一种生产高耐磨性金刚石复合切割微线的工艺与设备制造技术

本发明专利技术涉及一种切割晶体的工艺与设备，特别是一种生产高耐磨性金刚石复合切割微线的工艺与设备。本发明专利技术采用径向挤压或冲压的方式将金刚石颗粒牢固镶入钢丝线的亚表面层，形成高强度的连续的金刚石切割线。本发明专利技术的工艺与设备，可以形成自动化生产线，制备长度可达６０公里以上的直径均匀，抗磨性好，拉伸强度高的连续金刚石线。这种工艺生产出的金刚石线与钢丝复合的切割成本低，质量优于电镀或滚压方式生产出的金刚石线。使用本发明专利技术制备出的金刚石线，可通过任何线切割机切割半导体、光压晶体、陶瓷等材料。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种切割晶体的工艺与设备，特别是一种生产高耐磨性金刚石复合切割微线的工艺与设备。传统的切割晶体方法是采用金刚石内圆锯片。这种方法只能单片切割直径小于6英寸的晶体，且锯片较厚，晶体损耗大效率低。近年来国外发展出多刀线切割机，采用往复运动的0.15～0.3mm直径的平滑高强钢丝线加入SC等磨料，与晶体研磨切割。此种方法虽然可切割6英寸以上的晶片，但设备成本较高，且切割后的晶片面型不稳定，大量废液体磨料也造成环境污染。用0.15～0.3mm的带有金刚石涂层的切割线，取代平滑光线，避免使用液体磨料进一步提高切割效率、降低切割成本一直是晶体加工业的研发目标。这要求带有金刚石涂层的钢丝线，连续长度达到至少20米长，一般应达到6万米长。而且涂层牢固，线径均匀形成一种金刚石与金属复合材料的微细线材具有较高的耐磨性及抗蚀性，切割线一般有较高的拉伸与弯曲强度。国内外均有人用电镀金刚石工艺，制造直径＜0.5mm带有金刚石涂层的线。但采用此种工艺成本较高，且尚无法制造长于20米的切割线。美国专利4485757曾提出一种用滚压方式制备连续金刚石线的工艺。但此种工艺制备的金刚石涂层直径均匀厚度及线径不均匀，很难生产出大于120米长的金刚石线，无法切割直径大于6″的晶体。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种生产高耐磨性金刚石复合切割线的工艺，其加工工艺为首先，选取尺寸在10～100μm之间的金刚石颗粒，然后在金刚石颗粒上镀上---层1～10μm厚的金属涂层，再将金刚石颗粒粘在直径为0.1～1mm之间的钢丝线的表面，通过两维以上的冲挤压头模，将金刚石颗粒挤压、冲压进入钢丝线的表面以下，然后在冲挤压形成的金刚石线的表面，涂敷一层1～10μm厚的金属、非金属微米及纳米材料。一种生产高耐磨性金刚石复合切割微线的设备，由挤压头装置、导轮、金刚石颗粒涂敷装置、强化层涂层装置、电动圈绕装置组成。所述的挤压头装置由多维压头模、驱动装置、电机、压力表组成，钢丝线缠绕在导轮上，在导轮的转动下沿着进给方向进给，先经过金刚石颗粒涂敷装置，金刚石颗粒涂敷装置将金刚石颗粒粘在钢丝线的表面，然后钢丝线继续进给，再经过挤压头装置，挤压头装置将金刚石颗粒挤压、冲压进入钢丝线的表面以下，从挤压头装置出来的钢丝线经过强化层涂层装置，钢丝线被涂敷一层金属、非金属微米及纳米材料。最后，再通过导轮的转动，钢丝线缠绕在电动圈绕装置上。本专利技术的优点与积极效果为本专利技术的工艺与设备，可以形成自动化生产线，制备长度可达60公里以上的直径均匀，抗磨性好，拉伸强度高的连续金刚石线。这种工艺生产出的金刚石线与钢丝复合的切割成本低，质量优于电镀或滚压方式生产出的金刚石线。使用本专利技术制备出的金刚石线，可通过任何线切割机切割半导体、光压晶体、陶瓷等材料。下面结合附图对本专利技术做进一步详述如附图说明图1所示，为压头模(3)的工作原理。首先根据切割要求选择直径在0.1～1mm之间的钢丝线(1)，钢丝线(1)的材质可采用碳钢或不锈钢。为提高金刚石镶嵌强度，最好采用表面镀铜或镀镍的钢丝线。其次根据钢丝线(1)的直径大小选择平均直径适当的金刚石颗粒(2)。一般金刚石颗粒(2)的直径不应大于钢丝线径的二分之一。如果选取0.1mm的钢丝线时，可以选取颗粒尺寸为10μm的金刚石颗粒，同时在金刚石颗粒上涂敷一层1μm的金属涂层，该金属涂层可以是镍，也可以是铜等。然后在冲挤压形成的金刚石线的表面，再涂敷一层1μm厚的金属、非金属微米及纳米材料，进一步提高金刚石线的耐磨强度和切割寿命。如果选取1mm的钢丝线时，可以选取颗粒尺寸为100μm的金刚石颗粒，同时在金刚石颗粒上涂敷一层10μm的金属涂层。然后在冲挤压形成的金刚石线的表面，再涂敷一层10μm厚的金属、非金属微米及纳米材料。金刚石颗粒(2)是用粘胶涂敷在钢丝线(1)的表面，粘胶可用甘油、树脂胶、硅胶及水胶，也可将金刚石颗粒与胶混合后涂于钢丝线(1)的表面。可以通过调整颗粒与胶水的比例来控制金刚石镶入钢丝线表面的密度，密度越高，切割性能越好。由于压头模(3)的材料硬度应大于钢丝线的强度，所以，压头模(3)可采用硬化处理后的工具钢及高速钢、硬质合金、金刚石等材料。压头模(3)材料的硬度越高，挤压的效果越好。如图2所示，为挤压头装置(4)，由驱动装置(5)、电机(6)、压力表(7)组成。图2所示的挤压头装置(4)采用四个压头模挤压制备金刚石切割线，可开闭运动的模具中心孔直径应等于挤压后的金刚石切割线的直径。压头模(3)的纵向长度应大于5mm，以减少对线的加工损伤。挤压的驱动力可采用风力、液压及电机驱动，但每次往复的挤压的压力必须均匀。挤压的压力可根据待加工钢丝线的直径大小及每次挤压的线长度调整，对于挤压0.28mm的直径，5mm线长的不锈钢钢丝压力可在12kg。连续金刚石线的挤压过程可采用多次定点重复挤压，也可采用一次挤压，可采用手动，也可采用自动，以自动控制的一次挤压效果最好。冷压镶入的金刚石线，已具有相当好的切割性能。为进一步提高金刚石的使用寿命，可在金刚石线的表面再涂复一层强化层，可以利用电镀或化学镀的方法在0.1～1mm的钢丝线表面镀上一层对应比例1～10μm厚的镍或铜，也可涂一层环氧树脂胶。最好的结果是将环氧树脂胶与适当的纳米级的金属、非金属粉，如NI、Cu、Al、C、TiC、SiC、Al2O3粉等，混合在一起涂敷在金刚石线的表面，这样，可以大大提高金刚石颗粒的镶入强度，提高金刚石线的切割强度及寿命。当钢丝线(1)经过挤压头装置(4)时，电机(6)带动驱动装置(5)工作，驱动装置(5)使四个压头模(3)往复运动，通过压力表(7)可以控制压头模(3)的挤压力，压头模(3)从四个方向对钢丝线(1)进行挤压，将金刚石颗粒(2)挤压进入钢丝线(1)的表面。如图3所示，为金刚石线的自动化生产过程。生产金刚石线的设备由挤压头装置(4)、导轮(8)、金刚石颗粒涂敷装置(9)、强化层涂层装置(10)、电动圈绕装置(11)组成。首先，钢丝线(1)缠绕在导轮(8)上，导轮(8)匀速转动，带动钢丝线(1)沿着进给方向匀速进给，先经过金刚石颗粒涂敷装置(9)，金刚石颗粒涂敷装置(9)将金刚石颗粒(2)粘在钢丝线(1)的表面，然后钢丝线(1)继续进给，再经过挤压头装置(4)。压头模(3)的纵向长度为5mm，每5mm挤压头装置(4)对钢丝线(1)挤压1次，将金刚石颗粒(2)挤压进入钢丝线(1)的表面以下。从挤压头装置(4)出来的钢丝线(1)经过强化层涂层装置(10)，钢丝线(1)上被涂敷一层金属、非金属微米及纳米材料。最后，再通过导轮(8)的转动，钢丝线(1)缠绕在电动圈绕装置(11)上。本专利技术的产品，还可通过冲压的方法制造生产。权利要求1.一种生产高耐磨性金刚石复合切割线的工艺，其特征在于其加工工艺为首先，选取尺寸在10～100μm之间的金刚石颗粒，然后在金刚石颗粒上镀上一层1～10μm厚的金属涂层，再将金刚石颗粒粘在直径为0.1～1mm之间的钢丝线的表面，通过两维以上的冲挤压头模，将金刚石颗粒挤压、冲压进入钢丝线的表面以下，然后在冲挤压形成的金刚石线的表面，涂敷一层1～10μm厚的金属、非金属微米及纳米材料。2.一种生产高耐磨性金刚石复合切割微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产高耐磨性金刚石复合切割线的工艺，其特征在于：其加工工艺为：首先，选取尺寸在１０～１００μｍ之间的金刚石颗粒，然后在金刚石颗粒上镀上一层１～１０μｍ厚的金属涂层，再将金刚石颗粒粘在直径为０．１～１ｍｍ之间的钢丝线的表面，通过两维以 上的冲挤压头模，将金刚石颗粒挤压、冲压进入钢丝线的表面以下，然后在冲挤压形成的金刚石线的表面，涂敷一层１～１０μｍ厚的金属、非金属微米及纳米材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江晓平，张革，赵洪生，
申请(专利权)人：江晓平，张革，赵洪生，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]