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砂线切割

阅读：778发布：2020-05-11

IPRDB可以提供砂线切割专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的设备，该设备包括用于供给线丝的供线卷轴(1)，上对(3a、3b)和下对(3c、3d)平行间隔开的滚轮导向器和收线卷轴(4)；来自供线卷轴的线丝绕着沿滚轮导向器连续的凹槽穿过，从邻近供线卷轴至靠近收线卷轴，以形成沿滚轮导向器长度的四边连续的线丝网。线丝沿滚轮导向器间隔开，在线丝在预定点通过滚轮导向器之后，线丝围绕至少两个滑轮(5a、5b)转移，以使线丝从所述网移去，并经由后续滚轮导向器在某一点上把线丝重新引入所述网，该某一点横向地偏离线丝离开该网的点，从而在线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙上不会出现切割作用。，下面是砂线切割专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的设备，所述设备包括用于供给线丝的供线卷轴，在它们的表面上具有多个周向凹槽的平行间隔开的上对滚轮导向器，在它们的表面上具有类似的多个周向凹槽，并与该上对滚轮导向器间隔开，处于与所述上对滚轮导向器的轴限定出的平面基本平行且间隔开的平面中的平行间隔开的下对滚轮导向器，以及收线卷轴；所述装置是这样的以致于来自于所述供线卷轴的线丝可以绕着沿所述滚轮导向器的连续凹槽穿过，并从邻近所述供线卷轴至邻近所述收线卷轴，从而形成了沿所述滚轮导向器的长度的四边连续的线丝网，用来驱动所述线丝快速地从所述供线卷轴向所述收线卷轴运动的装置，以及用来移动所述块，沿大致垂直于该滚轮导向器轴线的方向穿过所述成对滚轮导向器之间的所述线丝网的装置，使得所述块在运动的线丝的作用下被切割成薄片，其中所述线丝沿所述滚轮导向器隔开，所述线丝在预定点穿过滚轮导向器之后，围绕至少两个滑轮转移，以把所述线丝从所述网移去，并经由后续滚轮导向器在某一点上重新把该线丝引入该网，该某一点横向地偏离该线丝离开该网的点，从而在该线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙上不会出现切割作用。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述线丝从所述滚轮导向器移去的所述预定点沿所述滚轮导向器纵向方向可变。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中在所述线丝重新加入所述网之前，具有调整所述线丝横向移动距离的装置。

4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中用来将所述线丝从所述网移去的该至少两个滑轮中的至少一个滑轮为空转轮。

5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中用来将所述线丝从所述网移去的所述滑轮位于沿所述滚轮的长度的中间位置。

6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述网各单独部分的宽度小于将要锯切的所述块，使得在完成所述锯切作用时，在各块的至少一端留有未切割的支座。

7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述线丝是有涂层的高强度钢。

8.如权利要求7所述的设备，其中有将浆体应用于所述块的装置。

9.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述线丝是高强度长链有机聚合物。

10.一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的方法，并包括把线丝绕两对滚轮导向器穿过的步骤，该两对滚轮导向器在其表面上具有多个周向凹槽、并被设置形成上下切割平面，围绕沿所述滚轮导向器的长度的四边连续的线丝网驱动所述线丝运动的步骤，以及使所述块沿大致垂直于所述滚轮导向器的轴线的方向运动，通过所述线丝网的步骤，包括的附加步骤用来在所述线丝在预定点通过一个滚轮导向器之后，围绕至少两个滑轮转移该线丝，以使所述线丝从所述网移去，并经由后续滚轮导向器在某一点上把所述线丝重新引入所述网，该某一点横向偏离该线丝离开该网的点，因而，在所述线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙上不会出现切割作用。

11.一种设备，大体上如以下结合附图5，6和7以例子的方式描述的，并如附图5，6和7所示的。

12.一种方法，大体上如以下结合附图5，6，和7以例子的方式描述的。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种用于砂线切割(abrasive wire sawing)的设备，以及一种砂线切割的方法。

背景技术

多刃砂线切割技术已在商业上使用多年。当需要从昂贵且易碎的半导体或电光材料的棒材或块材切薄板或薄片时，使用该工艺。
在标准工艺中，直径为150至180微米的高强度钢丝，从可包括 200公里或更多钢丝的供线卷轴扯出，并在收线卷轴收线之前，在张紧状态下绕一系列马达驱动的四个钢丝导向滚轮，该高强度钢丝可涂有一层较软的材料如铜，也可以没有该涂层。各钢丝导向滚轮的表面具有一系列密集的、机加工其上的“V”形凹槽，该“V”形凹槽节距等于钢丝的直径加上所需薄片的厚度。轮的长度使得钢丝可绕它们穿过4 至500次形成四边平织机或钢丝网，其中钢丝以高达每秒10米的速度绕滚轮穿过。
该网可充满细碎磨料粉的悬浮液或浆体，该磨料粉如润滑和冷却介质(如石蜡油或聚乙二醇)中的粒径10微米金刚砂粉末。要切成薄片的材料以棒材的形式被粘在或固定在安装板上，并且然后被压向上下水平网并缓慢地穿过上下水平网，其中快速运动的钢丝与磨料粉浆体一起切割出穿过该材料的一系列规则的狭缝以制造出具有精确厚度和良好表面光洁度的薄片或薄板。
美国专利5564409和5616065中示出了用于实施这种工艺的线锯设备的两个实例。
在现有的工业设备中，所述网以一个单一连续排列的钢丝的形式存在，并且网的宽度大于将要切成薄片的材料的长度。当用于制造薄片或薄板的整个材料具有均匀且令人满意的质量时，这种设备是适当并且节省成本的。但是，情况并不总是这样的，并且在某些情形下重要的是，不宜于制造商业上的令人满意的薄片的材料(由于其化学、物理或电子性质的缺陷)的任何区域不会被锯，因为那样会将高达50 ％的、原本为后续的回收保留的材料转化成不可回收的锯屑。
这种情形的一个实例发生在用于光伏产业的多晶硅片的加工中。在该工艺中，金属硅在坩埚内熔化并缓慢地冷却以形成晶块。然后将该晶块锯成一系列具有相同的正方形横截面的高块(tall block)，该高块随后在多刃砂线锯中被切成薄片。
由于可通过铸造方法制造的硅块的高度受到技术上的限制，因此工业实践中将两个或更多的块首尾相连地固定在安装板上作为单个棒材，用来填充锯上的最大网宽。虽然这样看起来最大地利用了机器能力，但发现这样具有较大的缺点。
商业上用于制造硅锭的铸造工艺导致在块的底部和顶部的几厘米内形成质量不能令人满意的材料。目前这些材料使用金刚石面的圆形的或带状的锯去掉，然后通过把这些块粘在玻璃或陶器安装板上，使它们相邻的末端稍微间隔开或有时相互粘在一起，以便于切割成薄片。
这种布置意味着，所述网不仅从被切割的材料的两端延伸出来，而且覆盖所述块彼此平接或粘在一起的中间部分。不可避免的是，在这些位置的一根或多根钢丝将切割具有较高的破裂可能性的不完整的薄片或薄片。
在实际的线切割过程中破碎的薄片可对整个锯切收率产生深刻的影响。破碎的薄片不仅可引起狭缝的阻塞和钢丝的断裂，而且薄片碎片也可被携带到钢丝滚轮导向器的表面，在那里它们引起精密凹槽的损坏并导致不规则的薄片厚度。用于光伏产业的高产率锯切系统中，平行排列成两行的块在同一网的表面同时切割，破碎的薄片碎片可被输送到下游的块从而引起灾难性的钢丝断裂。
本发明涉及所述工艺的一种创新改进，其中通过向所述钢丝织机引入可调整的倾斜的滑轮组，将单个网分成两个或更多网。

发明内容

本发明提出，在所述网的中心引入两个或更多开槽滑轮，使得线丝从四个从动线丝滚轮导向器中一个出来时就被选中并绕过接下来的两个后续的滚轮，以在相对其移去位置具有某一位移的位置重新引入第四滚轮的凹槽。实际上，这样形成了由具有预设宽度的两个或更多的连续部分构成的网。凹槽滑轮可调整线位移和角位移以保证精确且无应力的网分割。
本发明提供一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的设备，所述设备包括：用于供给线丝的供线卷轴；在它们的表面上具有多个周向凹槽的平行间隔开的上对滚轮导向器；在它们的表面上具有多个类似的周向凹槽的平行间隔开的下对滚轮导向器，与上对滚轮导向器间隔开，该下对滚轮导向器处于与所述上对滚轮导向器的轴线限定的平面大致平行且间隔开的平面；以及收线卷轴；
所述布置是这样的，来自供线卷轴的线丝可以绕着沿滚轮导向器的连续凹槽穿过，从邻近供线卷轴至邻近收线卷轴，这样形成沿滚轮导向器长度的四边连续的线丝网，有驱动线丝快速地从供线卷轴向收线卷轴运动的装置，以及移动这些块，沿大致垂直于滚轮导向器轴线的方向穿过成对的滚轮导向器之间的线丝网的装置，使得所述块在运动的线丝的作用下被切割成薄片，
其中，所述滚轮导向器的布置是这样，使得在沿所述滚轮导向器的部分路径上，在预定点通过滚轮导向器之后，所述线丝转移围绕至少两个滑轮，以便把所述线丝从所述网移去，并在横向地偏离线丝离开该网的所述点的一点处，把所述线丝重新引入所述网，因而，在该线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙中不会出现切割作用。
优选地，线丝从滚轮导向器移去的预定点沿滚轮导向器纵向方向可变。
更优选地，具有一种设备，用来在线丝重新加入所述网之前调整线丝的横向移动距离。
更优选地，把线丝从网中移去的所述至少两个滑轮中至少一个为空转轮。
更优选地，将线丝从网移去的滑轮位于沿滚轮长度的中间位置。
更优选地，网的各分离部分的宽度小于将要锯切的块，从而在完成锯切时，在各块至少一端留有未切割的支座。
所述线可以是高强度钢，或者是高强度长链有机聚合物。在前一种情况下，有利地将浆体应用于块。
本发明包括一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的方法，该方法包括以下步骤：使线丝围绕两对滚轮导向器，该两对滚轮导向器在其表面上具有多个周向凹槽，并设置形成上下切割平面；驱动所述线丝围绕沿所述滚轮导向器长度的四边连续的线丝网运动；沿大致垂直于所述滚轮导向器轴线的方向，移动所述块通过所述线丝网；
包括的另外步骤：在所述线丝在预定点通过一个滚轮导向器之后，使线丝转移围绕至少两个滑轮，以使所述线丝从所述网移去，并在横向地偏离线丝离开该网的所述点的一点处，经由后续滚轮导向器把所述线丝重新引入所述网，因此，在该线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙中不会出现切割作用。

附图说明

现在将结合附图以例证的方式对现有技术的例子和本发明的具体实施例进行说明，其中：
图1示出在多晶硅片的加工过程中的三个阶段；
附图2、3和4分别为现有技术设备的示意性正视图、平面图以及正交视图；和
附图5、6和7分别为根据本发明的设备的示意性正视图、平面图以及正交视图。

具体实施方式

图1中大致示出了半导体材料薄片的生产。硅锭(如图1a所示) 在坩锅中铸造出，并且使它缓慢冷却，以确保适当的晶形。晶块由金刚石锯锯成一系列具有相同横截面的高块(如图1b所示)。然后由多刃线锯把这些块锯成薄片(如图1c所示)。获得的薄片可用来生产用于光伏产业的太阳能电池。
图2、3和4中示出了现有技术的线锯的实例。马达驱动的四个有槽滚轮导向器设置成两对，其中一对在另一对的上面。两对垂直地间隔开。用于切断的线丝以非常小的倾斜度连续地缠绕在所述滚轮导向器周围，以形成具有上下切割平面的网。四个硅块(四个如图1b所示的块)设置成在上切割平面被切割，另外四个块设置成在下切割平面被切割。这种布置具有若干缺点。
为了减轻这些缺点中的一些缺点的影响，需要使网中所有的线丝当切割小于标准机床的整个网宽度的多个块时，处于相同的张紧状态。也需要支撑各块最外面的薄片以减少或消除它们脱离或落下的可能。
图5、6和7中示出了根据本发明的设备的具体形式。马达驱动的供线卷轴1缠有直径为100至200(并优选地150至180)微米且长达 450千米的高强度钢丝。钢丝被引导通过张紧滑轮2a，并随后以非常小的倾斜度通过马达驱动的四个有槽滚轮导向器3a至3d。滚轮导向器3a 和3b形成上对，而滚轮导向器3c和3d形成下对。把这些滚轮导向器的轴布置成一个矩形(当从轴的末端观察时)，使得钢丝被布置在具有上下切割平面的网中。在通过这些滚轮导向器后，钢丝通过另一个张紧滑轮2b，并随后由马达驱动的收线卷轴4收线。以高达10米每秒的速度驱动钢丝，并且该布置充满持续供给的、由研磨粉组成的浆体，该研磨粉如润滑和冷却介质(如石蜡油或聚乙二醇)中的粒径10微米的金刚砂粉末。
如现有技术的实例，四个硅块8设置成在上切割平面切割，而另外四个块设置成在下切割平面切割。各对硅块粘在玻璃或陶器的安装板7上。该安装板连接到马达驱动的竖直平动机构6上。一些情形下，两个块可以是首尾相互连接的。
然而，在本发明中，(与现有技术相比)当钢丝从上对滚轮导向器通向下对滚轮导向器时，通过把钢丝从所述块之间的切割平面上转移开，从而分割上下切割网。钢丝由安装在支架上的一对空转轮5a和 5b转移，以离开滚轮导向器3b，而在滚轮导向器3c和3d下面穿过，并在一个位置重返滚轮导向器3a，该位置从钢丝转移开的位置横向地间隔开。钢丝的转移在网的上下切割平面中形成了对应于块8之间的间隔的间隙。因此块8的端部没有被切割。在锯切以及后续的移除与清理过程中，这些端部对薄片起稳定支座的作用，并可被清理去除以重新铸造成晶块。
图5、6和7的布置使得能够以提高的效率使用多线浆(slurry) 切技术，用于切割其本身比机床网宽度短的多晶硅块。
尽管本发明的上述实例涉及高强度钢丝的使用，但本发明的进一步修改包括使用基于高强度长链有机聚合物的非金属丝。一种具体但非唯一的实例是商业化制造的Kevlar牌的芳香族醯胺聚合物。
该材料可以单丝形式和编织物获得。它具有大于钢五倍的抗拉强度。这些特征允许使用直径更小的线丝，该线丝使得从相同尺寸的块获得更多的薄片。这也消除了所用浆体与铁、铜以及锌的颗粒的混合，这种混合阻碍了从浆体中回收有用硅尘。
本发明的优点
当切割用于光伏产业的硅片时，可以安装具有整个晶块高度的几个块对，并且可以从各个块切割出高质量的整个切片，而不会有网从材料的端部外侧穿过。
分割开的网确保块只在具有预定的优质材料的指定部分内切割成薄片。
分割开的网确保整个网经受均匀的切割载荷，从而防止产生薄片厚度变化和锯痕的不均匀线丝张力。
未切成薄片的各块的末端片可全部地回收。
在锯切之后的清理过程中，未切成薄片的末端片对薄片起稳定末端片的作用。
减少了薄片厚度的变化和有锯痕的薄片数量。
在锯切和清理过程中，减少了薄片的损坏数量。
大大减少了线丝损坏和破碎的薄片对滚轮导向器的破坏(并需重新刻槽)，并显著提高了总收率。
当使用多线砂锯切技术切割任何单晶或多晶块状材料时，且其中多于一个的材料段跨过网的任何横截面而布置时，锯切收率得到提高。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种能够利用切割线丝从至少两个类似的块形成多个薄片的设备，所述设备包括：用于供给线丝的供线卷轴；在它们的表面上具有多个周向凹槽的平行间隔开的上对滚轮导向器；在它们的表面上具有多个类似的周向凹槽的平行间隔开的下对滚轮导向器，该下对滚轮导向器与该上对滚轮导向器间隔开，并处于与所述上对滚轮导向器的轴线限定出的平面基本上平行且间隔开的平面中；收线卷轴；和驱动线丝快速地从供线卷轴至收线卷轴运动的装置；
该布置是这样的，在使用中，来自于供线卷轴的线丝设置成沿所述滚轮导向器通过连续的凹槽，从邻近所述供线卷轴至邻近所述收线卷轴，所述线丝将形成沿所述滚轮导向器长度的四边连续的线丝网，有一个装置，它使所述块沿大致垂直于所述滚轮导向器的轴线的方向，移动通过成对的所述滚轮导向器之间的所述线丝网，从而，所述块在所述运动的线丝的作用下被切割成薄片，
其中，所述滚轮导向器的布置是这样，使得在沿所述滚轮导向器的部分路径上，在预定点通过滚轮导向器之后，所述线丝转移围绕至少两个滑轮，以便把所述线丝从所述网移去，并在横向地偏离线丝离开该网的所述点的一点处，把所述线丝重新引入所述网，因而，在该线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙中不会出现切割作用。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述线丝从所述滚轮导向器移去的所述预定点沿所述滚轮导向器纵向方向可变。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中有一个装置，用于调整在重新加入所述网之前所述线丝横向移动的距离。
4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中将所述线丝从所述网移去的所述至少两个滑轮中的至少一个滑轮为空转轮。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中将所述线丝从所述网移去的所述滑轮位于沿所述滚轮长度的中间位置。
6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述网各单独部分的宽度小于将要锯切的所述块，使得在完成所述锯切作用时，在各块的至少一端上留有未切割的支座。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备，结合有供线卷轴上的线丝，所述线丝设置成在所述滚轮导向器和滑轮上运行，以及设置成收集在收线卷轴上。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述线丝是具有涂层的高强度钢。
9.如权利要求8所述的设备，其中有向所述块施加浆体的装置。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述线丝是高强度长链有机聚合物。
11.一种用于从至少两个类似的块形成多个薄片的方法，该方法包括以下步骤：使线丝围绕两对滚轮导向器，该两对滚轮导向器在其表面上具有多个周向凹槽，并设置形成上下切割平面；驱动所述线丝围绕沿所述滚轮导向器长度的四边连续的线丝网运动；沿大致垂直于所述滚轮导向器轴线的方向，移动所述块通过所述线丝网；包括的另外步骤：在所述线丝在预定点通过一个滚轮导向器之后，使线丝转移围绕至少两个滑轮，以使所述线丝从所述网移去，并在横向地偏离线丝离开该网的所述点的一点处，经由后续滚轮导向器把所述线丝重新引入所述网，因此，在该线丝网中存在将所述网分为两个独立部分的间隙，并且在该间隙中不会出现切割作用。

标题	发布/更新时间	阅读量
切割线-专利编号CN106891450A	2020-05-12	1070
切割线-专利编号CN103460890A	2020-05-12	753
线切割机-专利编号CN103071870A	2020-05-11	895
线切割机-专利编号CN102350549B	2020-05-11	537
线切割机-专利编号CN102350549A	2020-05-12	685
线束切割机-专利编号CN108284176A	2020-05-13	101
导线切割机-专利编号CN105127335B	2020-05-13	290
切割线-专利编号CN103430688A	2020-05-11	105
砂线切割-专利编号CN1953835A	2020-05-11	777
线切割夹具及线切割机-专利编号CN110465712A	2020-05-13	1012

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