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光伏多晶硅片多线切割机理与工艺的研究

作　者: 陶大庆
导　师: 杨兴林
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 多晶硅片多线切割机理有限元仿真实验设计数据分析加工工艺
分类号: TN305
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着工业和科学技术的不断发展，使得人类对能源的需求也越来越大，因此，光伏产业作为一种绿色和可再生的新能源产业就蓬勃发展起来，而作为光伏产业中主要的工艺过程—硅片切割显得越来越重要，在多晶硅片加工过程中切割机理是怎样的，并且这一加工机理的变化是如何影响多晶硅片的加工过程，如何保证整个加工过程的可靠性和安全性，以及如何保证光伏多晶硅片的质量。基于上述的原因，对其进行分析和优化就势在必行。本文主要以光伏多晶硅片多线切割系统为研究对象，在阐述光伏多晶硅片多线切割机理基础上，再使用ANSYS/LS‐DYNA对加工过程进行仿真，最后进行相关的光伏多晶硅片切割实验并分析实验数据，从而确定最佳的光伏多晶硅片多线切割的加工工艺。本文的主要工作内容包括光伏多晶硅片多线切割机理的研究、光伏多晶硅片多线切割有限元模型的建立与分析、确定影响光伏多晶硅片多线切割系统主要因素并且进行实验验证、分析光伏多晶硅片多线切割系统的实验数据以及确定光伏多晶硅片多线切割系统最佳加工工艺。在光伏多晶硅片多线切割机理方面，本文重点是研究硬脆性材料的加工机理基础上，然后分析单一切割介质加工多晶硅材料的破碎情况和加工情况，以此来分析多线切割的加工机理，最后阐述多线切割加工过程中失效类型和原因。在光伏多晶硅片多线切割仿真方面，本文着重使用ANSYS/LS‐DYNA软件对光伏多晶硅片多线切割加工过程进行仿真。在对模型进行仿真过程中，本文主要对不同加工条件和仿真材料情况进行对比。进行对比发现两种仿真材料各有优劣，但不同加工条件对光伏多晶硅片质量影响较大。在光伏多晶硅片多线切割实验方面，本文主要首先确定影响光伏多晶硅片多线切割的六大主要因素，然后选取其中的两个主要因素进行实验设计，最后按照之前实验要求进行实验并且整理得到的实验数据。在光伏多晶硅片多线切割加工工艺方面，本文着重使用JMP数据统计软件进行分析得到的实验数据结果，根据分析结果得到最佳的预测光伏多晶硅片多线切割加工工艺，然后把得到最佳的预测加工参数进行实验验证，最后确定在此基础上的最佳的光伏多晶硅片加工工艺。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-14
第1章绪论  14-22
  1.1 引言  14
  1.2 研究背景  14-16
  1.3 国内外对光伏多晶硅片多线切割研究现状和发展趋势  16-20
    1.3.1 国内对光伏多晶硅片多线切割研究  17-18
    1.3.2 国外对光伏多晶硅片多线切割研究  18-19
    1.3.3 光伏多晶硅片多线切割发展趋势  19-20
  1.4 研究目的和意义  20
  1.5 主要研究内容  20-22
第2章光伏多晶硅片多线切割机理概述  22-36
  2.1 多晶硅材料特性  22-23
  2.2 切割机理  23-32
    2.2.1 切割原理  23-25
    2.2.2 切割基本理论  25-26
    2.2.3 材料移除理论  26-29
    2.2.4 切割浆料相关特性  29-32
  2.3 切割失效机理  32-35
    2.3.1 切割钢线失效  32-33
    2.3.2 切割浆料失效  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章光伏多晶硅片多线切割有限元模型建立与分析  36-54
  3.1 引言  36
  3.2 有限单元法的基本思路  36-37
  3.3 几何模型的建立  37-38
  3.4 有限元模型的建立  38-40
  3.5 接触条件设定  40-41
  3.6 模型数值分析  41-53
    3.6.1 1200#碳化硅和 10m/s 线速度下切割 CONCRETE 模型  42-43
    3.6.2 1200#碳化硅和 12.5m/s 线速度下切割 CONCRETE 模型  43-45
    3.6.3 1500#碳化硅和 10m/s 线速度下切割 CONCRETE 模型  45-46
    3.6.4 1500#碳化硅和 12.5m/s 线速度下切割 CONCRETE 模型  46-47
    3.6.5 1200#碳化硅和 10m/s 线速度下切割 DAMAGE 模型  47-49
    3.6.6 1200#碳化硅和 12.5m/s 线速度下切割 DAMAGE 模型  49-50
    3.6.7 1500#碳化硅和 10m/s 线速度下切割 DAMAGE 模型  50-52
    3.6.8 1500#碳化硅和 12.5m/s 线速度下切割 DAMAGE 模型  52-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章光伏多晶硅片多线切割模型实验  54-64
  4.1 实验目的  54
  4.2 实验内容  54-56
    4.2.1 实验设备与相关材料  54-56
    4.2.2 实验测量仪器  56
  4.3 实验步骤  56-57
  4.4 实验设计  57-60
  4.5 实验结果  60-62
    4.5.1 影响实验结果的因素  60-61
    4.5.2 实验数据  61-62
  4.6 仿真情况与实验情况对比  62-63
  4.7 本章小结  63-64
第5章光伏多晶硅片多线切割实验结果分析  64-77
  5.1 引言  64
  5.2 统计分析软件JMP简介  64-66
  5.3 本实验数据分析的理论基础  66-67
  5.4 JMP软件数据分析过程  67-72
  5.5 多晶硅片微观表面情况以及对后续加工影响  72-73
  5.6 实验验证及工艺确定  73-75
  5.7 本章小结  75-77
总结与展望  77-79
  1 本文总结  77-78
  2 研究展望  78-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  82-84
致谢  84

光伏多晶硅片多线切割机理与工艺的研究

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