专利名称：用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属热处理，具体涉及一种用于切割太阳能电池硅片的钢线的热处理 方法。
背景技术：
太阳能电池也称为光伏电池，是一种通过光电效应直接把光能转化为电能的装 置。硅片是太阳能电池的核心部件，也是太阳能电池中最昂贵的部件，因此，降低硅片的制 造成本是控制太阳能电池成本最有效的手段之一。硅片的制造工序主要包括制造硅块和利用硅块切割硅片两个工序，制造硅块是将 多晶硅或单晶硅原料经过多个提纯工艺处理后得到纯度符合光伏电池要求的硅块的工艺 过程，然后再切割硅块得到硅片。制造硅块和切割硅片占据了硅片制造成本的绝大部分。现有技术中，一般使用钢线作为切割线切割硅块得到硅片，硅片切片的加工效率 和硅片的加工质量直接是影响硅片切割成本的两个重要因素，而且也决定了整个硅片生产 的全局。上述两个因素都与钢线的质量密切相关，主要原因如下提高切割速度，可以提高 硅片的加工效率，但是更高的切割速度意味着硅块与钢线之间更大的摩擦力，因此对于钢 线的强度和耐磨性都提出了较高的要求。硅片的加工质量也受钢线的质量所影响，如果钢 线经常断裂，显然会影响硅片的加工质量。此外，钢线直径的大小还是影响硅片成本的一个 重要因素，当减小钢线直径时，可以减少硅块的截口损失，即可以在同样长度的硅块中切割 出更多的硅片，从而降低硅片的单位切割成本，但减小钢线直径时对钢线的强度和耐磨性 也提出了更高的要求。现有技术中，钢线的材质主要是高速钢，常用的热处理方法是淬火+高温回火工 艺，淬火的过程中，钢线中的奥氏体组织转变为具有更高强度和耐磨性的马氏体组织，高温 回火用于消除淬火时产生的内应力和生成具有更高耐磨性的碳化物。但是，由于马氏体的 完全转变温度较低，在-190°左右，因此现有的热处理方法处理后的钢线的强度和耐磨性 都受到了较大的限制。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，提供一种用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷处 理方法，与现有技术相比，经过深冷处理后的钢线可以提高使用寿命。为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷 处理方法，包括步骤包括a)将钢线从第一环境温度降至_192°C _196°C进行第一次保温；b)将第一次保温后的钢线升温至100°C 120°C进行第二次保温；c)将第二次保温后的钢线降温至_192°C _196°C进行第三次保温；d)将第三次保温后的钢线升温至室温。
优选的，所述步骤a)中第一环境温度为16°C 32°C。优选的，所述步骤a)中的第一次保温时间优选为0. 5h 2.证。优选的，所述步骤a)中的降温速率为0. 40C /min 1. 0°C /min。优选的，所述步骤b)中的升温速度为0. 40C /min 1. 0°C /min。优选的，所述步骤b)中的第二次保温时间为20min lh。优选的，所述步骤c)中的降温速度为0. 40C /min 1. 0°C /min优选的，所述步骤c)中的第三次保温时间优选为0. 5h 2.证。优选的，所述步骤d)中的升温速度为0. 40C /min 1. 0°C /min。本发明还提供一种在上述深冷处理方法中使用的深冷处理装置，其特征在于，包 括密闭的工件仓，与所述密闭的工件仓连接的液氮供入装置、控温系统和真空系 统；在所述密闭的工件仓内安装有钢线收线装置和钢线放线装置。本发明提供一种用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷处理方法，本发明对切割 硅片的钢线依次进行两次深冷保温处理，在深冷保温处理的过程中，钢线中的残余奥氏体 在低温下会部分转变为马氏体组织。在奥氏体组织转变为马氏体组织的过程中，会减少组 织缺陷和应力集中，从而提高钢的强度、冲击韧性和耐磨性。另外，对于其余残余奥氏体组 织，在深冷处理过程中，会由原来的块状形状改变为膜状分布在马氏体边界，当钢线在切割 硅片的过程中承受外力时，膜状的奥氏体可以松弛马氏体边界的应力集中，从而提高钢线 的韧性。实验结果表明，经过深冷处理后的钢线的使用寿命得到了明显的提高。
图1为本发明提供的钢线深冷处理装置的一种实施方式的侧视剖面图；图2为图1所示的钢线深冷处理装置的俯视剖面图。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，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。本发明提供一种用于切割硅片的钢线的热处理方法，包括步骤a)将钢线从第一环境温度降至_192°C _196°C进行第一次保温；b)将第一次保温后的钢线升温至100°C 120°C进行第二次保温；c)将第二次保温后的钢线降温至_192°C _196°C进行第三次保温；d)将第三次保温后的钢线升温至室温。按照本发明，所述步骤a)中的第一环境温度优选为16°C 32°C，更优选为18°C ^°C，更优选为25°C。所述步骤a)中对钢线降温时优选将钢线放置在液氮中进行降温，优 选降至-196°C ；所述第一次保温时间优选为0. 5h 2. 5h，更优选为0. 8h 2. 2h，更优选为 Ih 1. 5h。所述步骤a)中的降温速率优选为0. 40C /min 1. 0°C /min,更优选为0. 5°C / min 0. 9°C /min,更优选为 0. 5°C /min。
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按照本发明，所述步骤b)中优选将所述第一次保温后的钢线升温至105°C 120°C，更优选为107°C 115°C，更优选为110°C 115°C ；所述第二次保温时间优选为 20min lh，更优选为30min lh，更优选为30min 40min ；所述步骤b)中的升温速率优 选为 0. 40C /min 1. 0°C /min,更优选为 0. 5°C /min 0. 9°C /min,更优选为 0. 5°C /min。按照本发明，对钢线进行第二次保温的过程中，可以释放在第一次深冷处理过程 中的内应力。第二次保温之后，将钢线降温至_192°C _196°C，优选为_196°C进行第三次 保温，降温速率优选为0. 40C /min 1. 0°C /min,更优选为0. 5°C /min 0. 9°C /min,更优 选为0. 50C /min ；第三次保温之间优选为0. 5h 2. 5h，更优选为0. 8h 2. 2h，更优选为 Ih 1. 5h。第三次保温后，将钢线升温至室温，升温速率优选为0. 40C /min 1. 0°C /min, 更优选为 0. 50C /min 0. 9°C /min,更优选为 0. 5°C /min。本发明对切割硅片的钢线依次进行两次深冷保温处理，在深冷保温处理的过程 中，钢线中的残余奥氏体在低温下会部分转变为马氏体组织。在奥氏体组织转变为马氏体 组织的过程中，会减少组织缺陷和应力集中，从而提高钢的强度、冲击韧性和耐磨性。另外， 对于其余残余奥氏体组织，在深冷处理过程中，会由原来的块状形状改变为膜状分布在马 氏体边界，当钢线在切割硅片的过程中承受外力时，膜状的奥氏体可以松弛马氏体边界的 应力集中，从而提高钢线的韧性。本发明所述钢线材质优选为高速钢，具体例子可以是牌号为W18Cr4V、 W18Cr4VCo5,W18Cr4V2Co8, W12Cr4V5Co5,W6Mo5Cr4V0本发明还提供一种用于对所述钢线进行深冷处理的装置，请参见图1和图2，图1 为本发明提供的钢线深冷处理装置的一种实施方式的侧视剖面图，图2为图1所示的钢线 深冷处理装置的俯视剖面图。如图1和图2所示，所述钢线深冷处理装置包括密闭的工件 仓21、与所述工件仓连接的液氮供入装置、真空系统(未示出)和控温系统(未示出)，所 述工件仓安装在支架20上，液氮供入装置包括非接触式循环泵202。其中，所述液氮供入 装置用于向工件21内供入液氮，真空系统包括真空泵，用于对工件仓进行抽真空处理；控 温系统用于检测工件仓内的环境温度，从而控制液氮的供入速度。所述工件仓上安装有液 氮压力表11、真空度表12和温度传感器13 ；所述液氮压力表11用于监测工件仓21内的压 力，真空度表12用于检测工件仓内的真空度，温度传感器13用于监测工件仓的内的温度， 并向控温系统传递温度信号。在所述工件仓内，安装有钢线放线装置1和钢线收线装置2，所述钢线放线装置1 和钢线收线装置2具有相同的结构，钢线放线处理装置的作用是安装钢线卷，然后抽出钢 线进行深冷处理后，用钢线收线装置进行收线。以下以钢线放线装置1为例，具体说明其结构。钢线放线装置1包括芯轴18，所述 芯轴18可旋转的安装在两个支柱17上，在芯轴18上固定安装有线轴16和齿轮15，钢线 22缠绕在所述线轴16上。在密闭的工件仓的外面安装有磁力接触泵201，相应的在钢线放 线装置1的一端安装有外磁铁19，外磁铁19在磁力接触泵的作用下旋转从而带动芯轴18 旋转，放出钢线22。钢线放线装置1的齿轮15与钢线收线2的齿轮相啮合，这样可以实现 钢线收线装置1和钢线放线装置2的同步旋转，当钢线22从钢线放线装置1放出后，钢线 收线装置2对钢线22进行收卷。在对钢线进行深冷处理时，先对工件仓进行抽真空处理，然后向工件仓内供入液氮，液氮的供入速度可以根据由控温系统进行调整，即按照预定的降温速度向工件仓内供 入液氮，保温时间可以通过控制液氮的停留时间进行控制，然后按照预定的升温速度对工 件仓进行抽真空。以下以具体实施例说明本发明的效果，但是本发明的保护范围不受以下实施例的 限制实施例1钢线材质为W18Cr4V，直径为Φ0. 1mm，升温处理工艺如下a)将钢线从室温下以0. 5°C /min的速度降温至_196°C第一次保温Ih ；b)将第一次保温后的钢线以0. 6°C /min的速率升温至110°C第二次保温1. 5h ；c)将第二次保温后的钢线以0. 50C /min的速率降温至_192°C _196°C进行第三 次保温1.2h ；d)将第三次保温后的钢线以0. 5°C /min的速率升温至室温。使用深冷处理后的钢线切割硅片，切割120m2后断裂，与未经过深冷处理后的钢线 相比，切割面积提高25%。实施例2钢线材质为W18Cr4VCo5，直径为Φ0. 1mm，深冷处理工艺如下a)将钢线从室温下以0. 5°C /min的速度降温至_194°C第一次保温0. 8h ；b)将第一次保温后的钢线以0. 8°C /min的速率升温至110°C第二次保温1. 5h ；c)将第二次保温后的钢线以0. 70C /min的速率降温至_192°C _196°C进行第三 次保温1.5h ；d)将第三次保温后的钢线以0. 6°C /min的速率升温至室温。使用深冷处理后的钢线切割硅片，切割IlOm2后断裂，与未经过深冷处理后的钢线 相比，切割面积提高22%。实施例3钢线材质为W18Cr4V2Co8，直径为Φ0. 1mm，深冷处理工艺如下a)将钢线从室温下以0. 7°C /min的速度降温至_196°C第一次保温1. 5h ；b)将第一次保温后的钢线以0. 6°C /min的速率升温至110°C第二次保温1. 5h ；c)将第二次保温后的钢线以0. 50C /min的速率降温至_194°C _196°C进行第三 次保温1.6h ；d)将第三次保温后的钢线以0. 7°C /min的速率升温至室温。使用深冷处理后的钢线切割硅片，切割USm2后断裂，与未经过深冷处理后的钢线 相比，切割面积提高观％。以上对本发明所提供的用于切割硅片的钢线的热处理方法以及热处理装置进行 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方法及其核心思想。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。
权利要求
1.一种用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷处理方法，其特征在于，包括a)将钢线从第一环境温度降至_192°C _196°C进行第一次保温；b)将第一次保温后的钢线升温至100°C 120°C进行第二次保温；c)将第二次保温后的钢线降温至-192°C -196°C进行第三次保温；d)将第三次保温后的钢线升温至室温。
2.根据权利要求1所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤a)中第一环境温度为 16 32 。
3.根据权利要求1所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤a)中的第一次保温时 间优选为0. 5h ~ 2. 5h0
4.根据权利要求3所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤a)中的降温速率为 0. 40C /min 1. 0°C /min。
5.根据权利要求1至4任一项所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤b)中的升 温速度为 0. 40C /min 1. 0°C /min。
6.根据权利要求5所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤b)中的第二次保温时 间为20min Ih。
7.根据权利要求6所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤c)中的降温速度为 0. 40C /min 1. 0°C /min
8.根据权利要求7所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤c)中的第三次保温时 间优选为0. 5h ~ 2. 5h0
9.根据权利要求8所述的深冷处理方法，其特征在于，所述步骤d)中的升温速度为 0. 40C /min 1. 0°C /min。
10.一种在权利要求1至9任一项所述的深冷处理方法中使用的深冷处理装置，其特征 在于，包括密闭的工件仓，与所述密闭的工件仓连接的液氮供入装置、控温系统和真空系统；在所述密闭的工件仓内安装有钢线收线装置和钢线放线装置。
全文摘要
本发明提供用于切割太阳能电池硅片的钢线的深冷处理方法，包括a)将钢线从第一环境温度降至-192℃～-196℃进行第一次保温；b)将第一次保温后的钢线升温至100℃～120℃进行第二次保温；c)将第二次保温后的钢线降温至-192℃～-196℃进行第三次保温；d)将第三次保温后的钢线升温至室温。与现有技术相比，本发明对钢线进行两次深冷处理后，可以将钢线中的部分残余奥氏体组织转变为马氏体组织，减少钢线中的组织缺陷和应力集中现象，从而提高钢线的强度、韧性和耐磨性，最终提高钢线的切割寿命。
文档编号C21D9/52GK102127624SQ201110048010
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者王士元, 甄云云, 陈敬欣 申请人:英利能源(中国)有限公司