一種用於金剛石線切割矽片的冷卻液的製作方法

2023-10-29 11:41:52 2

本發明涉及光伏行業切割加工領域，具體而言涉及一種用於金剛石線切割單多晶矽片的冷卻液，特別是一種用於金剛石線切割單多晶矽的水基冷卻液。
背景技術：
：切削液是金屬切削加工的重要輔助性配套材料，其主要作用是冷卻，故提出「冷卻液」一詞。冷卻液按油品化學組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。水基冷卻液可分為乳化液、半合成冷卻液和全合成冷卻液。金剛石線切割是採用裹有金剛石的金屬線在高速運轉的情況下實現切片的一種切割技術，與砂漿切割相比具有薄的切縫、更好的表面質量、更大的切割速度、沒有危險的切削廢液等優點，是一種更符合可持續發展需要的技術應用。金剛石線切割單多晶矽片技術中有兩種輔材對整個切割過程起到關鍵性作用。一種是金剛石線，一種就是冷卻液。兩者如果不能達到很好的協同作用，就會產生各種切割不良甚至斷線風險。在技術引進初期和金剛石線匹配使用的冷卻液以油基冷卻液為主。油基冷卻液是由基礎油復配不同比例的耐磨添加劑、潤滑劑、防鏽劑、抑菌劑，催冷劑等添加劑合成，因此具有極佳的潤滑效果，能有效保護刀具並延長其使用壽命，同時可獲得極高的工件精密度和表面光潔度。但作為金剛石線切割的重要輔材之一，油基冷卻液除成本較高外(佔其輔材成本的23％，佔製造成本的11％。)，其切割單多晶工藝也一直無法達到理想效果。因為金剛石線切割矽片過程鋼線的速度很高，最高線速度可以達到1200m/min。如此,則要求冷卻液在切割過程中除具有較好的潤滑性外，同時應具有更好的冷卻性能。水基冷卻液是將油劑用大量的水稀釋的切削液，通常含油劑百分之五至二十，其用量約佔全部切削液的百分之九十五。水基冷卻液的優點是冷卻性好，價廉易得，加工件易清洗，主要用於高速切削加工工序中。水基冷卻液一般分為乳化液(可溶性油，solubleoil)、微乳液、和化學水溶液。水基潤滑 添加劑可分為油溶性和水溶性兩種。油溶性添加劑的使用性能同礦物油中的一樣。為使油溶性添加劑分散到水中需加入表面活性劑。水溶性添加劑可在油溶性添加劑分子中引入水溶性基團而製得。水基冷卻液和油基冷卻液相比雖然潤滑性能降低，但是卻可以表現出較好的冷卻性。同時，採用水基冷卻液也可以大大降低輔材成本。因此，為了提高切割良率及降低成本，研發投入使用水基冷卻液是市場發展的必然趨勢。本發明改變了傳統的用油基冷卻液進行金剛線切割單晶矽片技術，在提升良率的同時，使切割液水含量達到99％以上，從而大大降低了切割成本。技術實現要素：本發明提供了一種用於金剛石線切割的水基冷卻液。水含量可達到99.9％，同時，有機物成分可降低至0.1％以下，可使成本大大降低。根據本發明的用於金剛石線切割的水基冷卻液，其包含99.8-99.95重量份的水、0.01-0.07重量份的潤溼劑、0.01-0.07重量份的乳化分散劑、0.01-0.05重量份的消泡劑和0.001-0.015重量份的金屬抑制劑。在本發明的優選實施方式中，所述用於金剛石線切割的水基冷卻液包含：99.8-99.95重量份的水、0.05-0.07重量份的潤溼劑、0.03-0.06重量份的乳化分散劑、0.03-0.05重量份的消泡劑和0.005-0.015重量份的金屬抑制劑。在本發明的優選實施方式中，所述用於金剛石線切割的水基冷卻液包含：99.8-99.95重量份的去離子水、0.01-0.05重量份的潤溼劑、0.01-0.04重量份的乳化分散劑、0.01-0.04重量份的消泡劑及0.001-0.005重量份的金屬抑制劑。所述潤溼劑為選自脂肪醇硫酸鹽、烷基磺酸鹽、烷基丁二酸磺酸鹽、辛基酚聚氧乙烯醚中的一種或兩種以上，例如選自石油磺酸鈉、辛基酚聚氧乙烯醚和琥珀酸二異辛酯磺酸鈉中的一種或兩種以上；所述乳化分散劑為選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、多元醇酯中的一種或兩種以上，例如選自聚乙二醇200、馬來酸二乙基己酯中的一種或兩種混合物；所述消泡劑選自有機矽氧烷和聚醚中的一種或兩種以上，其中，所述有機矽氧烷例如為二甲基矽油,聚醚例如為gpe類；所述金屬抑制劑為選自三乙醇胺、亞硝酸鈉、苯並三氮唑及亞磷酸二正丁酯中的一種或兩種以上。在本發明的更優選實施方式中，所述用於金剛石線切割的水基冷卻液包含：99.8-99.95重量份的去離子水、0.01-0.06重量份的作為潤溼劑的琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、0.01-0.06重量份的作為乳化分散劑的聚乙二醇200及馬來酸酸二乙基己酯、0.01-0.05重量份的作為消泡劑的二甲基矽油、0.005-0.015重量份的上述金屬抑制劑。本發明所述用於金剛石線切割的高水含量冷卻液的主要技術指標：粘度5-30cp，密度0.8-1.1g/cm3，ph值5.5-8，電導率小於1000us/cm，表面張力小於45n·m-1等。本發明還提供了一種製備所述用於金剛石線切割的水基冷卻液的方法，該方法包括：1.將0.001-0.015重量份的金屬抑制劑及0.01-0.05重量份的消泡劑添加至99.8-99.95重量份的水中攪拌均勻；2.將0.01-0.07重量份的潤溼劑和0.01-0.07重量份的乳化分散劑添加至步驟1所得到的混合液中，攪拌均勻得到用於金剛石線切割的水基冷卻液。具體實施方式以下實施例和測試實施例中所用材料、試劑等均為商購所得。其中，石油磺酸鈉，含量>55％,分子量為420-500辛基酚聚氧乙烯基醚，含量>99％三乙醇胺，含量>99.9％亞硝酸鈉，含量>99％聚乙二醇200,分子量190-210馬來酸二乙基己酯，含量>90％聚乙烯醇,醇解度88％苯並三氮唑，針狀，純度95％實施例在實施例1-9的製備過程中，按照下表1所示重量份及表2所示具體組分，先將金屬抑制劑及消泡劑添加至去離子水中攪拌均勻得到混合液，然後向所述混合液中加入潤溼劑和乳化分散劑，攪拌均勻得到根據本申請所述的用於金剛石線切割的水基冷卻液。表1實施例1-9中各組分含量表2實施例1-9中各組分測試實施例對上述實施例1-9所得水基冷卻液進行相關物理性質的測量。測試實施例1粘度、ph值、電導率測試粘度測試採用brookfield粘度計(型號：dv-ⅱpro)；電導、ph值選用梅特勒-託利多設備(型號：sevenmulti)進行測試。經測試，所有實施例均滿足：粘度在5-15cp範圍內，ph值在5.5-7範圍內，電導率小於200us/cm。測試實施例2性能指標檢測對實施例的各冷卻液進行性能指標檢測，主要包括對矽粉的分散性、對不鏽鋼腐蝕抑制性、以及切割良率進行檢測。1、分散性對比：向150ml配好的冷卻液試劑中加入10wt％的矽粉，攪拌混合均勻使成懸浮液，待5h後觀察沉降情況，根據每個樣品矽粉的沉降高度與不加冷卻液的水的空白樣做對比來判斷分散性的好壞。2、潤溼性對比：用滴管分別取每個樣品，滴1滴至白紙上，觀察水的擴散情況與不加冷卻液的水的空白樣做對比觀測潤溼時間。3、與設備磨合程度：切割實驗，以切割良率a表現鑑別。切割良率a率＝每刀切割下來外觀等級達規定要求的a級矽片數量/每刀理論上的出片數*100％檢測結果如表3所示：表3性能指標冷卻液潤溼性分散性切割良率a市面現有冷卻液(udm/高水含量)不好好86.3wt％實施例1好好93.5wt％實施例2好好92.7wt％實施例3好好92.5wt％實施例4好一般90.0wt％實施例5好一般89.6wt％實施例6一般好92.3wt％實施例7一般好91.2wt％實施例8好好93.8wt％實施例9一般一般87.6wt％可以從表3的數據看出根據本申請所述的用於金剛石線切割的水基冷卻液基本都能達到滿足要求。而且用量少，配料簡單易操作，相對於現有冷卻液可大大降低成本。當前第1頁12