电镀金刚石线锯相对于其它超硬材料工具而言， 应属于新兴产品，在我国的全面研究和生产还是最近 几年的事情，但是由于电镀金刚石线锯具有独特的性 质和广阔的应用前景而受到人们的广泛关注。
2004 年以后，我国半导体、光伏产业发展迅猛，2006年 LED产业发展态势也开始逐渐显现，这些国家重点 发展产业的基础原材料（单晶硅、多晶硅、蓝宝石玻 璃）都属于硬脆性难加工材料且成本高，这些材料从 初始晶体开始,需要经过截断、开方、切片等多种切割 工序，最终才成为片状晶体。然而这些原材料属于硬 脆材料，加工难度大，原材料成本高，加工表面质量要 求高，这些问题不解决，将会严重制约我国半导体、光伏行业的发展。
硅材料主要用在太阳能电池和半 导体材料上，硅的切割加工对硅片的成本具有很大的影响，早期的硅截断工序主要采用金刚石内圆锯片等 工具，存在着切缝大，硅材料损失多的问题，同时对硅 棒的尺寸也有限制，从而提高了硅片的成本。另一种 方法是硅棒切片采用游离砂浆切割法进行，游离砂浆 切割采用裸露的金属丝和游离的磨料一碳化硅 (SC),即边切割边向钢丝送带有磨料的浆液，通过挤 压、滚动磨削实现对硅棒的切割，这种方法切割效率 偏低，并且浆料中含有难以分离的有机高分子悬浮 剂，会使切割过程产生的硅粉无法回收再利用。
为 了进一步缩短硅片加工时间，提高切割效率，节约硅 材料，人们将金刚石磨料以一定的方式固定在金属丝 上，从而产生了固定金刚石线锯，而电镀金刚石线锯是固定金刚石线锯的一种。
本文对电镀金刚石线锯的构造、特点及其制备工艺进行综述，旨在为开展金刚石线锯的研究和生产提 供一定的参考。
电镀金刚石线锯的构造和特点
电镀金刚石线锯由钢丝母线、镀层金属（一般为镍）和金刚石构成。其结构如图1所示。钢丝母线为承载母线，金属镀层为结合剂，将金刚石固定在钢丝母线上用来进行切割。电镀金刚石线锯根据切割要求可以制成不同直径和长度，从而可以对硅棒、蓝宝石等进行截断、开方、切片等切割加工。
与砂浆切割相比，电镀金刚石线锯切割具有独特的优点：
（1）高生产效率：
使用传统砂浆切割技术，切割6.5寸硅棒约需6〜7小时；而金刚石线切割只需 2〜3小时，生产效率提升了 2〜3倍。
（2）高产品质量：
（a）转化效率高：金刚石线切割控制精度高，硅片 表面损伤层小（10um以下），硅片表面为规律的线痕 (金刚石线切割硅片特性），从而增加了硅片表面的吸光面积、降低了反射率，从而使得硅片光电转化效率 提升0. 2%〜0. 4%。
（b）控制精度高：金刚石线切割硅片的TV、TTV、线痕大小情况等性能上均优于传 统硅片。
（c）绿色环保:金刚石线切割因采用固结金 刚石线作为磨料.不需使用碳化硅，切割液采用水溶 性的环保切割液，大大减少了环境污染的发生，基本实现了绿色生产。
（d）废物可利用：在切割过程中会 产生40%左右的硅粉，传统的砂浆切割因杂质含量 多，物化特性相似难以回收，而金刚石线切割产生的 硅粉，理论计算纯度即达到99 %以上，经提纯后将可 达到99. 9999%的标准，可重新用于晶体的生长。
（e）电镀金刚石线锯由于线径小,切割时切口损失少， 可以节省硅、蓝宝石等贵重原材料,减少了生产成本。
电镀金刚石线锯的制备工艺
1、制备电镀金刚石线锯的基本材料
(1)母线材料
为了满足切割要求，电镀金刚石线锯的母线材料必须具有抗拉强度高且韧性好的性能，同时为便于电镀，母线表面电极电位应低于沉积金属的电位，一般选择表面镀黄铜的钢丝线作为母线，母线的直径和长 度应根据被切割加工材料、切割方式、切割设备等来确定。目前,用于切割加工的电镀金刚石线锯的母线直径一般都在0. 1〜0. 4 mm之间。
(2)金刚石
金刚石作为切割材料，与砂浆切割不同，金刚石 是通过镀层金属固结在不锈钢母线上的。由于切割对于线锯的线径具有一定的要求，因此为了线锯的线径稳定，金刚石粒度、金属镀层厚度、母线线径三者之 间必须互相匹配,方能使电镀金刚石线锯具有耐磨、牢固、切割能力强的特点。从电镀角度来说，电镀金刚石线锯属于复合电镀制品，金刚石改变了镀层的磨损机制，使得复合镀层具有更好的耐磨性，因此，金刚石必须具有一定的粒度。
(3)电镀液
电镀金刚石线锯一般采用复合电镀镍一金刚石的方法制造的，这种镀液的配方有很多种，常见的是瓦特型镀液,但是对于用于切割的电镀金刚石线锯来说,要求具有较好的柔韧性，即要求镀层内应力小，对金刚石的包裹性好，因此工业生产上一般采用氨基磺酸镍为主盐的镀液，其具有沉积速度快、镀层内应力小的优点，有利于提高生产速度，降低生产成本。
2、电镀金刚石线锯的制备工艺
(1)金属丝母线镀前预处理
金属丝母线镀前预处理的目的是要获得结合力 牢固的镀层。电镀金刚石线锯的预处理工序与普通 电镀的预处理工序一样：碱洗和酸洗。碱洗的目的是 去除母线表面的油污，而酸洗的目的是去除母线表面
的附着物-锈及表层的氧化物，以露出正常的金相 组织,使得在电镀时获得结合力良好的镀层。
(2)电镀
复合电镀的工序一般包括上砂和加厚镀。
a)上砂
上砂是把金刚石作为第二相粒子复合电镀到金属丝上的过程，是整个复合电镀中最为关键的部分。 目前主要有两种上砂方法:落砂法和埋砂法。落砂法主要是通过搅拌使得金刚石能够悬浮在镀液中，金刚石在镀液中容易吸附镀液中的H+离子而带正电，同时金属丝为负极.带负电，由于受到电吸附的作用将带电的金刚石吸附到金属丝附近.同时与镀液中的Ni2+离子共同放电，Ni2+离子放电以金属镍的形式沉积到金属丝上，同时将金刚石固结在金属丝上，从而完成上砂过程。而埋砂法,顾名思义就是将阴极金属丝埋入有镀液通过的金刚石中，使得金刚石与金属丝紧密接触，从而保证上砂均匀。目前这两种方法在生产中都有应用，一般认为较细的金刚石适用于落砂法，较粗的金刚石适用于埋砂法。
b)加厚镀
上砂时，与金刚石同时沉积到金属丝上的金属镀层一般都很薄，需要后续的加厚镀来提高金属镀层的厚度以达到提高金属镀层对金刚石把持力的目的，加厚镀镀液一般不含金刚石，加厚镀电流以及镀槽的数 目应以达到所需的金属镀层的厚度为标准进行设计。
c)后处理
电镀时，在阴极上除了析出金属外，还有一部分的离子在阴极上还原，其中一部分以H2的形式放出，另一部分氢则会以氢原子的形式进入镀层和基体金属内部。金属相中存在着由表面扩散进来的氢 原子，在金属内部复合为氢分子，或与金属中夹杂的碳形成CH4,使得镀层韧性降低发脆，导致镀层与基体结合力降低，发生“氢脆”现象。因此，为了防止“氢脆”现象的发生和减少镀层残余应力，增加镀层的硬度和耐磨性，电镀完成后一般还要除氢和进行后续处理过程，一般都采用高温烘烤除氢的工艺来提高镀 层的硬度和耐磨性。
电镀金刚石线锯的应用现状
在目前的硅切割应用中，不同切割工序，对于电镀金刚石线锯都有不同的线径要求。在切片工序中， 往往需要细的电镀金刚石线，目前的线径在0.1mm左右，常见的规格有0. 12mm、0. 11mm、0. 1mm。 目前硅片切割市场，要求电镀金刚石线锯线径越细越好，根据有关资料显示，在日本，线径为0. 09mm,甚 至0.08mm的制备技术已经非常成熟，而在国内目前最好也就能做到线径为0. 1mm，而且制备技术也不稳定。用于硅开方和硅截断的电镀金刚石线锯线径一般在0.3〜0.4mm之间，常见的规格有0.35mm、0.37mm等。线径在0.2〜0.3mm的电镀金刚石切割线通常用来切割蓝宝石。除了切割硅片和蓝宝石外，电镀金刚石切割线还可以对陶瓷、*土稀**磁， 例如压电陶瓷、钕铁硼、强力磁铁、*土稀**磁铁、铁氧体 等进行精密切割,具体如图2所示：
我国电镀金刚石线锯的产业发展
我国电镀金刚石线锯产品的研发是根据光伏光电市场的急切需求而产生和发展的。我国最早进行金刚石线锯的研究工作可以追溯到1992年，哈尔滨科技大学张国林等在《哈尔滨科技大学学报》上发表 了“电镀金刚石丝锯的开发研究”一文，这是我国已发表的第一篇关于电镀金刚石线锯的研究论文。2010 年以后，随着电镀金刚石线锯受到业内人士的普遍重视，电镀金刚石线锯技术及其产业迎来了飞速发展阶段，主要表现在：
(1)数家超硬材料企业相继采购了制造设备开始了电镀金刚石线锯的研究开发工作；
(2)制造设备逐步实现了国产化，并不断得到了 改进；
(3)产业规模不断扩大，市场应用逐步扩展。
我国电镀金刚石线锯产业从2009年开始起步，只用了短短几年的时间就形成产业规模。2009年， 国内首家实现电镀金刚石线锯生产的企业——长沙岱勒新材料科技有限公司成立，2011年，河南黄河旋风股份有限公司开始了金刚石线锯开发准备工作，并于2012年初建成了两条生产线，每条生产线可生产电镀金刚石线锯6〜8根，此外，江苏中博钻石科技有限公司、南京三超金刚石工具有限公司、江西金葵能源科技有限公司、盛利维尔新材料技术有限公司等企业也都相继研究开发了电镀金刚石线锯，产业规模逐渐显现。2011年8月8日，郑州华晶金刚石股份有限公司成立了全资子公司——华晶精密制造有限公 司，从德国进口了专用设备开始了金刚石线锯的研究开发，在此基础上，公司自主研发了电镀金刚石线锯专用设备，该设备性能稳定，生产速率可达5-10 m/min,镀槽内温度偏差可控制在1°C以内，电镀液pH 波动≤0. 1，生产过程中走线速度偏差≤0.1 m/min，整个电镀系统内循环，无物料排放，生产过程环保清洁。目前公司共有生产线112条，可生产0.1〜0.42mm不同线径的电镀金刚石线锯，产品基本覆盖了电镀金刚石线锯的使用范围，目前公司产能在2万公里/月，规模优势与质量优势能够满足客户深层次的需求。
电镀金刚石线锯未来发展方向
随着太阳能行业的发展，如何降低生产成本是当前行业发展较为迫切的问题。而硅棒的截断、开方、切片是降低成本的重要环节，采用效率高、切损小、切割质量好的电镀金刚石线锯是必然趋势。
就当前电镀金刚石线锯切割硅片的使用情况来看，还需要在以下几个方面进行深一步的研究：
(1)金属线母线的研究。目前电镀金刚石线锯所使用的金属丝母线主要是镀黄铜钢丝线，其力学性能还有限，找到具有更好力学性能的金属丝母线是未来重要的研究方向之一。
(2)目前电镀金刚石线锯的使用寿命还不尽如人意，进一步提高金刚石的把持力、耐磨性以及切割性能将成为电镀金刚石线锯重要的研究方向。
(3)电镀设备、电镀技术的研究。电镀金刚石线锯生产设备的金刚石悬浮浓度的控制、上砂均匀性等技术有待于进一步研究。
(4)切割机理的研究。目前在硅片切割过程中， 存在着切割线痕、厚薄不均等问题，因此深人研究电 镀金刚石线锯切割机理，改善切割效果，也是重点的研究方向。
免责声明：本文整理自刘永奇的《电镀金刚石线锯的研究现状与发展》，其原创性以及文中表达的观点和判断不代表爱锐网，爱锐网本着传播知识、有益学习和研究的目的进行摘录，仅供读者参考交流，如有著作权人或出版方提出异议，将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们，以便我们及时纠正。
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