Hilo de diamante con alambre de tungsteno: un avance tecnológico que abre una nueva era en el corte

En la ola de aceleración hacia el “gran formato y la reducción del espesor” en la industria fotovoltaica, la tecnología de corte se ha convertido en un eslabón clave que limita la reducción de costos y la mejora de la eficiencia del sector. Las tradicionales hilos diamantados de acero al carbono, al acercarse a los límites físicos de su diámetro, resultan insuficientes para responder simultáneamente a la creciente presión sobre los costos de la materia prima de silicio y a la necesidad de aumentar la eficiencia del corte. En cambio, los hilos diamantados de tungsteno, gracias a sus propiedades materiales singulares y a avances tecnológicos innovadores, están abriendo una nueva era en la tecnología de corte fotovoltaico, con ventajas disruptivas: diámetros más finos, resistencia mecánica superior y menores pérdidas.

Iteración tecnológica: una elección inevitable, del acero al carbono a la fibra de tungsteno

Desde su introducción en el sector fotovoltaico en 2010, la tecnología de corte con hilo de diamante ha sustituido rápidamente al corte con mortero, convirtiéndose en el proceso dominante. Su principio fundamental consiste en hacer que las partículas de polvo de diamante se desplacen a gran velocidad arrastradas por una matriz de hilo de acero, logrando así el corte de las obleas de silicio mediante un mecanismo de abrasión. Sin embargo, los límites físicos del hilo base de acero al carbono han ido haciéndose cada vez más evidentes: cuando el diámetro del hilo se reduce por debajo de 35 μm, la resistencia a la tracción disminuye abruptamente, lo que provoca un fuerte aumento de la tasa de rotura del hilo y un elevado desperdicio de material de silicio durante el proceso de corte, que puede alcanzar hasta el 40 %. Por ejemplo, una empresa líder en la fabricación de obleas de silicio llegó a perder, debido a problemas de rotura del hilo de acero al carbono, más de 200.000 obleas en un solo día.

La incorporación de alambre de tungsteno ofrece una solución a este dilema. Como metal refractario con un punto de fusión que alcanza los 3.410 °C, el alambre de tungsteno presenta una resistencia a la tracción superior a 5.000 MPa, tres veces mayor que la del acero al carbono; su módulo de elasticidad llega a 410 GPa, un 60 % superior al del acero al carbono, lo que le permite soportar tensiones de corte a velocidades lineales más elevadas. Aún más importante, mediante la aleación con elementos como el lantano y el renio, es posible optimizar aún más la orientación de los granos cristalinos, logrando que el alambre mantenga su estabilidad incluso cuando su diámetro se reduce hasta 21 μm. El alambre diamantado de tungsteno de 21 μm que SanChao New Materials lanzará en 2025 ha demostrado en pruebas de laboratorio una reducción de 0,03 mm en el consumo de lingotes de silicio por oblea, lo que equivale a un ahorro anual de costos de materia prima de silicio superior a 200 millones de yuanes para una capacidad de producción de 10 GW.

Avance tecnológico: el salto del laboratorio a la industrialización

La industrialización del hilo diamantado de alambre de tungsteno enfrenta tres grandes barreras tecnológicas: el estirado de la hilera madre, el proceso de pretratamiento y la uniformidad del recubrimiento de arena. Los alambres tradicionales de acero al carbono se fabrican mediante un proceso de estirado en frío, con una tasa de rendimiento del 85%; en cambio, el alambre de tungsteno debe someterse a un estirado en caliente a altas temperaturas, superiores a 1600 °C, y las fluctuaciones en el rendimiento del lubricante a base de emulsión de grafito pueden provocar fácilmente roturas del alambre, lo que reduce la tasa de rendimiento promedio del sector a apenas el 55%. Xiamen Tungsten ha desarrollado un proceso de “forjado rotativo multietapa + recocido graduado”, que permite controlar el tamaño de grano de la barra de tungsteno dentro de 0,5 μm, logrando así que la tasa de rendimiento de la hilera madre de alambre de tungsteno de 35 μm supere el 70%, alcanzando un nivel líder a escala internacional.

Los avances en la etapa de pretratamiento también resultan cruciales. En el caso del alambrado de acero al carbono, se emplea un decapado con ácido clorhídrico; por su parte, tras el estirado a alta temperatura, las hilos de tungsteno tienden a formar una capa de óxido en su superficie, por lo que es necesario someterlos a un tratamiento combinado de “ácido sulfámico + cavitación ultrasónica” para garantizar que la adherencia del recubrimiento de níquel supere los 15 MPa. La tecnología de “limpieza electroquímica por pulsos”, desarrollada por Jucheng Technology, reduce el tiempo de limpieza de 120 a 45 segundos y triplica la capacidad productiva por línea.

El proceso de colocación de partículas de diamante constituye el elemento clave que determina la precisión del corte. Cuanto más fina es la diámetro del hilo de tungsteno, mayor es la exigencia de uniformidad en la distribución de las partículas de diamante. La tecnología de “colocación asistida por campo magnético” empleada por Gaoce Co., Ltd. permite, mediante el control de la intensidad del campo electromagnético, que las partículas de diamante de 0,5 μm se dispongan en una única capa, manteniendo la variación de la altura de salida dentro de ±0,2 μm. De este modo, el TTV (desviación total del espesor) de las obleas de silicio se reduce de 8 μm a 5 μm, y la tasa de productos de calidad A aumenta en 12 puntos porcentuales.

Transformación del mercado: la actualización industrial de la sustitución a la liderazgo

Las ventajas económicas de la hilo diamantado de tungsteno se están haciendo cada vez más evidentes. Tomando como ejemplo un diámetro de 36 μm, el consumo de hilo de tungsteno por gigavatio es un 10 % inferior al del hilo de acero al carbono; sumado a la volatilidad del precio de la materia prima de silicio, cuando este supera los 80 yuanes/kg, el hilo de tungsteno puede reducir el coste de corte en 0,015 yuanes/W. Según las estimaciones, en 2025 la demanda mundial de hilo diamantado de tungsteno alcanzará 137 millones de kilómetros, con un tamaño de mercado que superará los 9,6 mil millones de yuanes y una tasa de crecimiento anual compuesta del 126 %.

El panorama industrial se ha reconfigurado en consecuencia. Xiamen Tungsten, gracias a su estrategia de integración vertical que abarca toda la cadena de valor —desde la mina de tungsteno hasta el APT (amónio paratungstato), pasando por los hilos de tungsteno y las cintas diamantadas—, alcanzará en 2025 una capacidad de producción de hilos de tungsteno de 180 millones de kilómetros, lo que le permitirá ocupar el 60 % del mercado mundial. Por su parte, Jucheng Technology, tras realizar pruebas conjuntas con líderes del sector de obleas como LONGi y Zhonghuan, ha introducido el hilo de tungsteno de 21 μm en líneas de fabricación de células fotovoltaicas N‑type TOPCon, reduciendo el tiempo de corte por oblea de 3 minutos a 2,2 minutos y aumentando la tasa de utilización del equipo en un 25 %.

Los efectos de derrame tecnológico también han comenzado a manifestarse. En el sector de los semiconductores, el hilo diamantado de tungsteno se ha aplicado con éxito al corte de obleas de silicio de 8 pulgadas, reduciendo en un 40 % la profundidad de las marcas de corte respecto a los hilos de acero al carbono; en el procesamiento de materiales magnéticos, sus propiedades de resistencia a la corrosión prolongan tres veces el intervalo entre cambios del líquido de corte y disminuyen en un 18 % el costo de procesamiento por tonelada de material.

Perspectivas futuras: exploración de los límites desde la micrometría hasta la nanometría

La evolución de los cables de diamante de alambre de tungsteno sigue en curso. SanChao New Materials está desarrollando un alambre de tungsteno ultrafino de 18 μm, cuya resistencia a la tracción supera los 6.000 MPa gracias a la tecnología de “refuerzo por nanotwins”; por su parte, Xiamen Tungsten Industry explora una “matriz compuesta de tungsteno‑molibdeno”, aprovechando la ductilidad del molibdeno para compensar la fragilidad del tungsteno y reducir aún más el diámetro del alambre hasta 15 μm. Al mismo tiempo, la producción inteligente se ha convertido en una nueva tendencia: la “fábrica sin luces” de GaoCe Co., Ltd. emplea un sistema de inspección visual basado en IA, lo que ha permitido disminuir de 5 a 0,3 el número de defectos por kilómetro en los cables de diamante, alcanzando una uniformidad del producto del 99,97%.

De 35 μm a 21 μm, el hilo de diamante con alambre de tungsteno ha logrado en diez años el avance que el hilo de acero al carbono llevó treinta años en alcanzar. Esta transformación de la tecnología de corte, impulsada por una revolución en los materiales, no solo ha reconfigurado la estructura de costos de la cadena industrial fotovoltaica, sino que también ha otorgado a la manufactura china un mayor peso y voz en el ámbito del procesamiento de alta precisión y de vanguardia. A medida que el diámetro del hilo de corte se adentra en la era nanométrica, el hilo de diamante con alambre de tungsteno podría seguir escribiendo la legendaria historia industrial de “romper la superficie con el hilo”.

Tel: +86-315-7172865

Whatsapp: +86-19358204839

E-mail: 461982296@qq.com

Add: High-tech industrial Development Zone, Qian'an City, Hebei Province