王秦生，張旺璽，穆云超

(1.中原工學(xué)院 材料與化工學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.金剛石高效精密鋸切工具技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 451191；3.河南省金剛石工具技術(shù)國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 451191)

1 當(dāng)前行業(yè)發(fā)展形勢與需要關(guān)注的問題

河南鄭州是我國金剛石發(fā)祥地，被國際同行譽(yù)為世界金剛石之都。這里是2002年由國家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)設(shè)立、全國唯一的國家火炬計(jì)劃超硬材料產(chǎn)業(yè)基地，也是國家發(fā)展和改革委員會(huì)在2009年批準(zhǔn)設(shè)立、全國唯一的超硬材料及制品國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)基地，這里還有中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)批準(zhǔn)的超硬材料國家認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室。

1.1 超硬材料行業(yè)當(dāng)前面臨的發(fā)展形勢

當(dāng)前,超硬材料處于行業(yè)發(fā)展新舊兩個(gè)時(shí)代的交匯點(diǎn)。對(duì)超硬材料行業(yè)而言，已經(jīng)過去的半個(gè)多世紀(jì)是工具時(shí)代，主要有磨、鉆、鋸、切四大類工具，是利用其硬度極高這一力學(xué)性能。從今往后的21世紀(jì)可稱之為功能時(shí)代，要利用金剛石的聲、光、電、熱優(yōu)異特性，開拓這四大類功能元器件應(yīng)用新領(lǐng)域。

功能時(shí)代來臨了，并不意味著工具時(shí)代已經(jīng)結(jié)束。準(zhǔn)確地說，新時(shí)代是功能+工具時(shí)代。在功能時(shí)代，工具仍將同時(shí)繼續(xù)發(fā)展。舉例如下：

(1) 磨具。這是超硬材料工具中最早發(fā)展起來的一類，但現(xiàn)在仍然處于發(fā)展前期。世界公認(rèn)的磨料磨具行業(yè)發(fā)展大趨勢是AB→CD進(jìn)展[1]，即金剛石和立方氮化硼(cBN)磨具要替代普通磨料SiC和剛玉磨具，但至今替代比率還不到30%。高速、超高速磨具，高精、超精磨具，都還處在開始推廣階段。

(2) 刀具。刀具發(fā)展更是方興未艾。金剛石刀具、cBN刀具[2]替代硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具，這也是國內(nèi)外刀具發(fā)展的大趨勢，但目前替代比率只有5%左右，最高估計(jì)還不足10%。

在“國家新材料產(chǎn)業(yè)計(jì)劃發(fā)展指南”明確的“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)任務(wù)中，作為“高檔數(shù)控機(jī)床專用刀具材料”，金剛石和cBN均被列為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品。

(3) 線鋸。金剛石線鋸最初叫絲鋸，已經(jīng)有近半個(gè)世紀(jì)發(fā)展歷史。早期的金剛石線鋸用電鍍法制造，長度不過數(shù)百m，用于加工寶石和玉器等小尺寸工藝品。而現(xiàn)在光伏產(chǎn)業(yè)加工單晶硅和多晶硅所用的金剛石線鋸，長度可達(dá)到幾十km，比以前的線鋸長得多。這種線鋸是從替代碳化硅砂漿線鋸開始進(jìn)入光伏行業(yè)的。

20世紀(jì)90年代，光伏用金剛石線鋸在國外問世，國內(nèi)生產(chǎn)不過近十年左右(2009年有了第一家企業(yè))。國內(nèi)發(fā)展最初那幾年，只有岱勒、三超、華晶等幾家公司，生產(chǎn)企業(yè)屈指可數(shù)。近年來呈井噴式發(fā)展，全國各地雨后春筍般出現(xiàn)了一大批金剛石線鋸企業(yè)。有一些企業(yè)后來居上(其中有的企業(yè)甚至已成為國內(nèi)超硬材料行業(yè)規(guī)模最大的)，有一些開始規(guī)?；a(chǎn)，有一些剛剛建成投產(chǎn)，有一些正在抓緊建設(shè)中，還有的正在規(guī)劃設(shè)計(jì)并準(zhǔn)備建廠。金剛石線鋸發(fā)展勢頭迅猛。

對(duì)上述磨具、刀具、線鋸三類工具來說，如果說磨具處在發(fā)展前期，相當(dāng)于上午十點(diǎn)鐘，那么刀具可以說是處于八九點(diǎn)鐘，光伏用線鋸大概是處于早晨七點(diǎn)鐘。而光、電、聲、熱類功能性應(yīng)用，還處在黎明前發(fā)展階段，初露端倪，小荷才露尖尖角，其產(chǎn)業(yè)化大幕尚未拉開。整體而言，超硬材料及制品行業(yè)，毋容置疑是朝陽行業(yè)，發(fā)展前景非常樂觀。

1.2 現(xiàn)階段需要關(guān)注的若干技術(shù)問題

目前，金剛石線鋸成了整個(gè)金剛石行業(yè)的最大熱點(diǎn)，看起來發(fā)展形勢一片大好。然而，在當(dāng)前形勢下，如果冷靜地觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，有一些現(xiàn)象需要引起注意，有一些問題需要予以關(guān)注。

1.2.1 金剛石線鋸產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

以下一些問題需要我們引起注意：同樣工藝和設(shè)備、同一模式簡單復(fù)制的問題，要避免盲目重復(fù)建設(shè)；相同產(chǎn)品同質(zhì)化競爭的問題，要防止陷入價(jià)格戰(zhàn)惡性循環(huán)；開發(fā)不同品種、不同用途線鋸的問題，要提倡差異化發(fā)展。

1.2.2 金剛石線鋸需要研究的核心技術(shù)

電鍍線鋸盡管已經(jīng)開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但是技術(shù)并不十分成熟，還需要改進(jìn)和提高，還有不少問題亟待解決。下面就幾個(gè)涉及核心技術(shù)的問題作以探討。

(1) 高速電鍍液在線鋸生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的問題。氨基磺酸鹽型電鍍液[3]替代傳統(tǒng)的瓦特電鍍液(硫酸鹽型)，已成功運(yùn)用到線鋸上，其允許電流密度將會(huì)成倍提高，電鍍生產(chǎn)效率可提高2～3倍。

(2) 電刷鍍工藝移植應(yīng)用于線鋸生產(chǎn)的問題。原本適用于大件修復(fù)的電刷鍍技術(shù)，移植過來運(yùn)用到線鋸上，開發(fā)出適合線鋸的新方法，替代常規(guī)的電鍍方法。這樣，利用陰極表面附近電化學(xué)擴(kuò)散層強(qiáng)烈去極化作用，電沉積速率可以高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，提高20～30倍。

(3) 電鍍金剛石線鋸和樹脂金剛石線鋸中磨料與基線結(jié)合不牢固的問題。從線鋸產(chǎn)品質(zhì)量來說，目前電鍍金剛石線和樹脂金剛石線的一個(gè)共同問題是金剛石磨料結(jié)合力小，易過早脫落。原因是磨料顆粒與金屬鍍層或樹脂結(jié)合劑之間以及磨料與基體之間，只有機(jī)械把持力和分子間力(范德華力))，沒有化學(xué)鍵；而分子間力很弱，其能量比化學(xué)鍵小一個(gè)數(shù)量級(jí)。為了結(jié)合牢固，人們積極尋找其他方法。有人采用擠壓、滾壓、沖壓法，把金剛石壓入鋼絲中；有人采用釬焊法制作線鋸。遺憾的是這些方法也有問題，還需要繼續(xù)尋找其他方法。

(4) 金剛石線鋸加工硅材料表面產(chǎn)生條紋問題。金剛石固結(jié)式線鋸替代碳化硅砂漿式線鋸，在加工光伏用硅材料時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)新情況——加工表面會(huì)產(chǎn)生條紋，表面凹凸不平。這被認(rèn)為是影響能量吸收的不利因素。但是換一個(gè)思路去想，微觀真實(shí)表面積增大，接收更多陽光，能否轉(zhuǎn)化成一個(gè)有利因素呢？這個(gè)問題有關(guān)專業(yè)人員正在探討。

(5) 其他問題。另辟蹊徑尋找適合于制造線鋸的其他工藝方法問題；金剛石線鋸在加工多晶硅方面進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的問題；表面鍍覆金剛石磨料擴(kuò)大應(yīng)用的問題；等等 。

以上這些都是關(guān)系產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大技術(shù)問題，有待深入研究。

1.2.3 金剛石線鋸產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和目標(biāo)

線鋸技術(shù)是目前研討的主題，內(nèi)容涵蓋了金剛石線鋸上中下游整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。其中包含：原材料金剛石微粉的顆粒形狀、金屬線的力學(xué)性能，金剛石線鋸的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以及線鋸的應(yīng)用技術(shù)。這些都是人們關(guān)注的問題。

綜上所述，在當(dāng)前線鋸產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展的新形勢下，討論人們關(guān)心的問題，明確前進(jìn)的方向，引導(dǎo)線鋸產(chǎn)業(yè)發(fā)展——既要快速發(fā)展，又要健康發(fā)展；既要產(chǎn)業(yè)規(guī)模做到世界第一，又要質(zhì)量水平達(dá)到世界第一！

2 金剛石線鋸有關(guān)專業(yè)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化的問題

下面是關(guān)于金剛石線鋸專業(yè)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化過程中涉及技術(shù)層面的一些問題。

2.1 金剛石線鋸應(yīng)當(dāng)屬于鋸切工具還是屬于磨具的問題

光伏產(chǎn)業(yè)中切割硅材料所使用的工具，通常稱為線鋸。但是，它究竟應(yīng)當(dāng)屬于鋸切工具還是屬于磨削工具呢？

按照加工目的而言，它應(yīng)當(dāng)屬于鋸切工具。加工目的是把被加工材料鋸切開，使之成為薄片狀或其他設(shè)定形狀。從這個(gè)意義上說，它應(yīng)當(dāng)與金剛石鋸切工具中的圓鋸、排鋸、繩鋸并列，同屬于鋸切工具。

按照加工方式而言，它應(yīng)當(dāng)屬于磨削工具。它是依靠磨料的磨削作用進(jìn)行加工，遵循磨削原理進(jìn)行工作。從這個(gè)意義上說，它可以與砂輪、磨石、磨頭并列，同屬于磨削工具(簡稱磨具)。但是，它不同于常見的平面磨削和外圓磨削砂輪，而是接近于鋸切鋼材用的薄片砂輪(俗稱切割片)以及成型磨削用的磨溝槽砂輪。其實(shí)，這種薄片切割砂輪就是一種圓鋸片，也可以歸類于鋸切工具。

2.2 金剛砂和金剛砂線鋸

光伏行業(yè)長期以來使用的線鋸，磨料是碳化硅，工作方式是自由磨削。這種線鋸實(shí)質(zhì)上是一種特殊用途的磨削工具，這種磨具由碳化硅加水加鋼絲線組成，碳化硅是磨料，鋼絲線是磨具的基體。這種磨具屬于自由磨具，也稱為松散模具。

那么，金剛砂和金剛線，以前在光伏行業(yè)是怎么叫起來的呢？這得從磨料的專業(yè)術(shù)語說起。磨料分為普通磨料(剛玉和碳化硅)和超硬磨料 (金剛石和立方氮化硼)兩大類。碳化硅俗稱為金剛砂。需要指出，這只是一種俗稱，并非嚴(yán)格的專業(yè)術(shù)語。有的非專業(yè)人士把剛玉也叫作金剛砂。更有甚者，還有人把普通磨料包括剛玉和碳化硅統(tǒng)統(tǒng)稱作金剛砂。光伏行業(yè)許多人因?yàn)榱?xí)慣把碳化硅稱作金剛砂，所以就把碳化硅切割線簡稱為金剛砂線，甚至簡單叫作金剛線。可見，所謂的金剛砂和金剛線，都與金剛石毫不相干。

這種叫法，盡管不科學(xué)，但在金剛石線鋸出現(xiàn)之前，還問題不大，不至于產(chǎn)生太多歧義。在金剛石線鋸出現(xiàn)以后，把金剛石和金剛石線鋸也叫作金剛砂和金剛線，就出現(xiàn)了歧義，兩類產(chǎn)品混為一談，不知道說的是碳化硅線鋸還是金剛石線鋸?，F(xiàn)在的光伏用線鋸除有一部分仍在使用傳統(tǒng)碳化硅切割線之外，金剛石線鋸也在同時(shí)使用，并且作為更新?lián)Q代的新型工具應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為線鋸的主流產(chǎn)品。

2.3 金剛石和金剛石線鋸

傳統(tǒng)的金剛砂線鋸與現(xiàn)在的金剛石線鋸，是有本質(zhì)區(qū)別的兩種產(chǎn)品。前者是松散磨具，所用磨料是碳化硅，加水形成砂漿，工作方式是自由磨削，磨料顆粒在金屬線表面無規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)；后者是固結(jié)磨具，所用磨料金剛石是采用特定工藝方法固定在金屬線表面上[4]，工作方式是規(guī)則磨削，金剛石磨料顆粒隨著金屬線一起進(jìn)行有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。

金剛石線鋸不僅已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已被制定，并且已經(jīng)開始實(shí)施。其中包括先后頒布的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)是關(guān)于電鍍金剛石線的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]，另一個(gè)是關(guān)于樹脂金剛石線的國家標(biāo)準(zhǔn)[6]。這些標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了金剛石線鋸產(chǎn)品及其組成部分(金剛石磨料、金屬線等)的名稱和規(guī)格等一整套標(biāo)準(zhǔn)化的專業(yè)名詞和術(shù)語。

2.4 金剛石線鋸產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)當(dāng)引起重視

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，無論是電鍍金剛石線或者是樹脂金剛石線，都可以簡稱為金剛石線。但是，很明顯，無論哪種金剛石線，都不能再像以前稱呼碳化硅線那樣叫作金剛線。所用磨料是金剛石，也不能再像以前稱呼碳化硅那樣叫作金剛砂。否則，就會(huì)把金剛石與金剛砂(碳化硅)混為一談，把金剛石線與金剛砂線(碳化硅線)混為一談。這不僅使名詞術(shù)語概念混亂，而且會(huì)造成交易市場上兩類不同產(chǎn)品品種名稱的混亂。

令人遺憾的是，迄今為止，不僅有人口頭上繼續(xù)這樣說，而且在產(chǎn)品宣傳冊中仍然這樣寫，甚至在專業(yè)文獻(xiàn)中也屢見不鮮，就更不應(yīng)該了！

這種非標(biāo)準(zhǔn)的混亂的表述方式，現(xiàn)在應(yīng)該結(jié)束了。特別是本行業(yè)內(nèi)的專業(yè)技術(shù)人員，在書面文件中應(yīng)當(dāng)注意帶頭執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的專業(yè)術(shù)語。

金剛石線鋸目前已經(jīng)發(fā)展到了廣泛工業(yè)化應(yīng)用階段，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的普及工作應(yīng)當(dāng)跟上形勢發(fā)展，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。

有一種說法廣為流傳：三流企業(yè)做產(chǎn)品，二流企業(yè)做品牌，一流企業(yè)做標(biāo)準(zhǔn)，超一流企業(yè)做文化。很難想象，不重視標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，會(huì)生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品，更談不上開拓國際市場了。

(本文根據(jù)第一作者在“第四屆中國超硬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨2018年金剛石線切產(chǎn)業(yè)鏈研討會(huì)”(鄭州)開幕式上的講話整理而成。)