刚石损耗更低，从而提升树脂金刚线的切割力。实施例2将D50为9.1μm的金刚石微粉在氧气气氛下进行等离子处理，气体流量为150L/h，电压为20KV，金刚石微粉的单次处理量为5000ct，处理时间为30min，得到改性金刚石磨料。将25％的聚酰亚胺树脂、30％的改性金刚石磨料、20％的铜粉和25％的DMF混合，得到浆料。将高碳钢丝母线经过模具涂覆浆料后，以90m/min的走线速度经过300℃烘炉烘干并收卷，再在220℃下后处理5h，得到树脂金刚线(记为S-2)。按照实施例1的切割测试方法对所得树脂金刚线S-2进行切割试验，测试结果显示：金刚石脱落率为19％，金刚石磨损率为22％。可以看出，改性金刚石磨料与树脂的结合力较强，把持牢固，切割过程中金刚石不易脱落，有效参与切割的金刚石数量多，金刚石损耗低。实施例3将D50为9.1μm的金刚石微粉在氧气气氛下进行等离子处理，气体流量为50L/h，电压为30KV，金刚石微粉的单次处理量为5000ct，处理时间为30min，得到改性金刚石磨料。将25％的聚酰亚胺树脂、30％的改性金刚石磨料、20％的碳化硅和25％的DMF混合，得到浆料。将高碳钢丝母线经过模具涂覆浆料后，以90m/min的走线速度经过250℃烘炉烘干并收卷，再在200℃下后处理6h，得到树脂金刚线(记为S-3)。按照实施例1的切割测试方法对所得树脂金刚线S-3进行切割试验，测试结果显示：金刚石脱落率为18％，金刚石磨损率为22％。可以看出，改性金刚石磨料与树脂的结合力较强，把持牢固，切割过程中金刚石不易脱落，有效参与切割的金刚石数量多，金刚石损耗低。实施例4将D50为9.1μm的金刚石微粉在氧气气氛下进行等离子处理，气体流量为300L/h，电压为50KV，金刚石微粉的单次处理量为8000ct，处理时间为30min，得到改性金刚石磨料。将25％的聚酰亚胺树脂、30％的改性金刚石磨料、20％的碳化硅和25％的DMF混合，得到浆料。将高碳钢丝母线经过模具涂覆浆料后，以90m/min的走线速度经过250℃烘炉烘干并收卷，再在200℃下后处理6h，得到树脂金刚线(记为S-4)。按照实施例1的切割测试方法对所得树脂金刚线S-4进行切割试验，测试结果显示：金刚石脱落率为23％，金刚石磨损率为25％。可以看出，改性金刚石磨料与树脂的结合力较强，把持牢固，切割过程中金刚石不易脱落，有效参与切割的金刚石数量多，金刚石损耗低。实施例5按照树脂金刚线S-4的制备过程进行制备，不同的是，将聚酰亚胺树脂替换为酚醛树脂，所得树脂金刚线记为S-5。按照实施例1的切割测试方法进行切割试验，测试结果参见表2：表2本发明实施例2中树脂金刚线S-2的切割数据项目S-4S-5金刚石微粉粒度D509.1μm9.1μm母线直径70μm70μm树脂金刚线直径84.1μm84.1μm400倍显微镜金刚石数量9292树脂涂层厚度7.05μm7.05μm硅棒规格600mm8寸单晶600mm8寸单晶切割机台PV500HDPV500HD切割耗时2.5h2.5h单片耗线2.5m/pcs2.5m/pcs金刚石脱落率23％32％金刚石磨损率25％30％由表2测试结果可知，相比于其它树脂，采用聚酰亚胺树脂能够进一步提升树脂与金刚石的结合力，降低金刚石的脱落率；从而提升了树脂金刚线的切割力。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方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。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。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。当前第1页1 2 3