锯线制造技术

本发明专利技术涉及一种用于切割硬脆材料例如单晶硅的锯线，它包括含有粘结树脂和磨料的磨料混合物（２）以及由抗断裂纤维（１）构成的多丝，其中纤维优选基本上相互平行排列并由磨料混合物（２）所包裹，纤维（１）之间的空隙填充有磨料混合物（２），其特征在于，粘结树脂不含有聚四氟乙烯和／或磨料混合物（２）中的磨料的量从锯线的表面向其内部逐渐减少。（*该技术在2022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锯线、制造该锯线的方法以及其在切割硬材料如单晶硅方面的应用。脆硬材料的薄片在许多
被广泛应用。最重要的例子是在半导体技术中所述的硅晶片的应用。这种薄片通常由相应材料的块锭或单晶通过切割或切断过程得到。通常该切割或切断过程是在磨料存在下使用钢锯线进行。通常该磨料在切割过程中以松散的悬浮状态撒在锯线上，以便可以切割材料。这样的一种装置例如已经由US-4187828所公开。这种传统方法的缺点是在操作过程中锯线易损坏，通常只能使用一次。另外，在使用松散的悬浮磨料时还会形成少量不能回收的废料。因此，人们试图通过直接将磨料涂在其表面上使锯线更耐用。EP-A-0982094就描述了这样一种锯线，其中钢锯线经粘附性的中间层与金属粘结相相粘合，该金属粘结相中嵌有磨料例如钻石粒。US-4485757描述了一种类似的钢丝锯。但是这种锯丝的制造成本很高。此外，它们常常会有氢脆问题，从而造成自发破裂。JP-A-207598描述了一种由一种钢琴丝和磨料颗粒构成的锯线，其中砂粒借助于一种特定的粘合剂固定在钢琴丝表面上。由于添加了如金属颗粒添加剂，这种粘合剂可抗外部影响。US-5313742描述了切割轮，该轮为全锻型结构，其中间不切割的部分厚度较大，外面的切割范围厚度较小，因此具有高强度。该切割轮由掺有磨料颗粒的粘结树脂构成。然而，上述切割工具在用于切割硬脆材料时并不能最好地满足对其所提出的要求。恰恰对昂贵的材料如单晶硅，切割宽度应当很小，以便将切割损失减少到最低程度。当然，通过在锯线上涂敷磨料会增大切割工具的直径，从而增大切割宽度。使用松散悬浮形式的磨料时必须以约1000m/min的高切割速度操作，以便使得磨料一起运动而形成切口。这会导致温度急剧升高，并在切割过程中不得不进行水冷。使用钻石作为磨料时，由于该材料的导热性能极好，水冷会产生局部高温，从而对切割工具产生明显应力，引起磨损加快。如果磨料固定在切割工具的表面上，则切割工具在磨掉该表面层后即报废，这在上述条件下切割硬脆材料时发生得很快。含有纤维材料芯及浇注该纤维材料的聚合物基质的复合材料基本上也是已知的。例如US-5068142即描述了这种在结构织物中使用的纤维增强的复合材料，例如用于防止塌方。该复合材料由多种纤维构成，其总厚度为几毫米或以上。WO 93/18891描述了一种用于表面抛光的刷子，该刷子由一种内含磨料颗粒的热塑性聚合物构成。但是该说明书明确指出，这里所述的结构与在预成型芯料上涂敷以填充有磨料的热塑性弹性体的结构不同，特别是在抗拉强度方面。但未提及构成的丝可以用于切割硬脆材料。JP-A-10-151559描述了一种在水冷条件下适合用于多次切割的钢丝锯。该锯由一种多丝线构成，其表面和内部配有磨料。磨料是借助于一种基于聚四氟乙烯为必要组分的特殊粘结树脂与多丝相粘合。磨料/粘合剂混合物以分散体形式涂敷在多丝上。这要求其后进行蒸发，从而产生了气泡。因此，得不到精确圆柱形状的锯丝。此外，由于生态学和毒理学方面的原因，使用含氟的粘合剂是令人担忧的。FR-A-1142604原则上描述了将塑料用作锯丝材料的可使用性。但在该说明书中仅仅详细说明了一种具有最多3条塑料纤维的锯丝。但是没有公开对本专利技术锯的应用所需的多丝。因此，本专利技术的目的是提供一种切割工具，它可以克服现有技术的上述缺点。本专利技术的目的由以下的锯线达到，该锯线包括含有粘结树脂和磨料的磨料混合物以及由抗断裂纤维构成的多丝，其中纤维优选基本上相互平行排列并由磨料混合物所包裹，纤维之间的空隙填充有磨料混合物，其特征在于，粘结树脂不含有聚四氟乙烯。本专利技术的另一方面涉及一种锯线，它包括含有粘结树脂和磨料的磨料混合物以及由抗断裂纤维构成的多丝，其中纤维优选基本上相互平行排列并由磨料混合物所包裹，纤维之间的空隙填充有磨料混合物，其特征在于，磨料混合物中的磨料的量从锯线的表面向其内部逐渐减少。换句话说，在该锯线中，表面上的磨料颗粒比内部多。本专利技术所说的磨料逐渐减少是指磨料的量从锯线表面到内部基本上呈连续减少。制造过程可能产生连续性的少许偏差，例如偏差约10％。本专利技术最好使得锯线从表面到内部每隔30μm其磨料的量减少2-60％，优选5-40％，特别优选5-20％。在本专利技术的这一方面，其粘结树脂也优选不含聚四氟乙烯。按照本专利技术的一个优选的实施方案，锯线的厚度等于或小于350μm。按照本专利技术的一个优选的实施方案，锯线的厚度为125-300μm。本专利技术所说的多丝是指一种由多根单丝纤维构成的复合材料。出人意料地发现，本专利技术的锯线非常适合于切割硬脆材料。通过使用如200-1000根纤维、优选200-800根纤维这样比较少量的纤维，复合材料的直径约为125-350μm，因此使得切割宽度小于或等于350μm。现有技术中的切割工具仅仅在金属丝的表面存在一层含磨料的层，该表面磨掉后即行报废，与此相反，本专利技术的锯线在单个纤维之间也存在磨料混合物。因此，在操作过程中锯线的表面磨损后，磨损线内部的新的磨料就显漏出来了，可以代替原来位于表面的已经通过磨损而失去的磨料。因此，用本专利技术的锯线切割硬脆材料可以达到明显高的耐用度。另外，用本专利技术的锯线可以在低的切割速度下切割硬脆材料。由此可以减少切割工具由于在切割期间出现高温所造成的应力。再者，有可能细心地进行仅有少量切割损失的精确切割。不需要加入松散的悬浮状磨料。与JP-A-10151559的锯线不同的是，本专利技术的锯线不限于含聚四氟乙烯作为必要组分的粘结树脂，从而没有与此相关的生态学和毒理学缺点。另外，本专利技术还可以得到一种具有精确的圆柱形的锯线。因此，本专利技术的锯线具有明显好的切割性能。如后面所详细描述的那样，本专利技术的锯线可以简单而经济的方式制造。下面借助于说明性的而非限制的附图进一步解释本专利技术。其中附图说明图1表示本专利技术锯线的横截面。如图1所示，本专利技术的锯线包括由抗断裂纤维(1)构成的多丝，该纤维基本上相互平行地嵌入在磨料混合物(2)中，并通过磨料混合物(2)相互隔开。本专利技术的锯线包括200-1000根、优选200-800根单丝纤维(1)。由此产生等于或小于350μm、优选125-300μm的锯线厚度。该纤维优选具有基本上圆的横截面，但在本专利技术中其它的形式也是同样可能的。纤维(1)可以由用于制备纤维增强材料常用的材料制造。例如可以是由间-和/或对芳族聚酰胺(芳香族聚酰胺)、超高硬聚乙烯、高取向性聚酯、聚酯、聚酰胺构成的纤维，碳纤维或玻璃纤维以及多股绞线。本专利技术优选使用杜邦公司Nomex品牌和Teijin公司Teijinconex品牌的间芳族酰胺构成的纤维，和/或杜邦公司Kevlar品牌、Twaron公司Twaron品牌和Teijin公司Technora品牌的对芳族酰胺构成的纤维，和/或Toyobo公司Dyneema品牌的超高硬聚乙烯纤维。本专利技术特别优选使用Toyobo公司Zylon品牌的对聚亚苯基-2，6-苯并二噁唑(benzobisoxazol)。但是，本专利技术也可以使用所有上述材料的组合作为本专利技术锯线的纤维材料。纤维(1)必须具有满足硬脆材料切割过程所要求的抗断裂强度。因此，本专利技术所说的抗断裂纤维是指抗拉强度大于25cN/tex或大于300Mpa的纤维。前面所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锯线，它包括含有粘结树脂和磨料的磨料混合物以及由抗断裂纤维构成的多丝，其中纤维优选基本上相互平行排列并由磨料混合物所包裹，纤维之间的空隙填充有磨料混合物，其特征在于，粘合剂不含有聚四氟乙烯。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C詹特根斯，
申请(专利权)人：西亚研磨料工业股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]