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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）院系：材料科学与工程 2010年 3 月6 日课题名称 砂浆更换模型的建立及更换工艺的确定学生姓名刘亚飞专业班级非金材062课题类型论文指导教师刘帆、郑丽娜职称主管、教授课题来源科研、生产1. 设计（或研究）的依据与意义太阳能作为一种可再生的新能源，因其节能和环保的效果，越来越引起人们的关注。最近几年，随着光伏行业的迅速发展及竞争的日趋激烈，原材料价格不断上涨，同时，太阳能电池及半导体器件制造对硅片表面质量的要求越来越高，因此研究先进工艺和技术特性来降低硅片制造成本、节约原材料、提高生产效率已成为该领域目前关注的焦点。硅片是晶体硅光伏电池技术中最
2、昂贵的部分，在太阳能电池的成本中几乎占了60%1，而硅片切割是硅片加工工艺流程的关键工序，切割过程是造成硅片表观缺陷、应力、破损和机械损伤的最主要工序2，对太阳能电池性能有很大影响，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局，影响到整个产业链的后续生产。因此研究先进的切割工艺，降低这部分的制造成本、提高硅片的成品率，对于提高太阳能对传统能源的竞争力至关重要，对光伏行业的发展有重要的指导意义。目前企业用到的切割设备有HCT、NTC和MB等型号的线切机，其切割机理就是机器导轮在高速运转中带动钢线，从而由钢线将聚乙二醇和碳化硅微粉混合组成的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的硅棒连
3、续发生摩擦完成切割的过程。砂浆主要由绿Sic和聚乙二醇悬浮液组成。在整个切割过程，钢线作为载体，起主要切削作用的是砂浆中的SiC颗粒，SiC的特性及磨削变化会直接影响到砂浆的切割效率及硅片的切割质量。在线切割机的切割过程中，悬浮液夹裹着碳化硅磨料喷落在细钢线组成的线网上，钢线的高速运动促使悬浮液携带着带有棱角的碳化硅颗粒以不断滚动的方式进入切割区，从而产生很强切削能力3。由于在线切割过程中，大量硅粉混进砂浆里，附着并包围在研磨砂上，使砂浆中的SiC在切割前沿材料表面上打滑，切削能力减弱，而一次切割后的砂浆废液里90%以上的SiC仍未充分利用4。同时，碳化硅颗粒在切割过程中磨损破碎，粒径变小，切
4、割能力减弱，这也降低了砂浆的切割效率。 考虑到砂浆中硅粉包裹碳化硅颗粒影响到其切割能力，及碳化硅本身破碎变小切割能力降低这两个因素，每次切割后需要更换大量砂浆，以期降低砂浆中硅粉含量、补偿砂浆的切割能力。目前，公司内的更换方式为：砂浆在每切过一刀后，抽出1/3旧砂浆，再补入1/3新砂浆，混合搅拌均匀后使用，砂浆在使用至第4刀后全部报废。但这种砂浆更换工艺还不成熟，仅仅依靠经验方式来进行判断，砂浆中硅粉含量也因为硅棒长度的变化而不同，单纯的更换相同的砂浆量显得不合适。如何更换砂浆既能保持砂浆的切削效果又不浪费有切割能力的砂浆，节约成本，使得砂浆更换工艺更有依据可言，这是一个需要迫切解决的问题。砂
5、浆更换工艺影响到硅片的切割质量、成品率及生产成本，因此本设计就是通过建立砂浆的更换模型，控制砂浆中硅粉的含量，合理的更换砂浆，达到既能使砂浆有切割能力，不会对硅片质量造成影响，又能最大限度的使用有切割能力的砂浆，节约成本的目的。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 游离磨粒多线切割技术始于上世纪九十年代初期，是新兴的硅晶片加工工艺，它对光伏工业发展和降低光伏发电的成本起到了举足轻重的作用。与传统的金刚石内圆切割技术相比，具有切割效率高、切口材料损耗少、表面损伤程度浅、切割噪声小等优点，能满足晶体大直径化发展的加工需求，大大节约原材料，降低了生产成本。线切割技术作为主流加工方式，逐步取代
6、传统的内圆切割技术方式。国外的线切割设备研制较早，目前技术已经比较成熟，正广泛应用于全球的PV晶片生产上，但我国还没有系统的线切割研究机构和生产厂，最近几年部分厂家才开始引进线切割设备，大大提高了生产效率，但整体水平比较落后，目前还缺乏对游离磨料线切割过程的充分认识和系统研究，其相关理论研究在国内报道较少。国外对游离磨粒线切割过程材料去除机理的研究主要集中在磨料和切割线与工件作用模型、切割液作用模型等方面。，国外主要有美国纽约州立大学和北卡罗莱纳州立大学等少数高校和部分日本研究所做过砂浆粘度、流体动压效应、切割液作用、切割温度等方面的理论研究，但很少涉及到切割砂浆更换工艺的系统研究4。国内光伏企业注重于生产，研究人员缺乏，因此砂浆更换环节大多是采取行业经验值操作。本人将从实际生产和实验中探索一种更加合理且经济的砂浆更换工艺。3 设计（或研究）方法1从理论上建立砂浆更换模型；2从生产实际情况验证砂浆更换模型；3调整模型，分析、设计出合理的砂浆更换工艺。4实施计划第12周 文献调研、开题报告的撰写、实验方案设计第36周 模型建立第710周 进行工艺实验、分析，总结第1415周 论文撰写，答辩指导教师意见指导教师签字： 2010 年 3 月 6日教研室意见教研室主任签字： 2010 年 3 月 6 日
