中国山东大学的研究人员提出了一种新方法，用于定量预测太阳能硅片生产中金刚石线切割硅片横向振动引起的过量切口损失。

       切口是将太阳能硅锭切成硅片时浪费的晶体材料。

       该研究的通讯作者高宇飞表示：“我们研究中提出的切口损失模型可以预测硅片厚度的均匀性，这有助于控制未来更薄硅片的厚度均匀性，并为光伏硅片断裂强度的研究提供新的视角。”

       研究人员警告称，光伏行业使用的最新金刚石线锯的运行速度比以往更快，这会增加制造过程中的振动。此外，他们还解释说，锯线的直径越来越细，而线跨度越来越大，这会增加横向振动。这两种效应结合在一起，反过来会导致更大的切口损失和更低的硅片厚度。

       “锯线的横向振动会间接削弱硅片的断裂强度，导致锯切过程以及后续清洗、运输过程中的断裂率增加。”他们进一步解释道，“因此，研究锯切过程中锯线横向振动引起的额外切口损失，对于提升硅片的工艺质量以及未来超薄硅片的锯切具有十分重要的意义。”

       科学家们首先研究了在锯线两端持续激励下，金刚石锯线在锯切过程中的横向振动动力学，然后研究了锯缝内部的摩擦阻尼效应。

       此外，他们还利用求解微分方程的常用有限差分法对模型进行数值求解，并测量振动的加速度信号和位移信号，以评估锯线的横向振动特性。

       最后，学者们通过赫兹接触理论发展了他们的模型，该理论描述了两个非共形、有弹性且光滑的物体接触时的变形和应力分布。他们还应用了动量守恒原理，该原理指出封闭系统的总动量随时间保持不变。

       为了验证预测模型，研究团队利用浙江圣海数控股份有限公司提供的SH300机床进行了三组锯切试验，所用锯线直径为350 μm，锯线速度范围为1,000~1,400 m/min。

       实验表明，横向振动引起的切口损失主要由主锯切台的振源信号引起，且振源信号稳定。此外，研究人员发现，切口损失随锯丝张力增大、锯丝跨度减小而减小，随锯丝速度增大而略有增加。

       分析还表明，在锯切参数恒定的情况下，硅片越小，切口损失越大。

       “切口损失越大，硅片厚度不均匀性就越大，”科学家们强调，“对于光伏单晶硅片来说，显著的厚度偏差是不可接受的。”

       他们还强调，横向振动主要影响硅片的边缘，从而增加出现裂纹的风险。

       他们的研究结果发表在《Measurement》杂志上的论文“Prediction of excess kerf loss in diamond wire sawing based on vibration source signal measurement and processing”中。