摘要：在我国的《太阳能发展“十三五”规划》中，分析到十三五末期的时候我国光伏发电装机总量将达到1.1亿千瓦以上，并且光伏电价需要降低50%，这就意味着对硅片使用量更大，还需提升硅单片光电的转化效率。硅片切割作为硅片加工中的第一个步骤，是最为关键的加工过程，切割好坏与否对其硅片厚度、WARP等各参数都有所影响，严重的影响到硅片后续的清洗、制绒、抛光等等。金刚石线的切割技术作为现阶段硅片切割主流的技术，与传统的砂浆切割技术相比，有着精度高、能耗低、效率高和硅粉的回收率高的特点，在单晶硅线中得到广泛的应用。
关键词：切割液；润滑性能；线切割；植物油改性润滑剂
Abstract：in China's "13th five-year plan" for the development of solar energy，it is analyzed that by the end of the 13th five-year plan，the total installed photovoltaic power generation capacity in China will reach more than 110 million kilowatts，and the photovoltaic electricity price needs to be reduced by 50%，which means that the use of silicon wafer is greater，and the conversion efficiency of silicon monolithic photovoltaic power needs to be improved. As the first step in the processing of silicon wafers，the cutting of silicon wafers is the most critical processing process. Whether the cutting is good or not has an impact on the thickness of silicon wafers，WARP and other parameters，which will seriously affect the subsequent cleaning，lint making，polishing and so on. Diamond wire cutting technology，as the mainstream technology of silicon wafer cutting at the present stage，has the characteristics of high precision，low energy consumption，high efficiency and high recovery
前言：
本文主要重点研究了单晶硅片切割用水基切割液中润滑剂的摩擦性能影响因素。研究了不同种类水基润滑剂的摩擦学性能。结果表明：在使用自制植物油改性润滑剂，使用浓度为万分之七的情况下，具备优异的润滑性能。
1 背景分析
目前资源枯竭和环境污染是人类共同面临的问题，随着时间的推移，可再生能源代替传统石化能源已然是大势所趋。
2018年全球可再生能源发电量占据总发电量26.2%，光伏发电占比2.4%，与2017年光伏发电占比1%相比，实现大幅增长。早期的光伏行业以多晶硅产品为主，其优势诸如成本低、工艺简单、量产规模大等，近年来单晶硅崛起，逐步蚕食多晶硅的市场份额。单晶硅与多晶硅晶体生长工艺不同，其晶面取向相同、无晶界，品质优异从而具备以下优势：单晶硅具有更低的晶格缺陷；更高的机械强度，更低的碎片率；更高的少子寿命和转换效率；组件更高的集约性，更适用于屋顶等有限安装面积的分布式小型电站。
过去几年，研究者主要把目光集中在砂浆切割液上，关于金刚石线切割液的文献报道较少。配置过程中大量的水稀释可满足加工过程中冷却性能要求，切割液的润滑性必须选择高性能的水基润滑剂。市场上的水基润滑添加剂主要集中在聚醚、合成酯、聚乙二醇等方面。一款高润滑性、水溶性好、来源广泛的理想润滑剂是水基切割液的关键助剂。本文重点考察了低泡嵌段聚醚、四聚蓖麻油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、聚乙二醇一400、聚乙二醇双油酸酯、植物油改性润滑剂（自制）作为润滑剂配置的水基切割液对硅片表面的摩擦性能影响。从而选择合适的润滑添加剂，有效降低硅片表面损伤应力、减小损伤层和提高加工精度和质量。下面就对这两种的切割示意图进行展示。
传统的砂线切割
2 实验分析
2.1 主要材料及仪器
高速往复摩擦磨损试验机（MDW一02型，济南益华）。单晶硅片（西安隆基硅材料有限公司）。
2.2 实验方法
摩擦学性能测试采用济南益华摩擦学测试技术有限公司生产的MDW一02型高速往复摩擦磨损试验机测试摩擦学性能。测试硅片为西安隆基硅材料有限公司生产的单晶硅片，试验用球为氮化硅球（①=4mm，HRC=78），载荷条件：2N，频率8Hz，测试时间10min。
2.3 水基切割液的配置
实验室水基切割液的主要成分为极压剂、润滑剂、润湿渗透剂、分散剂、杀菌剂等。在本次试验过程中，以偏硼酸酯为极压剂，聚甲基丙烯酸铵为分散剂、脂肪醇聚氧乙烯醚为润湿渗透剂，固定各添加剂比例，分别加入低泡嵌段聚醚、四聚蓖麻油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、聚乙二醇一400、聚乙二醇双油酸酯、植物油改性润滑剂（自制）作为润滑添加剂，重点考察其对切割液润滑性能的影响。水基切割液制备方法为：在纯水中加入5％的极压剂，聚甲基丙烯酸铵6．0％，脂肪醇聚氧乙烯醚2％，二甲基硅油0．05％，24％的润滑剂，搅拌均匀即得到水基切割液原液。将不同类型的切割液与纯水质量比按照1：350的比例搅拌均匀制得工作液备用，与纯水进行对比分析。
3 结果分析
3.1 不同润滑剂配置的切割液样品的摩擦学性能
选择不同的润滑添加剂，配置了6种切割液在试验机上进行测试，纯水空白对照，通过单晶硅片的摩擦系数及磨痕宽度评价切割液样品的润滑性能。
不同样品的摩擦系数和磨痕宽度分析
根据对以上表格内容的分析得知，与空白对照，采用不同样品进行测试的硅片的摩擦系数和磨痕宽度均有明显的降低，表现出较好的润滑效果。不同类型的润滑添加剂润滑效果不同，摩擦系数越大，磨痕宽度也随之有一定程度的增加。其中以自制植物油改性润滑剂的润滑效果最好，其平均摩擦系数为0．063。而以PEG一400为代表的润滑剂的平均摩擦系数为0．096，润滑效果较差。对比结果表明，自制植物油改性润滑剂摩擦性能最佳。所以我们可以选择自制润滑剂作为水基切割液润滑剂。
3.2 不同质量分数的自制润滑剂的摩擦系数及磨痕
结合以上表格的数据分析，数据主要是为不同质量分数的自制植物油改性润滑剂对硅片摩擦学性能的影响情况。
随着添加量的增多，摩擦系数及磨痕宽度逐渐减小，当润滑剂含量为24％时，两项指标均有明显的降低，体现出较好的润滑性能。结合环保要求，切割液废水中COD值不能高于1000 X10巧，因此有机添加剂含量不能无限增加，我们在配方中选择润滑剂添加量为24％，实际切割工作液中润滑剂含量约为万分之七。所以自制植物油改性润滑剂可以作为水基润滑添加剂有效地改善切割液的润滑性能。
结束语：
总而言之，在选定的测试条件下，我们选取市场上不同类型的水基润滑剂配置的切割液进行润滑性能试验，其中以自制植物油改性润滑剂配置的切割液获得了较为理想的摩擦学性能。当添加剂含量为24％时，具备较好的润滑性能。该类型添加剂在提高润滑性的同时还可生物降解，对环境无害。因此，我们认为自制植物油改性润滑剂可作为高效水基润滑剂应用于硅片切割液中。
参考文献：
[1]张树永，郭永榔，曹宝成，于新好. 超大规模集成电路硅片溶液清洗技术的进展[J]. 化学进展，2000，12（1）：103-107.doi：10.3321/j.issn：1005-281X.2000.01.009.
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论文作者:叶学强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/25
标签：润滑剂论文; 硅片论文; 性能论文; 摩擦系数论文; 植物油论文; 摩擦论文; 添加剂论文; 《基层建设》2019年第20期论文;