一種鉬酸鹽添加劑及含其的多晶矽或單晶矽切割液的製作方法
2023-07-31 07:48:31 2
專利名稱：一種鉬酸鹽添加劑及含其的多晶矽或單晶矽切割液的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉬酸鹽添加劑，本發明還涉及一種含有該鉬酸鹽添加劑的切割 液，尤其涉及一種含有該鉬酸鹽添加劑的多晶矽或單晶矽切割液。
背景技術：
隨著信息技術和太陽能產業的飛速發展，全球對多晶矽和單晶矽的需求增長迅 猛。中國是世界上第三大太陽能電池生產國，隨著光伏產業的迅猛發展，處於光伏產業上遊 的矽片生產環節顯得越來越重要。為了能降低成本，提高生產效率，高性能的矽片成為了矽 片市場的「新寵」。在整個矽片生產流程中，拉晶、截斷、切方三個環節對矽料都有一定的損 耗，而在切割中對矽片造成的消耗最大。因此使用高效的矽片切割液可以提高切割效率，並 且能夠儘可能地降低切割消耗。性能優良的切割液可以使強烈而不均勻的機械作用轉變成 為均勻穩定的化學機械作用，從而有效地降低機械應力，也能有效地散發熱量而降低熱應 力。美國 Krueger Mark K 禾口 Byers Jerry P (US5, 391，310，Sulfurized aqueous machining fluid composition)等人發明了一種硫化水性切削液組合物，能有效降低摩 擦力，減少切削操作時所產生的力，延長了工具壽命，提高生產力，但仍然存在一定的缺 點環境性能不佳，含有硫元素會使加工操作過程中產生氣味。日本Kaburagi Shingo (JP 11,302,681, Aqueous composition, aqueous cutting fluid based thereon, their production, and cutting method using this cutting)等人石if發了一禾中涉及單晶娃、多 晶矽以及化合物半導體等半導體材料的水基切割液，由於本身粘度低，所以水分混入引起 粘度的減小作用以及切削混入引起的粘度增加現象得到緩和，能對被加工件進行水洗，同 時生物降解性優良，但是缺點是工藝較複雜，成本較高。諸淳康等人(CN1884456A，水基防 鏽透明切削液及其製備方法)研究發明了一種水基防鏽透明切割液，防鏽、冷卻、潤滑、清 洗功能均能符合國家標準，同時液體為透明的，便於加工中對工件的觀察；添加了醫用乙醇 使得切削液的保質期大為延長最長可達到2年。但是缺點仍然存在切割液原料中的亞硝 酸鈉，排放後會對環境造成嚴重汙染。國內外現有的較好切割液48小時的砂漿懸浮率僅為 70%以上，有效組分回收利用率達70%以上。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服了現有的多晶矽或單晶矽切割液製造工藝 複雜、成本高、對環境不友好等缺陷，提供了鉬酸鹽添加劑以及含有該鉬酸鹽的多晶矽或單 晶矽切割液。本發明的鉬酸鹽添加劑具有良好的防鏽和抑菌性能，由此得到的含有該添加 劑的多晶矽或單晶矽切割液技術性能優異，生產工藝簡便，對環境友好，質量穩定、儲存時 間長，重複性好、可長時間循環使用，能夠保證多線切割設備的連續運行，減少非正常停機 時間。本發明人經過廣泛的研究和反覆的試驗發現，鉬酸鹽不但具有良好的防鏽性能，3還具有抑制菌類生長的性能。因此，本發明人將鉬酸鹽和油酸二乙醇醯胺硼酸酯聯合使用， 能夠得到成本適中且具有良好的防鏽性能和抑菌性能的鉬酸鹽添加劑，從而得到了一款含 有該添加劑的多晶矽或單晶矽切割液。因此，本發明通過下述技術方案解決上述技術問題本發明提供了 一種鉬酸鹽添加劑，其為鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯按照 1 5 1 20的質量比組成的混合物，其中鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯的質量比較 佳的為1 5 1 10。鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯都具有良好的防鏽性能和抑菌效 果。在上述鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯的質量比範圍內能夠得到成本合適且具有良好 防鏽性能和抑菌效果的鉬酸鹽添加劑。本發明的鉬酸鹽添加劑的製備方法為將鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯按上述 比例簡單混合即得。本發明還提供了一種多晶矽或單晶矽切割液，其包含下述質量百分比的組分聚乙二醇100-100030-90%非離子表面活性劑0.5-5%螯合劑1-10%有機醇0.5-5%本發明鉬酸鹽添加劑1-5%和去離子水0-67%其中，所述的聚乙二醇100-1000指數均分子量100-1000的聚乙二醇。其中，所述的鉬酸鹽添加劑是本發明特別優選的一種添加劑，其可以降低切割液 與矽片的摩擦係數，具有優良的減摩抗磨性能。添加到切割液中能在金屬表面形成鈍化膜， 起到良好的防鏽性能。同時可以抑制切割液本身微生物和菌藻類滋生繁衍，起到一定的抗 菌和抑菌效果，延長多晶矽或單晶矽切割液的保存時間。所述的鉬酸鹽添加劑可以混合物 的形式添加到所述的切割液中，也可分別將鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯按照鉬酸鹽添 加劑中所述的質量比分別添加到所述的切割液中。所述的鉬酸鹽添加劑的含量較佳地為質 量百分比1-4%。其中，所述的聚乙二醇100-1000作為分散劑，具有適當的粘度，並可以吸附於固 體顆粒表面而產生足夠高的位壘和電壘，不僅防止切割顆粒在新表面的吸附，也能促使固 體顆粒團開裂散開，從而保證切割液的懸浮性能。同時也可以在晶塊受刀具機械力作用出 現裂紋時，滲入到微細裂縫中，定向排列於微細裂紋表面而形成化學能的劈裂作用，該分散 劑還能繼續沿裂縫向深處擴展，從而有利於切割效率的提高。所述的聚乙二醇100-1000的 含量較佳的為質量百分比70-90%。所述的聚乙二醇的數均分子量較佳的為200-1000。其中，所述的非離子表面活性劑具有潤滑作用，能極大地降低切割液的表面張力， 同時能夠將切屑和磨料粉末託起，使非離子表面活性劑分子取而代之吸附於矽片表面，並 能阻止切屑和切粒粉末再沉積，從而有利於後工序矽片清洗。所述的非離子表面活性劑可 採用本領域常規使用的各類非離子表面活性劑，較佳地為烷基糖苷(APG)、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(0P-10)和脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)中的一種或多種。所述的非離子表面活性 劑的含量較佳的為質量百分比2-4%。其中，所述的螯合劑能使本發明的多晶矽或單晶矽切割液具有優良的去除金屬離 子的性能，尤其可以去除鋼絲磨削過程中產生的鐵離子。所述的螯合劑可採用本領域中常 規使用的各類螯合劑，只要其具有良好地螯合金屬離子的性能即可。所述的螯合劑較佳地 為氨基羧酸類和/或羥基羧酸類螯合劑。所述的氨基羧酸類螯合劑較佳地為乙二胺四乙酸 鈉鹽；所述的乙二胺四乙酸鈉鹽較佳地為乙二胺四乙酸二鈉和/或乙二胺四乙酸四鈉。所 述的羥基羧酸類螯合劑較佳的為檸檬酸鈉和/或葡萄酸鈉。所述的螯合劑的含量較佳的為 質量百分比5-7%。其中，所述的有機醇為烷烴分子中的氫被羥基取代後的化合物，可以與矽發生化 學反應，均勻地作用於矽片的被加工表面，可降低矽片切割損傷層厚度，減小後面工序加工 量，有利於降低生產成本。同時，對金屬也有鈍化作用，避免線切割設備接觸漿料部位和鋼 絲的慢性腐蝕，減少斷線率。所述的有機醇可採用本領域常規使用的各類醇，只要其具有醇 的結構和共性，能與矽發生上述化學反應即可，例如甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、辛醇等等。 本發明中考慮到切割液的成本，特別使用價格低廉的有機醇，較佳地為乙二醇和/或異丙 醇。所述的有機醇的含量較佳的為質量百分比2-4%。其中，所述的去離子水作為主要溶劑，去離子水的含量較佳的為0_15%。在本發明一較佳的實施例中，所述的多晶矽或單晶矽切割液由下述質量百分比的 組分組成聚乙二醇200-600非離子表面活性劑 螯合劑 有機醇 鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酉!70-90% 2-4% 5-7% 2-4%0.11-0.36% 0.83-3.64%以及去離子水0-15%本發明的多晶矽或單晶矽切割液中還可以添加本領域切割液中常規添加的其他 添加劑，只要其不明顯影響本發明切割液的性能即可，包括各種水性和油性、環保型和非環 保型的添加劑。本發明中，上述優選條件可任意組合，即得本發明各較佳實例。本發明的多晶矽或單晶矽切割液的製備方法為將所述組分按所述的質量百分比 簡單混合後即得。較佳地為在攪拌下，將有機醇、非離子表面活性劑和鉬酸鹽添加劑加入到 聚乙二醇100-1000中，待溶液澄清後加入螯合劑，攪拌均勻即得。對於常溫下為固態或粘 流態的聚乙二醇，需要將其熔融後，在熔融狀態下加入其它組分，或用去離子水溶解後在溶 液狀態下加入其它組分。
本發明的原料和試劑均市售可得。本發明的積極進步效果在於1.本發明的多晶矽或單晶矽切割液的技術性能優異，切割效果好，重複性好，質量 穩定，保證了多線切割設備的連續運行，減少非正常停機時間。2.有效地解決了切削和磨料粉末再沉積的問題，48小時的砂漿的懸浮率達81 % 以上，比現有技術高了約10%。避免了矽片表面的化學鍵合吸附現象，以便於矽片的清洗和 後續加工。3.集滲透、潤滑、冷卻、清洗以及防鏽性能於一體，不含有毒成分，無毒無害，成本 低廉，總回收率高。4.本發明的切割液儲存時間為36個月，且可長時間循環使用。
具體實施例方式下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。下述實施例中除另有說明的以外，所述的百分比皆為質量百分比，組分比例皆為 質量比。所述的分子量皆為數均分子量。實施例11、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 5。2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 200 (PEG200)900g (90%)非離子表面活性劑一院基糖苷(APG) 20g (2%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉50g (5%)有機醇一異丙醇20g (2%)鉬酸鹽添加劑IOg (1%)(鉬酸鈉0.17%，油酸二乙醇醯胺硼酸酯0.83%)3、多(單)晶矽切割液的製備向處於連續攪拌下的聚乙二醇200中依次緩慢加入上述配方中的烷基糖苷、異丙 醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩慢加入乙二胺四乙酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為84. 2%，切割液有效組分回收利用率為93. 5%。產品具有良好的重複性，可長 時間循環使用，存儲時間達36個月。實施例21、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 10。2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 200 (PEG200)700g (70%)非離子表面活性劑一院基糖苷(APG) 30g (3%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉55g (5.5%)有機醇一異丙醇25g (2.5%)鉬酸鹽添加劑40g (4%)(鉬酸鈉0.36%，油酸二乙醇醯胺硼酸酯3.64%)去離子水150g (15%)3、多(單)晶矽切割液的製備用去離子水溶解聚乙二醇200，在連續攪拌的情況下，向聚乙二醇200中依次緩慢 加入上述配方中的烷基糖苷、異丙醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩慢加入乙二胺四乙 酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為83. 5%，切割液有效組分回收利用率為93. 1%。產品具有良好的重複性，可長 時間循環使用，存儲時間達36個月。實施例31、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 5。2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 600 (PEG600)850g (85%)非離子表面活性劑一燒基糖苷(APG) 35g (3.5%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉 有機醇一異丙醇 鉬酸鹽添加劑(鉬酸鈉0.17Q/O，油酸二乙醇醯胺硼酸酯0.83%)3、多(單)晶矽切割液的製備將聚乙二醇600在水浴中加熱至40°C左右，保持在該溫度下連續攪拌，並依次緩 慢加入上述配方中的烷基糖苷、異丙醇、烷基糖苷、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩慢加 入乙二胺四乙酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為84%，切割液有效組分回收利用率為93. 7%。產品具有良好的重複性，可長時 間循環使用，存儲時間達36個月。實施例41、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 8。2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg)65g (6.5%) 40g (4%) IOg (1%)
聚乙二醇 1000 (PEG1000)300g (30%)非離子表面活性劑一辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(OP-IO) 5g (0.5%)螯合劑一乙二胺四乙酸四鈉 有機醇一乙二醇 鉬酸鹽添加劑(鉬酸鈉0.11%，油酸二乙醇醯胺硼酸酯0.89%)IOg (1%) 5g (0.5%) IOg (1%)670g (67%)去離子水3、多(單)晶矽切割液的製備將去離子水加入聚乙二醇1000中，並在水浴中加熱至50°C左右，保持在該溫度下 連續攪拌，並依次緩慢加入上述配方中的0P-10、乙二醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩 慢加入乙二胺四乙酸四鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為80. 7%，切割液有效組分回收利用率為89. 2%。產品具有良好的重複性，可長 時間循環使用，存儲時間達36個月。實施例51、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 15。
2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg) 聚乙二醇 100 (PEG100)非離子表面活性劑一脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 螯合劑一梓檬酸鈉 有機醇一辛醇 鉬酸鹽添加劑 去離子水3、多(單)晶矽切割液的製備用去離子水溶解聚乙二醇100，在連續攪拌下，向聚乙二500g (50%)50g (5%) IOOg (10%) 50g (5%) 50g (5%) 250g (25%):100中依次緩慢加入上
述配方中的JFC、辛醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩慢加入檸檬酸鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為81. 9%，切割液有效組分回收利用率為90. 5%。產品具有良好的重複性，可長 時間循環使用，存儲時間達36個月。實施例6
1、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇醯胺硼酸酯=1 20。2、多(單)晶矽切割液配方(IOOOg)
3、多(單)晶矽切割液的製備用去離子水溶解聚乙二醇100，在連續攪拌下，向聚乙二醇100中依次緩慢加入上 述配方中的JFC、乙二醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清後再緩慢加入葡萄酸鈉，攪拌至均勻即得。將本產品與磨料(碳化矽砂)以1 0. 92比例進行混合使用，產品48小時砂漿 的懸浮率為81.0%，切割液有效組分回收利用率為89.9%。產品具有良好的重複性，可長 時間循環使用，存儲時間達36個月。聚乙二醇 100 (PEG100)500g (50%)非離子表面活性劑一脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 50g (5%)螯合劑一葡萄酸鈉 有機醇一乙二醇 鉬酸鹽添加劑 去離子水IOOg (10%) 50g (5%) 50g (5%) 250g (25%)
權利要求
1.一種鉬酸鹽添加劑，其特徵在於其為鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯按照 1 5 1 20的質量比組成的混合物。
2.如權利要求1所述的鉬酸鹽添加劑，其特徵在於所述的鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺 硼酸酯的質量比為1 5 1 10。
3.一種多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於其包含下述質量百分比的組分聚乙二醇 100-100030-90%非離子表面活性劑0.5-5%螯合劑1-10%有機醇0.5-5%如權利要求1或2所述的鉬酸鹽添加劑1-5%和去離子水0-67%。
4.如權利要求3所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的鉬酸鹽添加劑的 含量為質量百分比1_4%。
5.如權利要求3所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的非離子表面活性 劑為烷基糖苷、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或多種。
6.如權利要求3所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的螯合劑為氨基羧 酸類螯合劑和/或羥基羧酸類螯合劑。
7.如權利要求6所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的氨基羧酸類螯合 劑為乙二胺四乙酸鈉鹽；所述的羥基羧酸類螯合劑為檸檬酸鈉和/或葡萄酸鈉。
8.如權利要求7所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的乙二胺四乙酸鈉 鹽為乙二胺四乙酸二鈉和/或乙二胺四乙酸四鈉。
9.如權利要求3所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的有機醇為乙二醇 和/或異丙醇。
10.如權利要求3-9中任一項所述的多晶矽或單晶矽切割液，其特徵在於所述的多晶 矽或單晶矽切割液由下述質量百分比的組分組成聚乙二醇200-60070-90%，非離子表面 活性劑2-4%，螯合劑5-7%，有機醇2-4%，鉬酸鈉0. 11-0. 36%，油酸二乙醇醯胺硼酸酯 0. 83-3. 64%以及去離子水0-15%。
全文摘要
本發明公開了一種鉬酸鹽添加劑，其為鉬酸鈉和油酸二乙醇醯胺硼酸酯按1∶5～1∶20的質量比組成的混合物。本發明還公開了一種多晶矽或單晶矽切割液，其包含下述質量百分比組分聚乙二醇100-1000 30-90％，非離子表面活性劑0.5-5％，螯合劑1-10％，有機醇0.5-5％，本發明鉬酸鹽添加劑1-5％和去離子水0-67％。本發明的切割液克服了現有的多(單)晶矽切割液製造工藝複雜、成本高、對環境不友好等缺陷，技術性能優異，重複性好，質量穩定。其能減少非正常停機時間；有效解決切削和磨料粉末再沉積的問題；集滲透、潤滑、冷卻、清洗以及防鏽性能於一體，無毒無害，成本低廉，總回收率高。
文檔編號C10N30/12GK102041137SQ20091019701
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月12日 優先權日2009年10月12日
發明者王煒 申請人:上海洗霸科技有限公司