固定磨料锯线制造技术

公开了一种用于锯切硬脆材料的固定磨料锯线。所述锯线是这样的类型，其中，优选为金刚石颗粒的硬颗粒被推入覆盖硬的钢线芯的软压入层。在压入之后，通过粘合层进一步固定颗粒。所述锯线尤其使得所述压入层由两种金属层选择而形成的：第一金属层最靠近钢线芯，在该第一金属层上沉积第二金属层。第一金属比第二金属软。第二金属层薄，以限制第一金属层的压入能力。可以推测出，第二金属层如同外皮，以改善固定磨料锯线的颗粒的保持能力。而且描述了许多制造该类线的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于切割硬脆材料的固定磨料锯线的领域，更具体地，本技术涉及其中磨料颗粒被压入并保持在单丝外层中的单丝锯线。
技术介绍
当前，用于切割诸如石英(用于例如石英晶体振荡器或者光罩)、硅(用于例如集成电路晶片或太阳能电池)、砷化镓(用于高频电路)、碳化硅或刚玉(例如用于蓝光二极管衬底)、稀土磁性合金(例如用于录音磁头)或者甚至天然或人造石的昂贵的硬脆材料的主要技术通过非常薄的碳素钢的高张力锯线来进行。尽管所用的线被称为“锯线”，但是其是用以粘性悬浮液的方式(通常为聚乙二醇中的碳化硅颗粒的悬浮)供应到线的磨料颗粒 来研磨材料并锯切。该方法通常被称为“松散磨料锯切”，并且是一种“第三主体锯切”(第二主体是磨料)。然而，该“松散磨料锯切”越来越有压力，因为其高消耗成本(磨料和线)，其高环境成本(悬浮液的再利用和丢弃)以及其高操作成本(悬浮液管理)。因此，该技术日渐被转变为“固定磨料线锯”，并且尤其在切割诸如刚玉的最硬的材料时。在‘固定磨料线锯切’中，磨料与线之间的相对运动被设为零磨料固定到线。这使之具有一些重要优点线磨损更小，这是由于颗粒与线之间无冲击。因此，更佳地使用消耗品。颗粒的整个冲量被传递到工件在线与工件之间不存在颗粒的“粘合与滚动”。不再需要将液体载体供应到线与工件之间悬浮液和其麻烦的管理能够被消除。然而，冷却液仍然是必须的来以可控制方式保持工件和锯线的温度，并且以冲走切屑。在用过的线的情况下，用过的颗粒被丢弃。无需采用单独步骤来分离切屑和磨料(为了重复使用)。由于期望将磨料颗粒固定到线衬底上，因此还具有使线的总直径(包括固定磨料颗粒)应尽可能薄的要求。由于被锯切的材料通常昂贵，因此强制具有低锯痕宽度，以减少该昂贵材料的损失。因此固定磨料锯线应尽可能薄，这限制了线衬底的尺寸。目标在于具有使线总体薄于150微米。另一方面，存在固定磨料锯线必须能够维持锯切过程期间产生的张力而不断裂的要求。线的张力越高，越多的侧向力能被传递到工件上，借此能够实现越高的切割速度。流线锯中的操作线张力至少为10牛顿，典型地为25牛顿，有时为40牛顿或更多。因此，将非常高张力的钢线用作线的芯部，因为这样的线在模量和最终的拉伸强度方面最佳，这是必要的以能够使线较薄。磨料颗粒还必须被固定到线上，因为锯切通常以前后运动来进行，该运动是一种趋于使颗粒在它们的位置范围内摆动。因此，锯线横截面积的较大一部分专用于保持磨料颗粒的层上，这使得强度要求更为困难。最后，线必须能够以足够长的长度输送，因为在多环线锯中，实际上线的一定长度需要穿过幅面根据机器类型和环的数量，该幅面在500米至1500米之间变化。在多环线锯中，单线以并排环的形式在带槽铰盘上穿过。平行布置的线环的对应表面被称为幅面。更通常使用的名字是多线锯，这实际上用词不当，因为在幅面中仅存在一根线。线因此必须被以至少10千米的长度被供应，以使用在机器上。当前所基于的三种主要方式被用于提供生产固定磨料锯切线的可变选择。第一种方式由熟悉制造金属基固定磨料工具(诸如锯片)的技术人员采用，其中，通常为金刚石的磨料颗粒通过包括金刚石颗粒的镍电解液借助电镀或无电沉积嵌入在镍涂层中。EPO 982 094中描述了一个实施例，其中，金属线(给出不锈钢线的实施方式)被涂覆有镍和金刚石。然而，所达到的涂覆速度很慢。第二种方式由试图将他们的知识运用在用于磨料的有机粘合剂上的化学领域的技术人员采用，以制造固定磨料锯线。存在许多实施例，US 6,070, 570,EP I 025 942和WO2005/011914是其中三个实施例。US 2 973 478是该技术的特别早期的实施例。尽管这导致成本效益并且是将磨料固定在通常为金属的线上的有效方式，但所形成的切割速度比所提及的其它方式中获得的速度低。EP O 081 697描述了一种用金刚石颗粒包覆线的方法和设备。首先通过将线绕其轴线卷绕的硬化轮中的一个或两个的反复的轴向运动从该硬化轮之间放出在包覆金刚石颗粒之前被涂覆有铜或镍层的线。之后通过以电解方式施加外层将金刚石固定就位。该方式提供了生产量和产品质量方面的优点，并且允许生产相当长的长度。其它方式(诸如在WO 99/46077或US 3854898)基于将颗粒钎焊或铜焊到线上来进行。然而，这些方式较不优选，因为它们意味着过度的热量流向线，这可能导致线因热负荷而造成强度损失。热负荷问题对于较细直径甚至更严重，因为它们在整个单位长度上具有许多表面，但无质量来吸收热量。对于上述所有提及的技术，仍具有将磨料颗粒相当良好地固定到线表面上的挑战。
技术实现思路
因此，本技术的目的是提供对于固定磨料线锯的磨料颗粒保持力的进一步改进。另一目的还在于提供一种制造该线的方法。根据本发的第一方面，固定磨料锯线作为产品被保护。该固定磨料锯线包括钢芯线和覆盖所述钢芯线的压入层。磨料颗粒压入所述压入层，并且粘合层覆盖所述压入层和所述磨料颗粒。关于该线的特别之处在于压入层(附加地从现有技术是已知的)，所述压入层包括覆盖所述钢芯线的第一金属层和覆盖所述第一金属层的第二金属层，其中所述第一金属比所述第二金属软。另选地表达为所述压入层包括两种不同的层下软层和上硬层。所述固定磨料锯线的芯线由钢制成。优选地，所述芯由碳素钢制成，但不排除诸如不锈钢的其它种类的钢。钢比诸如钨、钛或其它高强度合金的其它高张力线更为优选，因为其能被制成为高张力等级。这能够借助圆形模通过线的广泛冷成形来实现。用于固定磨料锯线的芯的碳素钢的典型组分如下至少O. 70wt%的碳，上限值取决于形成线的其它合金元素(参见以下)。含量在O. 30至O. 70wt%之间的锰。锰与碳一样增大线的应变硬化，并且在钢的制造中也用作脱氧剂。含量在O. 15至O. 30wt%之间的硅。硅在制造期间被用于对钢脱氧。与碳一样其帮助增加钢的应变硬化。如招、硫(在O. 03wt 以下)、憐(在O. 30wt 以下)的兀素存在应被保持至最小值。钢的其余成分是铁和其它成分。络(O.005wt % 至 O. 30wt % ) > IJi (O. 005wt % 至 O. 30wt % )、镇(O. 05wt % 至O. 30wt% )、钥(O. 05 1:%至0. 25wt% )和微量硼的存在可改善线的形成性。这种加入合金能够使碳含量为O. 090被％至I. 20wt%，导致拉伸强度能够比牵拉线中的4000Mpa高。中间线，即被拉到最终尺寸之前的线的直径必须被选择得足够大，以获得这样的高张力强度。所获得的金相结构是细的且深度拉伸的珠光体结构。优选地，不锈钢包含最小值的12% Cr和相当大的量的镍。更优选地，不锈钢组分是奥氏体不锈钢，因为这些不锈钢能够容易地被拉至细小直径。更优选的组分是现有技术中已知的组分,如 AISI302(特别地为“Heading Quality”HQ)、AISI 30UAISI 304 和 AISI314。“AISI” 是“American Iron and Steel Institute (美国钢铁协会)”的缩写。由于“压入层”的主要目的实际上是为了将磨料颗粒压入其中，因此，其必须适于压入颗粒。随之整个压入层在单独的磨粒颗粒的压入作用下必定变形。本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定磨料锯线，其包括：钢芯线；覆盖所述钢芯线的压入层；磨料颗粒，所述磨料颗粒压入所述压入层；以及粘合层，所述粘合层覆盖所述压入层和所述磨料颗粒，其特征在于：所述压入层包括覆盖所述钢芯线的第一金属层和覆盖所述第一金属层的第二金属层，其中所述第一金属层比所述第二金属层软。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H·特罗斯特，
申请(专利权)人：贝卡尔特公司，
类型：实用新型
国别省市：