[发明专利]太阳能晶体硅线切割砂浆

说明书

技术领域

本发明涉及专用于太阳能晶体硅的线切割开方或切片的悬浮砂浆及其专用制造方法。

背景技术

现有的专用于太阳能晶体硅线切割开方或切片的悬浮砂浆是由具有磨削作用的硬质磨料和使磨料分散悬浮的分散液混配而成。目前业内广泛使用的太阳能晶体硅线切割开方或切片的悬浮砂浆，其磨料采用碳化硅微粉，分散液采用聚乙二醇或聚丙醇等，并可混配有助于磨料颗粒分散和悬浮、以及可改善悬浮砂浆的物理、化学指标的其他助剂。

使用现有的切割砂浆用于太阳能晶体硅的线切割中，经常会发生硬点导致的异常，包括硬点线痕、硬点缺损、切割面呈阶梯状、断线等等。其中，切片过程中发生断线时，甚至可以造成整个装载硅锭的全部损失。此外，现有的线切割砂浆，切割效率较低，切割速度也较慢，切割成本高。

对于硅晶体中的引起线切割硬点异常的硬点，一般认为与硅晶体中的多种杂质、例如氮、金属杂质、碳等有关。然而，本发明人经深入研究发现，引起线切割硬点异常的杂质，并不是氮和金属杂质，而主要是与碳杂质有关。

本发明人发现，太阳能晶体硅锭相对于半导体领域使用的高纯晶体硅锭，含有较多的碳杂质，特别是铸造硅晶体，其碳杂质含量往往可以达到1～10ppm。本发明人发现，有些情况下，哪怕是仅仅超过0.5ppm的碳含量，也会在例如铸造或直拉硅晶体中形成碳化硅晶体，并生长聚集形成微小的硬质点。即引起线切割异常的硬质点主要是微小的碳化硅晶体。由于现有的线切割砂浆采用的磨料是碳化硅微粒，具有和上述硅晶体中的碳化硅晶体的硬点相同的硬度，因而，磨料遇到该硬点时，就无法完成切割而导致切割中出现硬点异常现象。

此外，本发明人发现，在晶体硅线切割悬浮砂浆技术领域存在着如下的技术认知：当悬浮砂浆中含有两种或两种以上的磨料颗粒时，磨粒之间因硬度不同将彼此磨削消耗，导致切割能力受到损害；以及，参与切割的磨料颗粒，总是尺寸较大的磨料颗粒，尺寸较小的颗粒将被掩盖，而不同断裂韧性的磨料颗粒彼此磨削将导致韧性较小的磨料破碎成小颗粒，无法参与硅晶体的切割。

由于碳化硅的断裂韧性略高于诸如金刚石、立方氮化硼等高硬度磨料，上述技术认知，导致以碳化硅为主体的线切割悬浮砂浆，无从配合使用更高硬度的磨料。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供新型的改进的太阳能晶体硅线切割悬浮砂浆，以克服硅晶体线切割中发生的硬点异常，并提高线切割速度，降低线切割成本。本发明的再一个目的，是提供该改进的太阳能晶体硅线切割悬浮砂浆的一种制造方法，使用该方法获得的本发明的太阳能晶体硅线切割悬浮砂浆综合成本最低。

本发明人经过仔细分析和研究发现，在太阳能晶体硅线切割中，事实上与上述认知不同，切割悬浮砂浆中不同尺寸的磨料颗粒都参与硅晶体的切割，而由于悬浮液的粘滞、悬浮和分散作用，不同种类的磨料颗粒之间并不会发生明显的磨削消耗，特别是当不同磨料的比例相差悬殊或粒径差异较大时，彼此间的磨削消耗几乎可以忽略不计，因而完全可以采用两种或两种以上的磨料混合共同切割。本发明人发现，只要在磨料中加入适当比例的硬度高于碳化硅的磨料颗粒，例如，金刚石、立方氮化硼或碳化硼、氮化硅等超硬磨料，就可以避免太阳能晶体硅的悬浮砂浆线切割过程中发生硬点引起的切割异常现象。

由此，本发明提供了一种新型太阳能晶体硅线切割砂浆，由重量百分比占30～70％的硬质磨料和70～30％的分散硬质磨料的分散液组成，其中，组成砂浆的硬质磨料，至少包含有一种硬度高于碳化硅的磨料；分散液可以采用商品切割油等油性或水性液体，并可包含分散或悬浮等性能改善助剂。本发明发现，采用该砂浆对太阳能硅晶体作线切割，可以避免硬点引起的切割异常，并大幅度提高切割效率。

根据本发明，所述的硬度高于碳化硅的磨料，包括但不限于金刚石、立方氮化硼、碳化硼磨料，或其他超硬磨料，包括一些氮化物如氮化硅和碳化物如碳化钨等。

根据本发明的方案，所述的硬质磨料的优选主要成分为包含重量百分比1～30％的至少一种选自金刚石、立方氮化硼、碳化硼、氮化硅的研磨材料，和70～99％的至少一种选自碳化硅、氧化铝、碳硅硼、铈碳化硅、其它稀土碳化硅的研磨材料。根据本发明，硬质磨料的主要成分也可以采用单一的铈碳化硅等稀土碳化硅磨料(包括其它铈组稀土和钇组稀土)或钪碳化硅。

除作为主要成分的上述磨料之外，其他任意磨料的加入，根据磨料的种类和硬度的不同，可以获得增强或减弱本发明的混合磨料的切割力的不同效果。例如，加入石英砂，将减弱砂浆的切割力，加入碳化钨_铈钴，将增强切割力。