第八章我們就矽片切割的各種工藝方法進(jìn)行了概括，總結(jié)了各個(gè)切割方式的發(fā)展過程和優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了金剛石內(nèi)圓鋸切割的方式和問題所在，矽片切割過程中可能出現(xiàn)的主要問題及其產(chǎn)生的原因，用以佐證不同矽片切割工藝的特點(diǎn)。

概括而言，傳統(tǒng)上的金剛線鋸，金剛線繩鋸都是碳鋼絲、琴鋼絲或者合金鋼絲為基體母絲的。目前少部分，未來大部分金剛線都將是鎢絲或者摻雜鎢絲基體的；從應(yīng)用領(lǐng)域看，切割厚度大和長度長材料用途需要較大直徑的金剛線，切割較小尺寸和較薄厚度則可使用線徑較小的金剛線；環(huán)保因素優(yōu)先、被切割材料價(jià)值較低用途的以碳鋼絲基體金剛線成本較低，被切割材料價(jià)值高、或難以獲得、具有特殊意義需要盡可能多片同質(zhì)化程度高的材料，以減少材料損耗和切割效率為優(yōu)先選項(xiàng)者，鎢絲基體母絲金剛線為最佳選項(xiàng)。

基於上述理由，本調(diào)研的第九部分所涉及到的金剛線，包含所有材料基體母絲的金剛線，為了總體介紹其適用範(fàn)圍和領(lǐng)域，我們不再詳細(xì)區(qū)分描述。

金剛線

超硬材料（Superhard Material）指硬度極高一部分材料，主要包括天然鑽石（Diamond，金剛石）、人工製造的聚合鑽石納米棒（ADNR）、化學(xué)氣相沉積金剛石（CVDD）、立方氮化硼（CBN）、多晶立方氮化硼（PCBN）等。常規(guī)使用的超硬材料主要是指人工金剛石和立方氮化硼。金剛石是已知的世界上最硬的物質(zhì)，立方氮化硼硬度僅次於金剛石，這兩種超硬材料的硬度遠(yuǎn)高於剛玉、碳化矽、硬質(zhì)合金、高速鋼等硬質(zhì)工具材料。具有高導(dǎo)熱性、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等多種優(yōu)良性能的金剛石是已知最硬的物質(zhì)，除了一般金屬材料有色金屬及其合金的精密加外，特別適用於加工硬脆非金屬材料。

硬質(zhì)合金則是僅次於上述超硬材料之後的另一類硬度極高的脆硬合金材料，在需要進(jìn)行加工時(shí)，金剛線鋸也是一個(gè)選項(xiàng)之一。

金剛線是對(duì)超硬材料對(duì)脆硬材料切割性能絕佳使用範(fàn)例。傳統(tǒng)意義上的金剛線就是利用碳鋼絲的抗彎和和抗拉強(qiáng)度附著微型金剛石鋸齒，使之達(dá)到了很高的壓力強(qiáng)度承載能力並具有了磨削切割能力，提高切了割效率和切割品質(zhì)?？v觀近年來光伏行業(yè)的晶矽切割的發(fā)展，我們可以說金剛線對(duì)於特種材料（如晶矽）切割和太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展與推動(dòng)都是事關(guān)重要的。最近兩年由於晶矽價(jià)格高企，（本文前日成文過程中查閱資料，矽料價(jià)格已經(jīng)超過人民幣300元/千克）在此情況下，節(jié)省晶矽料就變得越來越重要，鎢絲母線也就會(huì)更快地被賦予替代碳鋼絲的使命。

線鋸切割發(fā)展至今，為了不斷改進(jìn)工藝提高生產(chǎn)效率，已經(jīng)由單線鋸發(fā)展到多線鋸切割工藝。金剛線多線切割工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前最為完善和效率很高的先進(jìn)一種特殊切割工藝，應(yīng)用廣泛。中鎢在線調(diào)研團(tuán)隊(duì)仔細(xì)梳理已經(jīng)在使用或可以使用的領(lǐng)域和產(chǎn)品，認(rèn)為金剛線目前和可見的未來可以應(yīng)用在以下材料加工工藝上：在光伏晶矽、磁性材料、藍(lán)寶石、新能源電池、精密陶瓷（陶瓷靶材）、建築等行業(yè)，切割物件主要是晶體矽（多晶矽切片，單晶矽，晶棒）、藍(lán)寶石（白寶石）等人工晶體材料籽晶開方、切片、紅外光學(xué)材料（如硒化鋅、硫化鋅、矽、鍺等晶體）、熱電材料（如碲化鉍，碲化鉛、矽鍺合金等）、硬質(zhì)合金、鑽石玉器、光學(xué)玻璃、水晶、生活陶瓷、石墨、塑膠、PVC、橡膠製品（如輪胎）瓷磚、混凝土、磁性材料、石材、鋯石、耐火磚巖樣、PCB板、隕石、海洋結(jié)核、耐火材料、生物及仿生複合材料等金屬和非金屬脆硬材料、高溫合金、高熵合金、非晶合金等各種材料。金剛線切割用在貴重寶石、隕石、生物塑化標(biāo)本、稀貴/名貴裝飾石材的切片切縫小，切割品質(zhì)好，更重要的是能夠最大可能地降低稀貴材料的損壞和損耗。

福建南安高時(shí)石材公司堆場待切割的石材

中鎢在線認(rèn)為：在鎢絲基體母絲金剛線技術(shù)成熟，沒有革命性替代金剛線切割技術(shù)出現(xiàn)之前，將會(huì)有較長時(shí)間碳鋼絲基體金剛線和鎢絲基體金剛線各自在不同領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的時(shí)期，較粗的碳鋼絲金剛線和較細(xì)的鎢絲金剛線各有切割效率與成本優(yōu)勢，適用於不同的切割領(lǐng)域。如建築、大理石等價(jià)值較低、尺寸較大、切割強(qiáng)度較高的材料是碳鋼絲金剛線的切割領(lǐng)域，而極細(xì)鎢絲金剛線則是用於價(jià)值較高的精細(xì)切割領(lǐng)域，如晶矽片、藍(lán)寶石、鑽石玉器、特種磁性材料、特種合金、特種加工品修型等。

由概念來看，凡是脆硬材料都可以使用與金剛線來進(jìn)行切割，但實(shí)際上是否需要使用金剛線切割技術(shù)，還決定於兩個(gè)特殊的因素：（1）是否具有經(jīng)濟(jì)性，即使用金剛線切割和其他切割方式相比較的成本高低；（2）是否具有安全環(huán)保性。這一點(diǎn)需要說明的是，如果在環(huán)保要求壓力增加時(shí)，經(jīng)濟(jì)性可能會(huì)由此降低，因金剛線切割較少的廢碎料，較少的揚(yáng)塵而具有現(xiàn)實(shí)意義，如大量大理石切割粉料帶來的區(qū)域性環(huán)保問題；也同樣如果在生產(chǎn)安全需要的時(shí)候，金剛線可能也是某些領(lǐng)域，如廢舊建築拆除不得不考慮的優(yōu)先選項(xiàng)，在不能進(jìn)行爆破、強(qiáng)力拆除、不能有揚(yáng)塵和噪音的鬧市區(qū)，經(jīng)濟(jì)成本降低次要地位，而相對(duì)安全、底噪和無塵的金剛線鋸拆除方法就是首選。

需要特別說明的是，中鎢在線在過往服務(wù)客戶的歷史上，也向食品業(yè)（如麵包蛋糕切割）、造紙業(yè)、醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域的特殊需求提供了專門設(shè)計(jì)的切割鎢絲。這些經(jīng)驗(yàn)也將給鎢絲金剛線切割未來應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展以有益的啟示。因此我們說，切割是人類使用時(shí)期以來就採用的生產(chǎn)生活加工技術(shù)，切割工具也隨著切割需要和技術(shù)進(jìn)步不斷發(fā)展。金剛線切割技術(shù)是一種鋸切技術(shù)，所以它源自傳統(tǒng)的鋸切原理和工具，也就可以應(yīng)用於絕大部分鋸切領(lǐng)域。

1. 晶矽切割用金剛線

晶體矽帶有金屬光澤的灰黑色固體、熔點(diǎn)高（1410℃）、硬度大，一直以來都是主要太陽能電池的主流材料；矽屬半金屬，是極為重要的半導(dǎo)體材料。單晶矽具有準(zhǔn)金屬物理性質(zhì)，有較弱導(dǎo)電性，電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性；多晶矽是灰色、黑色金屬光澤的等軸八面晶體。

單晶矽（左）和多晶矽（右）的區(qū)別示意圖

現(xiàn)代工業(yè)中，矽材料具有極其重要的用途：（1）由於矽半導(dǎo)體耐高電壓、耐高溫、晶帶寬度大，比其它半導(dǎo)體材料有體積小、效率高、壽命長、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用於電子工業(yè)積體電路的生產(chǎn)中；（2）多晶矽可以直接用於製造太陽能光伏電池板，或加工成單晶矽後製造的光伏電池板占世界光伏電池98%左右；（3）作為IT產(chǎn)業(yè)的最基本材料，積體電路大大減小了體積、重量、引出線和焊點(diǎn)數(shù)目，提高了電路性能和可靠性；（4）利用光照敏感的PN結(jié)或PIN結(jié)構(gòu)成的光生伏大型探測器；（5）將壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的感測器和（6）矽材料製作的光敏感測器和磁敏感測器等元器件。

單晶矽拉晶車間

晶矽（Crystalline Silicon）是一種帶有金屬光澤的灰黑色固體，是一種整塊矽晶體中的矽原子按週期性排列的單晶體，是用高純多晶矽原料通過直拉法和區(qū)熔法制得，是光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游中最主要的一種材料，結(jié)構(gòu)為金剛石結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)包括硬度大、脆性大、導(dǎo)電性較弱和半導(dǎo)電性顯著等。需要注意的是，多晶矽指由具有一定尺寸的矽晶粒組成的多晶體，各個(gè)矽晶粒的晶體取向不同；用於製備矽單晶的高純多晶矽主要是由改良的西門子法將冶金級(jí)多晶矽純化而來。

單晶矽是指單晶體矽材料，其矽原子以金剛石結(jié)構(gòu)進(jìn)行晶格排列，具有基本完整的晶格結(jié)構(gòu)的單晶體。不同的晶向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)體材料，單晶矽是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可或缺的基礎(chǔ)材料，可用於積體電路和半導(dǎo)體分立器件的生產(chǎn)製造，如日常生活中的電子電腦和自動(dòng)控制系統(tǒng)。電視，電腦，冰箱，電話，手錶和汽車都與單晶矽材料密不可分。單晶矽作為技術(shù)應(yīng)用的流行材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活的每個(gè)角落。

較大的硬度和脆性，導(dǎo)致晶體矽在切割加工過程難度很高，主要表現(xiàn)在矽片很容易出現(xiàn)裂紋和破碎的情況，而且切割線縫大，成品矽片厚度較大。為了解決矽片上述的切割問題，以及降低矽片的損失率，晶體矽主流切割工具金剛線的母線從高碳鋼絲材料轉(zhuǎn)向鎢絲材料已經(jīng)是一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

單晶矽棒多線切割美暢股份招股說明書

當(dāng)前，市場上切割光伏矽片的金剛石線主流線徑為38~42μm。以鎢絲為基材的金剛線由於線徑（35~40μm）較小，而能有效降低被切割材料出現(xiàn)裂痕和破碎的概率，同時(shí)還可以切割出厚度較小的矽片，並減少矽材料的損耗。假設(shè)要將長度100mm的矽棒都切割成厚度為1mm矽片，正常情況下，使用鎢基金剛線進(jìn)行切割比使用碳鋼基金剛線進(jìn)行切割的矽片的數(shù)量更多，前者若能產(chǎn)出90片1mm矽片，則後者產(chǎn)出矽片的數(shù)量將小於90片，主要是因?yàn)殒u絲繩比鋼絲繩更細(xì)，耗矽料更小。

多晶矽矽錠開方

矽片切割是太陽能光伏電池製造工藝中的關(guān)鍵部分。首先使用金剛線鋸把矽錠切成方塊，謂之開方，之後再將矽棒或矽方分割成很薄的矽片。難度最大和最需要改進(jìn)的就是矽片切割工藝，而為了提高效率，矽碇開方和矽棒截?cái)嘤玫惹懈罱饎偩€一般直徑在250μm以上。

黑矽制絨光伏矽片

2. 藍(lán)寶石用金剛線

3. 硬質(zhì)合金用金剛線

4. 光學(xué)玻璃用金剛線

5. 陶瓷用金剛線

6. 磁性材料用金剛線

7. 增材製造產(chǎn)品切割金剛線

8. 石材用金剛線

9. 建築用金剛線

10. 石英用金剛線

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《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（一）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（二）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（三）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（四）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（五）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（六）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（七）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（八）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（九）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十四）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十五）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十六）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十七）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十八）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十九）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（二十）》

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