随着能源的日益枯竭以及环境污染的日益严重，太阳能作为清洁以及可再生能源受到了越来越多的重视，光伏行业得到了迅猛的发展。硅片制造太阳能的基板，占整个光伏产业成本的1/3。全球太阳能发电市场的规模从2005年的110亿美元快速增加到2015年的510亿美元。全世界单晶硅的产能为1万t/年，年消耗量为6000〜7000t。根据欧洲光伏产业协会预测光伏市场将在今后5年里保持30%〜40%的快速增长，其后10年的增长速度也将达到20%〜30%。硅片的切割已经由原来的内圆切割发展到了 线切割。
线锯主要用于切割单晶硅、多晶硅、蓝宝石等硬脆材料。线切割包括游离磨料线切割和固结磨料线切割。但是游离磨料线切割存在一定的缺点:走线速度低，使得切割效率低;切割硅片的表面质量差以及厚度难以均匀；悬浮料的消耗比较大，且对于环境污染严重。随着技术的进步，硅 片逐渐向大直径小厚度方向发展，对于硅片的切割技术要求就越来越高，游离磨料线锯切割已经不能满足需求。固结磨料线锯被广泛地应用。 固结磨料金刚石线锯包括电镀和树脂两种。电镀金刚石线锯生产周期长，成本高，对环境污染大，本文主要介绍树脂结合剂金刚石线锯。
1 树脂结合剂金刚石线锯的研究现状
树脂结合剂金刚石线锯就是用树脂作为结合剂把金刚石磨料固定在芯线基体上通过加热固化或者紫外光以及电子束固化而形成的固结磨料金刚石线锯主要由树脂结合剂、金刚石、填料、锯丝基体组成。树脂结合剂金刚石线锯分为热固化金刚石线锯和光固化金刚石线锯。与电镀金刚石 线锯相比，树脂结合剂金刚石线锯制备工艺简单，生产周期短，生产成本低;切割过程造成的损伤层在4〜7um，电镀金刚线是8〜10um，砂浆是11〜15um，有利于切割的薄片化， 提高出品率;环境污染小。
1. 1热固化树脂结合剂金刚石线锯的研究现状
热固化树脂结合剂金刚石线锯是利用热固化树脂为结合剂通过加热固化的方式使金刚石固结在芯线基体上而制成的一种线锯。1998年日本的上冈勇夫等提出了用金刚石磨料代替原来的普通磨料碳化硅，并对线锯制造过程中磨料、填料、树脂结合剂、溶剂的种类和比例以及芯线的种类和弹性模量等进行了详细的介绍，自此以后金刚石线锯得到了 快速的发展。
葛培琪等用双酚A型环氧树脂与热固性酚醛树脂作为结合剂，再加入纳米氧化铝以及硅烷偶联剂和金刚石微粉，以*酮丙**为分散介质,用工作频率为20 kHz的超声分散搅拌机混合均匀以30 mm/s制得金刚石线锯。实验表明此方法所制得的线锯耐热性能好，涂层的粘结力强，并且可以连续生产。
上述所提到的纳米氧化铝以及硅烷偶联剂是作为填料存在的。由于锯丝与树脂结合剂之间结合力不好，使得金刚石线锯在工作过程中磨粒容易脱落，从而造成切割效率比较低。填料的加入能够提髙结合剂对锯丝的粘结能力，从而提高其切割效率和机械强度。例如，日本学者Toshiyuki Eno-moto等将平均粒径为30〜40um的金刚石和酚醛树脂混合，并用*酮丙**作为溶剂搅拌均匀后涂覆在直径为0. 2 mm的琴钢丝上，对制得的线锯的抗折强度进行检测，发现琴钢丝出现了“蓝脆”现象，加人填料可以减少这种现象的发生。通过在树脂中添加铜粉使树脂的含量降低，在加热过程中甲醛的产生量降低，就可以限制琴钢丝的“蓝脆”现象。研究表明，铜粉的加人量为1. 7%〜40%(质量分数）时能最好地抑制锯丝的“蓝脆”现象，提高金刚石线锯的强度与耐磨性能。 侯志坚等在研究树脂结合剂金刚石线锯的制备过程中对线锯进行加热固化时，采用分段加热的方法，降低了线锯的最高固化温度，此方法也可以有效地解决“蓝脆”现象。
德田龙一等用丙烯酸树脂改性过的可溶性酚醛树脂 作为结合剂，与4〜50um的金刚石磨料混合均匀后涂覆在直径为80〜110mm的金属丝上，先在400〜100 °C进行半固化处理，然后在180°C保温3h。通过2次固化的方法缩短了时间，生产速率由原来的200 ~ 300 mm/s提高到1200 mm/S，降低了生产成本。但是填料比较单一，制备的金刚线 对磨料的把持力低。为了解决以上问题，孙毅等提出了一 种解决方案：向树脂浆料中加入金属粉作为填料，提高金属键的结合力。选用回收的镀镍金刚石磨料，以酚醛树脂作为结合剂，碳化硅粉体作为一种填料，分别向里面加人镍粉和铬粉，采用二次固化的固化方式。通过检测发现，线锯的拉伸强度最小为27N，摩擦磨损实验平均达到2400um,这是因为镍粉可以与镀镍的金刚石表面形成共价键，提高了结合 剂对磨料的把持力。此技术能耗少，污染小，采用回收的金刚石成本低，并且对磨料的把持力高。
申君来等采用加人纳米填料的方法来提高线锯的性能。在可溶性酚醛树脂中加人纳米填料，如铜纤维、碳纳米纤维等，在固化过程中纳米纤维表面的*能官**团参与到树脂固化的过程中，在纳米尺寸上形成有机-无机材料，有机相可以提高线锯的粘结力，无机相可以提高树脂的耐热性和耐磨性能。
金刚石作为金刚石线锯中的重要原料，对金刚石表面进行处理也是提高金刚石线锯性能的一种重要方法。金刚石 表面镀覆是一种提高结合剂对磨料把持力的方法，Sung Chiernnin等通过对金刚石磨粒进行表面处理，在表面镀覆一层铬、钛等金属层，结果表明:其都能提高结合剂对磨料的结合力，其中表面镀镍的金刚石磨料与结合剂之间的把持 力最高。此外，孙毅等采用非镀覆金刚石的方法制造树脂金刚线，用强氧化性酸(如硫酸)去除金刚石表面的非金刚石碳层，再用表面活性剂等有机物对其进行表面改性处理，通过表面改性提高结合剂与磨料的结合力,从而提高金刚石线锯的耐磨性能，能有效改善切割过程中磨料易脱落的问题。
芯线作为金刚石线锯的基体，通过对其处理也可以改变金刚石线锯的性能。刘伟等分别对芯线进行600#砂纸打磨处理，用硅烧偶联剂处理，钝化处理，实验结果表明经过 上述处理都能提高芯线的抗拉强度,但是钝化处理的效果更好。
制备树脂结合剂金刚石线锯除了上面所提到的涂覆方法外，还有植砂法。利用涂覆法制备的树脂结合剂金刚石线锯由于有很多磨粒的出刃高度不够，或者是直接被埋在结合剂层中，在切割过程中影响了切割效率。因此，刘伟等在带正电的芯线表面涂覆一层结合剂，带负电的金刚石颗粒在电场作用下使金刚石颗粒植人到芯线上的结合剂中。如图1 所示，在涂覆装置后连接可供芯线装置的箱体4,42用于输送气流，通过43的分配器把气流分散。用该方法所得到的线锯金刚石颗粒的排列比较均匀，颗粒的露出率是可以调节的，确保线锯的切割效率和切精度，延长线锯的使用寿命。
1.2光固化树脂结合剂金刚石线锯的研究现状
光固化树脂结合剂金刚石线锯是利用紫外光(UV)固化 树脂或者电子束(EB)固化树脂作为结合剂的一类树脂结合剂金刚石线锯。它比热固化树脂结合剂金刚石线锯的固化时间更短,生产成本低，但是结合剂对磨料的把持力差。
曰本学者本俊之等为降低树脂结合剂金刚石线锯的制造成本，提高生产速度,提出了紫外光固化树脂金刚石线锯，30〜40um的金刚石磨粒与丙烯酸紫外线固化树脂混合均匀后涂覆在0. 2 mm的琴钢丝上，然后用EX250超高压水银灯产生的紫外线制成固结磨粒线锯。切割实验发现结合剂与磨料的把持力差，磨料脱落严重。他们又提出了双层磨粒层结构:先涂覆一层结合剂，再涂覆一层结合剂与磨料的混合物。实验表明双层磨粒层结构可以提高线锯的耐磨性。
为了进一步提高金刚石线锯的耐磨性能，国内也有许多学者在此基础上进行了改善。彭伟等选用了二次涂覆的方法，将UV树脂结合剂与10〜40um金刚石磨料搅拌均匀形成配料，在长50m、直径0. 1〜0. 3mm的金属丝上先涂覆 一层结合剂，再均匀涂覆一层配料固化，然后涂覆一层配料， 用波长200〜500nm、光强2. 4W/cm的紫外光二次固化15S。该方法在常温下就可以进行，大大缩短了生产周期、降低 了成本，对环境污染也小。
在紫外光固化的基础上，毛炜等用聚乙烯线代替传统金属芯线制造光固化金刚石线锯，把聚乙烯线在80〜85°C处理4min后可以更好地提高锯丝与结合剂的粘结力，通过对玻璃的切割证明此项改进可以提高线锯的切割性能。
陈坤等在光固化树脂的基础上进行了改进，选用30〜 120份的金刚石，40〜160份的光固化树脂，20〜80份的热固化树脂，20〜40份的厌氧固化树脂。这种树脂线锯中，同时使用了3种不同类型的树脂对磨粒进行固结，避免了单纯采用光固化树脂时光固化深度有限而造成的固化不完全的缺陷。各种固化类型的树脂之间共同作用，提高了树脂线锯的切割性能。
莫祥银等则采用EB固化技术，将粒径20um的表面镀镍金刚石粉、氧化铝粉、碳化硅等和分子量为1500〜2500的不饱和聚酯多元醇与二异氰酸酯反应得到带端羟基的不饱和聚氨酯树脂，再加入到含羟基的丙烯酸酯中稀释，用磁力搅拌机搅拌均匀作为配料涂覆在直径0. 16 mm镀铜的钢丝上。此技术可以实现树脂的完全固化，并且由于树脂中的化学物质通过交联反应形成高分子立体网状聚合物，使金刚石线锯表面有很强的耐化学性能、耐摩擦性能。
2 树脂结合剂金刚石线锯的发展趋势
LED衬底行业发展迅速，2013年中国LED衬底行业产业规模达到1709万平方英寸，同比增长35.6%，产值达3.5 亿元。目前，对于硅片和LED衬底片的尺寸精度要求越来越髙，逐渐向着大直径、小厚度、小切口损失以及高表面质量的方向发展。因此，对于金刚石线锯的要求也会越来越高。减小金刚石线锯的直径可以减小切口的损失，如何在保证线锯的强度以及耐磨性的前提下降低线锯的直径会是以后的一个发展方向。
此外，一般树脂的耐热性很差，而硅棒在切割时的温度又很高，对树脂结合剂进行耐热改性，在保证对锯丝的粘结力的前提下提高它的耐高温性能也会是以后研究的重点。 酚醛树脂因为其价格低廉、综合性能好的优点，在超硬磨具 中得到了广泛的应用，但是由于其结构中的酚羟基和亚甲基易氧化使得它的耐热性不太高，对其进行改性是提高耐热性能的一种重要方法。纳米材料改性（加人纳米材料，如碳纳米管、纳米SiO2、纳米TiO2等）、高分子改性、无机物改性是常见的酚醛树脂改性的方法。
无机物中的硼酸能够*锁封**酚醛树脂的酚羟基，改性后的树脂以B~O键代替了原来的C-C 键来连接苯环，可以很好地提高树脂的耐热性能;用纳米材料和硼化物相结合的方法可以进一步提高酚醛树脂的耐热 性。这些应用于其他超硬磨具中的树脂改性方法也是以后金刚石线锯的一个研究方面。
最后，涂覆的固化方法分为热固化和光固化两种。热固化的固化时间比较长，光固化的固化时间短但是结合剂对磨料的结合力差，把二者结合起来，分别利用光固化、热固化对线锯进行多层涂覆和固化，这种制备方法也会是以后研究的 一个方向。利用涂覆法制备树脂结合剂金刚石线锯时，由于金刚石磨粒与芯线结合不牢固，金刚石磨料在芯线基体的埋入量无法控制;喷砂法制备金刚石线锯时加入电场，使金刚 石颗粒排列均匀，能准确控制颗粒的露出率，确保金刚石线锯的切割效率和切割精度，延长线锯的使用寿命。把涂覆法和喷砂法这两种工艺结合起来制备性能优异的树脂结合剂金刚石线锯，也会有很好的发展空间。
免责声明：本文整理自马倩，邹文俊，彭进，宋旭东的《树脂结合剂金刚石线锯的研究进展》，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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