中国光伏行业金刚线用钨丝市场研究
目 录
第十章 钨丝金刚线的生产成本（特别放送）
第十一章 钨丝金刚线行业前景（特别放送）
第十二章 钨丝生产企业概览（特别放送）
第十三章 钨丝母线金刚丝市场格局预测（特别放送）
第十七章 主要光伏行业主要企业概览
附件：钨丝和光伏产业发展年谱简编
第八章我们就硅片切割的各种工艺方法进行了概括，总结了各个切割方式的发展过程和优缺点，重点介绍了金刚石内圆锯切割的方式和问题所在，硅片切割过程中可能出现的主要问题及其产生的原因，用以佐证不同硅片切割工艺的特点。
概括而言，传统上的金刚线锯，金刚线绳锯都是碳钢丝、琴钢丝或者合金钢丝为基体母丝的。目前少部分，未来大部分金刚线都将是钨丝或者掺杂钨丝基体的；从应用领域看，切割厚度大和长度长材料用途需要较大直径的金刚线，切割较小尺寸和较薄厚度则可使用线径较小的金刚线；环保因素优先、被切割材料价值较低用途的以碳钢丝基体金刚线成本较低，被切割材料价值高、或难以获得、具有特殊意义需要尽可能多片同质化程度高的材料，以减少材料损耗和切割效率为优先选项者，钨丝基体母丝金刚线为最佳选项。
基于上述理由，本调研的第九部分所涉及到的金刚线，包含所有材料基体母丝的金刚线，为了总体介绍其适用范围和领域，我们不再详细区分描述。
金刚线
超硬材料（Superhard Material）指硬度极高一部分材料，主要包括天然钻石（Diamond，金刚石）、人工制造的聚合钻石纳米棒（ADNR）、化学气相沉积金刚石（CVDD）、立方氮化硼（CBN）、多晶立方氮化硼（PCBN）等。常规使用的超硬材料主要是指人工金刚石和立方氮化硼。金刚石是已知的世界上最硬的物质，立方氮化硼硬度仅次于金刚石，这两种超硬材料的硬度远高于刚玉、碳化硅、硬质合金、高速钢等硬质工具材料。具有高导热性、绝缘性、化学稳定性等多种优良性能的金刚石是已知最硬的物质，除了一般金属材料有色金属及其合金的精密加外，特别适用于加工硬脆非金属材料。
硬质合金则是仅次于上述超硬材料之后的另一类硬度极高的脆硬合金材料，在需要进行加工时，金刚线锯也是一个选项之一。
金刚线是对超硬材料对脆硬材料切割性能绝佳使用范例。传统意义上的金刚线就是利用碳钢丝的抗弯和和抗拉强度附着微型金刚石锯齿，使之达到了很高的压力强度承载能力并具有了磨削切割能力，提高切了割效率和切割质量。纵观近年来光伏行业的晶硅切割的发展，我们可以说金刚线对于特种材料（如晶硅）切割和太阳能产业发展与推动都是事关重要的。最近两年由于晶硅价格高企，（本文前日成文过程中查阅资料，硅料价格已经超过人民币300元/千克）在此情况下，节省晶硅料就变得越来越重要，钨丝母线也就会更快地被赋予替代碳钢丝的使命。
线锯切割发展至今，为了不断改进工艺提高生产效率，已经由单线锯发展到多线锯切割工艺。金刚线多线切割工艺具有诸多优点，是目前最为完善和效率很高的先进一种特殊切割工艺，应用广泛。中钨在线调研团队仔细梳理已经在使用或可以使用的领域和产品，认为金刚线目前和可见的未来可以应用在以下材料加工工艺上：在光伏晶硅、磁性材料、蓝宝石、新能源电池、精密陶瓷（陶瓷靶材）、建筑等行业，切割对象主要是晶体硅（多晶硅切片，单晶硅，晶棒）、蓝宝石（白宝石）等人工晶体材料籽晶开方、切片、红外光学材料（如硒化锌、硫化锌、硅、锗等晶体）、热电材料（如碲化铋，碲化铅、硅锗合金等）、硬质合金、钻石玉器、光学玻璃、水晶、生活陶瓷、石墨、塑料、PVC、橡胶制品（如轮胎）瓷砖、混凝土、磁性材料、石材、锆石、耐火砖岩样、PCB板、陨石、海洋结核、耐火材料、生物及仿生复合材料等金属和非金属脆硬材料、高温合金、高熵合金、非晶合金等各种材料。金刚线切割用在贵重宝石、陨石、生物塑化标本、稀贵/名贵装饰石材的切片切缝小，切割质量好，更重要的是能够最大可能地降低稀贵材料的损坏和损耗。
福建南安高时石材公司堆场待切割的石材
中钨在线认为：在钨丝基体母丝金刚线技术成熟，没有革命性替代金刚线切割技术出现之前，将会有较长时间碳钢丝基体金刚线和钨丝基体金刚线各自在不同领域独领风骚的时期，较粗的碳钢丝金刚线和较细的钨丝金刚线各有切割效率与成本优势，适用于不同的切割领域。如建筑、大理石等价值较低、尺寸较大、切割强度较高的材料是碳钢丝金刚线的切割领域，而极细钨丝金刚线则是用于价值较高的精细切割领域，如晶硅片、蓝宝石、钻石玉器、特种磁性材料、特种合金、特种加工品修型等。
由概念来看，凡是脆硬材料都可以使用与金刚线来进行切割，但实际上是否需要使用金刚线切割技术，还决定于两个特殊的因素：（1）是否具有经济性，即使用金刚线切割和其他切割方式相比较的成本高低；（2）是否具有安全环保性。这一点需要说明的是，如果在环保要求压力增加时，经济性可能会由此降低，因金刚线切割较少的废碎料，较少的扬尘而具有现实意义，如大量大理石切割粉料带来的区域性环保问题；也同样如果在生产安全需要的时候，金刚线可能也是某些领域，如废旧建筑拆除不得不考虑的优先选项，在不能进行爆破、强力拆除、不能有扬尘和噪音的闹市区，经济成本降低次要地位，而相对安全、底噪和无尘的金刚线锯拆除方法就是首选。
需要特别说明的是，中钨在线在过往服务客户的历史上，也向食品业（如面包蛋糕切割）、造纸业、医疗手术等领域的特殊需求提供了专门设计的切割钨丝。这些经验也将给钨丝金刚线切割未来应用领域扩展以有益的启示。因此我们说，切割是人类使用时期以来就采用的生产生活加工技术，切割工具也随着切割需要和技术进步不断发展。金刚线切割技术是一种锯切技术，所以它源自传统的锯切原理和工具，也就可以应用于绝大部分锯切领域。
1. 晶硅切割用金刚线
晶体硅带有金属光泽的灰黑色固体、熔点高（1410℃）、硬度大，一直以来都是主要太阳能电池的主流材料；硅属半金属，是极为重要的半导体材料。单晶硅具有准金属物理性质，有较弱导电性，电导率随温度升高而增加，有显著的半导电性；多晶硅是灰色、黑色金属光泽的等轴八面晶体。
单晶硅（左）和多晶硅（右）的区别示意图
现代工业中，硅材料具有极其重要的用途：（1）由于硅半导体耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强等优点被广泛用于电子工业集成电路的生产中；（2）多晶硅可以直接用于制造太阳能光伏电池板，或加工成单晶硅后制造的光伏电池板占世界光伏电池98%左右；（3）作为IT产业的最基本材料，集成电路大大减小了体积、重量、引出线和焊点数目，提高了电路性能和可靠性；（4）利用光照敏感的PN结或PIN结构成的光生伏大型探测器；（5）将压力转化为电信号的传感器和（6）硅材料制作的光敏传感器和磁敏传感器等元器件。
单晶硅拉晶车间
晶硅（Crystalline Silicon）是一种带有金属光泽的灰黑色固体，是一种整块硅晶体中的硅原子按周期性排列的单晶体，是用高纯多晶硅原料通过直拉法和区熔法制得，是光伏产业链上游中最主要的一种材料，结构为金刚石结构，特点包括硬度大、脆性大、导电性较弱和半导电性显著等。需要注意的是，多晶硅指由具有一定尺寸的硅晶粒组成的多晶体，各个硅晶粒的晶体取向不同；用于制备硅单晶的高纯多晶硅主要是由改良的西门子法将冶金级多晶硅纯化而来。
单晶硅是指单晶体硅材料，其硅原子以金刚石结构进行晶格排列，具有基本完整的晶格结构的单晶体。不同的晶向具有不同的性质，是一种良好的半导体材料，单晶硅是现代科学技术中不可或缺的基础材料，可用于集成电路和半导体分立器件的生产制造，如日常生活中的电子计算机和自动控制系统。电视，电脑，冰箱，电话，手表和汽车都与单晶硅材料密不可分。单晶硅作为技术应用的流行材料之一，已经渗透到人们生活的每个角落。
较大的硬度和脆性，导致晶体硅在切割加工过程难度很高，主要表现在硅片很容易出现裂纹和破碎的情况，而且切割线缝大，成品硅片厚度较大。为了解决硅片上述的切割问题，以及降低硅片的损失率，晶体硅主流切割工具金刚线的母线从高碳钢丝材料转向钨丝材料已经是一种不可逆转的趋势。
单晶硅棒多线切割 美畅股份招股说明书
当前，市场上切割光伏硅片的金刚石线主流线径为38~42μm。以钨丝为基材的金刚线由于线径（35~40μm）较小，而能有效降低被切割材料出现裂痕和破碎的概率，同时还可以切割出厚度较小的硅片，并减少硅材料的损耗。假设要将长度100mm的硅棒都切割成厚度为1mm硅片，正常情况下，使用钨基金刚线进行切割比使用碳钢基金刚线进行切割的硅片的数量更多，前者若能产出90片1mm硅片，则后者产出硅片的数量将小于90片，主要是因为钨丝绳比钢丝绳更细，耗硅料更小。
多晶硅硅锭开方
硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。首先使用金刚线锯把硅锭切成方块，谓之开方，之后再将硅棒或硅方分割成很薄的硅片。难度最大和最需要改进的就是硅片切割工艺，而为了提高效率，硅碇开方和硅棒截断用等切割金刚线一般直径在250μm以上。
黑硅制绒光伏硅片
2. 蓝宝石用金刚线
3. 硬质合金用金刚线
4. 光学玻璃用金刚线
5. 陶瓷用金刚线
6. 磁性材料用金刚线
7. 增材制造产品切割金刚线
8. 石材用金刚线
9. 建筑用金刚线
10. 石英用金刚线
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