CN101224499A - 镍铝合金基金刚石超薄锯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于单(多)晶硅、玻璃、陶瓷、宝石加工等行业精密切割的镍铝合金基金刚石超薄锯片及该金刚石超薄锯片的制作方法。其选取纯度在99.9％以上、5～20微米的镍粉50～70份(指体积分数)，99.8％以上、5～20微米的铝粉10～30份，粒度在5～10微米的镀钛人造金刚石颗粒20～30份，在三维混料机中充分混匀，放入模具内，在四柱液压机上冷压成尺寸为φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型压力为100～500kgf/cm2；再分为二段进行热压烧结，首先在真空热压烧结炉内加热至670～700℃，保温5～60分钟，然后，继续升温至750－800℃，保温5～60分钟，热压压力为100～400kgf/cm2；再带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得金刚石锯片。本发明具有高强度、高刚度、高韧性、高致密、寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于单(多)晶硅、玻璃、陶瓷、宝石加工等行业精密切割的镍铝合金基金刚石超薄锯片及该金刚石超薄锯片的制作方法。
背景技术
金刚石具有高硬度、高耐磨性、高抗压强度以及优异的导热性等性能，使其在金属和硬脆材料加工领域有非常广泛的应用，如金刚石锯片、砂轮、钻头等。金属和金刚石复合制造的金刚石超薄锯片主要用于半导体集成电路用硅片、太阳能电池单晶硅片、宝石、人工晶体、信息功能陶瓷等高技术材料的精密切割。为了尽可能减少切口损失，通常要求锯片厚度小于400微米，这对金刚石锯片的力学性能提出了更高要求。首先，金刚石颗粒与胎体金属之间要具有较高的结合强度以获得较高的把持力，这要求金刚石颗粒表层能与胎体金属形成冶金结合，而不是简单的机械结合；其次，胎体金属自身也要有较高的强度、刚度、韧性和致密度；另外，金刚石在700℃开始发生石墨化，900℃以上严重石墨化，这将大大损害金刚石强度。因此，为了防止或减轻金刚石发生石墨化，必须降低烧结温度或缩短烧结时间。
但是目前国内涉及金刚石锯片制造技术主要针对500微米以上的厚金刚石锯片，并且主要是铁基、钴基和铜基金刚石锯片为主，关于400微米以下的镍铝合金基金刚石超薄锯片制造技术未见报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度、高韧性、高刚度以及高致密度的镍铝合金基金刚石超薄锯片及其制作方法。
本发明所述的镍铝合金基金刚石超薄锯片的组成范围，以体积分数计：纯度在99.9％以上、5～20微米的镍粉50～70份(指)，99.8％以上、5～20微米的铝粉10～30份，粒度在5～10微米的镀钛人造金刚石颗粒20～30份。
实现所述的目的的技术方案为：
(1)混料
选取纯度在99.9％以上、5～20微米的镍粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的铝粉10～30份，粒度在5～10微米的镀钛人造金刚石颗粒20～30份。在三维混料机中将混合粉料充分混匀，以保证镍粉、铝粉以及镀钛金刚石粉均匀分布。
(2)冷压成型
称取合适的混合粉料，放入模具内，在四柱液压机上冷压成尺寸为φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型压力为100～500kgf/cm2。冷压成型时加压速度要平稳，保证素坯厚度均匀。
(3)热压烧结
热压烧结分为二段进行。首先在真空热压烧结炉内加热至670～700℃，保温5～60分钟。然后，继续升温至750-800℃，保温5～60分钟，热压压力为100～400kgf/cm2。
第一段加热要保证在稍高于铝熔化温度以上，但是不能太高。此时，铝熔化后在压力作用下，可以起到润滑、填充孔隙以及加快与金刚石表面钛反应形成固溶体或钛铝化合物的作用，从而提高锯片的致密度。第一段加热温度不能太高，则为防止铝液蒸发损失过多；第二段加热要保证在第一段加热时间足以使熔化铝液充分溶解到镍基体中之后进行，提高第二段加热温度，则为促进铝在镍基体中的扩散，使得铝均匀分布在镍基体中。
(4)冷却
上述热压烧结料带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得金刚石锯片。
带压随炉缓慢冷却，可以防止由于温度降低过快所造成的锯片变形。
本发明的有益效果是：
在本发明中，采用纯镍为主要胎体金属，同时添加部分纯铝，金刚石颗粒采用镀钛人造金刚石。纯铝的熔点为660℃，可以在较低温度下熔化形成液体时，提供润滑作用，促进金刚石颗粒和镍颗粒的流动，在压力作用下起到提高基体致密化的作用；铝可以和镀钛金刚石表面最外层的纯钛发生反应，形成钛铝化合物或固溶体，从而起到促进胎体金属和金刚石之间的冶金联接作用，提高金刚石的把持力；铝也可以和胎体镍形成镍铝金属间化合物或固溶体，实现冶金结合，提高胎体金属的强度、刚度和韧性；纯铝在660℃开始熔化形成液体，原子扩散速度加快，既可以促进以上钛铝或镍铝之间冶金反应的进行，更重要的是，能够降低烧结温度，减轻金刚石石墨化的程度。
根据本发明所制造的镍铝合金基金刚石超薄锯片，具有高强度、高刚度、高韧性、高致密、寿命长等优点。
附图说明
图1为实施例1锯片断口形貌
图2为实施例2锯片平面形貌
图3为实施例3锯片断口形貌
图4为实施例4锯片平面形貌
图5为实施例5锯片平面形貌
图1至图5分别为不同实施工艺条件下锯片断口或平面的扫描照片。黑色颗粒为金刚石，白色为镍铝胎体金属。金刚石颗粒均匀分布在胎体金属中，并且金刚石与胎体金属结合紧密；另外还可以看出，通过本烧结工艺处理后的，锯片中的孔隙非常少，致密度高，这说明通过本工艺制造的镍铝基超薄金刚石锯片可以获得良好的性能。
具体实施方式
实施例1
(1)混料
选用纯度在99.9％以上的镍粉70份、纯度在99.8％以上的铝粉10份以及20份镀钛人造金刚石颗粒(粒径在5微米～10微米)在三维混料机充分混匀。
(2)冷压成型
将混合粉料(1)放入模具内，在四柱液压机上冷压成型，压力为300kgf/cm2，保压10分钟，压制成φ100mm×400μm圆片。
(3)将锯片素坯(2)放入热压烧结炉内，先加热至670℃，保温30分钟，然后继续加热到800℃下保温20分钟，热压压力为300kgf/cm2。
(4)带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得含镍70份、铝10份及金刚石20份的镍铝合金基金刚石超薄锯片。
(5)锯片断口形貌如图1所示。
实施例2
选用纯度在99.9％以上的镍粉70份、纯度在99.8％以上的铝粉10份以及20份镀钛人造金刚石颗粒(粒径在5微米～10微米)在三维混料机充分混匀。
(2)冷压成型
将混合粉料(1)放入模具内，在四柱液压机上冷压成型，压力为400kgf/cm2，保压10分钟，压制成φ100mm×400μm圆片。
(3)将锯片素坯(2)放入热压烧结炉内，先加热至690℃，保温30分钟，然后继续加热到760℃下保温20分钟，热压压力为200kgf/cm2。
(4)带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得含镍70份、铝10份及金刚石20份的镍铝合金基金刚石超薄锯片。
(5)锯片平面形貌如图2所示。
实施例3
选用纯度在99.9％以上的镍粉50份、纯度在99.8％以上的铝粉20份以及30份镀钛人造金刚石颗粒(粒径在5微米～10微米)在三维混料机充分混匀。
(2)冷压成型
将混合粉料(1)放入模具内，在四柱液压机上冷压成型，压力为300kgf/cm2，保压10分钟，压制成φ100mm×400μm圆片。
(3)将锯片素坯(2)放入热压烧结炉内，先加热至700℃，保温10分钟，然后继续加热到750℃下保温60分钟，热压压力为100kgf/cm2。
(4)带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得含镍50份、铝20份及金刚石30份的镍铝合金基金刚石超薄锯片。
(5)锯片断口形貌如图3所示。
实施例4
选用纯度在99.9％以上的镍粉70份、纯度在99.8％以上的铝粉20份以及10份镀钛人造金刚石颗粒(粒径在5微米～20微米)在三维混料机充分混匀。
(2)冷压成型
将混合粉料(1)放入模具内，在四柱液压机上冷压成型，压力为200kgf/cm2，保压10分钟，压制成φ100mm×400μm圆片。
(3)将锯片素坯(2)放入热压烧结炉内，先加热至670℃，保温10分钟，然后继续加热到800℃下保温5分钟，热压压力为400kgf/cm2。
(4)带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得含镍70份、铝20份及金刚石10份的镍铝合金基金刚石超薄锯片。
(5)锯片平面形貌如图4所示。
实施例5
选用纯度在99.9％以上的镍粉60份、纯度在99.8％以上的铝粉30份以及10份镀钛人造金刚石颗粒(粒径在5微米～20微米)在三维混料机充分混匀。
(2)冷压成型
将混合粉料(1)放入模具内，在四柱液压机上冷压成型，压力为200kgf/cm2，保压10分钟，压制成φ100mm×400μm圆片。
(3)将锯片素坯(2)放入热压烧结炉内，先加热至670℃，保温60分钟，然后继续加热到800℃下保温60分钟，热压压力为100kgf/cm2。
(4)带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得含镍60份、铝30份及金刚石10份的镍铝合金基金刚石超薄锯片。
(5)锯片平面形貌如图5所示。
Claims (2)
1.镍铝合金基金刚石超薄锯片，其特征是以体积分数计，包括纯度在99.9％以上、5～20微米的镍粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的铝粉10～30份，粒度在5～10微米的镀钛人造金刚石颗粒20～30份。
2.根据权利要求1所述的镍铝合金基金刚石超薄锯片的制作方法，其特征是分为以下步骤：
(1)混料
选取纯度在99.9％以上、5～20微米的镍粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的铝粉10～30份，粒度在5～10微米的镀钛人造金刚石颗粒20～30份，在三维混料机中将混合粉料充分混匀；
(2)冷压成型
称取合适的混合粉料，放入模具内，在四柱液压机上冷压成尺寸为φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型压力为100～500kgf/cm2；
(3)热压烧结
热压烧结分为二段进行；首先在真空热压烧结炉内加热至670～700℃，保温5～60分钟，然后，继续升温至750-800℃，保温5～60分钟，热压压力为100～400kgf/cm2；
(4)冷却
将上述热压烧结料带压随炉缓慢冷却至200℃以下，出炉即可得金刚石锯片。
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