光伏|硅金刚石线锯切过程中的瞬间温度

金刚石线锯切获得了单晶硅基光伏市场的90%，主要是因为其生产效率高、晶圆质量高、刀具磨损率低。金刚石线的磨损受到晶粒-工件接触区温度的强烈影响；然而，目前还缺乏对实验研究和建模的研究。在这个方向上，建立了一个温度模型来评估晶粒尖端的闪光温度相对于晶粒穿透深度。设计了一种实验单粒抓痕测试装置，以验证能够高速模拟线锯过程中长接触长度的模型。此外，还评价了脆性和延性材料去除方式对切削区温度的影响。

在机械材料去除过程中，输入能量的最高份额转化为热能[1]。肯尼迪[2]指出，95%的能量耗散发生在接触体的顶部，根据Kato[3]的说法，几乎所有的能量都在颗粒工件界面转化为热量。在短时间的接触时间内产生的能量会导致颗粒处的高温，称为闪光温度[4]。在研磨过程中，晶粒与工件的接触时间在1μs的范围内；因此，相互作用可以定义为近绝热。然而，在金刚石线锯切中，长接触长度的存在强调了温度效应的影响。

金刚石线锯切是一种主要用于将硬而脆的材料切成晶片的过程。近年来，由于切口损耗低、材料去除率高、晶片强度[5]高等优点，固定晶粒锯切已发展到取代浆料锯切。用于半导体和光伏应用的单晶硅(Si)晶片是典型的应用，传统的接触长度为156毫米，而太阳能电池的趋势是将晶片尺寸增加到210mm，未来可能达到300毫米。

切割区的温度对晶粒磨损有很大的影响。磨损模型，如田玉和村田[6]、Usui等人[7]、Jiang和Arnell[8]提出的模型，预测了磨损对接触温度的依赖性。在金刚石工具转动Si过程中，碳扩散到Si表面形成硬碳化硅（碳化硅），导致侧面[9]的刀具磨损。高温和压力加速了硅表面碳化硅和二胺状碳结构的形成。在接合长度为20mm，切割深度为10μm，低切割速度为100mm/min[10]的金刚石划伤中，没有观察到碳化硅的形成；一个可能的解释是脆性断裂的扩散过程中断和接触长度较短。对用于切割15m/s的156mm硅锭的磨损导线的分析显示，[11]分析的21颗钻石中有3颗是石墨相。

编译 陈讲运

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