CN101812710A - 一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法 - Google Patents
一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，包括1、金刚石表面去除表面油脂及去除表面金属氧化物；2、将金刚石微粉置于阳离子型表面活性剂溶液中并施加正电位，阳离子型表面活性剂的阳离子在电泳作用下在金刚石表面形成一层正电荷薄膜；3、金刚石线锯的复合电镀。本发明对金刚石进行导电化处理，使金刚石颗粒在电场作用下，可以在镀液中有序运动，实现在金属线表面的电镀沉积，且不受金刚石颗粒大小的影响；表面活性剂吸附在金刚石表面，使镀层与金刚石呈现浸润型界面，Ni镀层对金刚石的把持能力强；金刚石微粉利用率高。本发明工艺方法简单，操作方便，金刚石颗粒在金属线上沉积速度快、沉积均匀性好、沉积密度高，电镀层对金钢石颗粒把持力高，金刚石微粉利用率高。可实现工业化生产，提供了一种高效、快速生产金刚石线锯的方法。
Description
技术领域
本发明公开了一种金刚石金刚石线锯生产方法，特指系一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法。属于金刚石表面导电化处理技术领域。
背景技术
硬脆材料如硅晶体、宝石、石材、石英晶体、稀土磁性材料等近年得到了高速发展，而切割加工是这些材料加工过程的关键工序，其主要技术要求为：高效率、低成本、窄切缝、无损伤、无污染等。与其它切割方法相比较，金刚石线切割加工是最优的方法。
当前，脆性材料的线切割加工大多采用将金刚石微粉均匀分散于具有一定粘度的切削液中，在钢丝的高速带动下，金刚石微粉颗粒粘附在钢丝线表面实施切割，属于高硬质点游离式切割。这种切割方式下金刚石利用率、切割效率和切割能力等都低；切屑与金刚石粉末混杂分离困难，造成严重的环境污染与高的生产成本。而用电镀金刚石线做为线锯切割工具，可以很好的解决这些问题。但是，如果直接采用复合电镀金刚石方法生产电镀金刚石线，由于金刚石是绝缘材料，其在镀液中的运动方向不受电场的控制，仅仅依靠悬浮在镀液中的金刚石微粉随镀液流动，碰触到金属线时，被镀层吸附，才能在运动的很小的金属线上实现沉积，特别当金刚石粒径在20μm以上时，金刚石自身重量增加，即使金刚石微粉碰触到金属线，被镀层吸附的可能性也大幅度降低，致使其更难沉积，因此，现有复合电镀法生产电镀金刚石线的方法存在金刚石颗粒沉积密度低、生产效率低、电镀层对金钢石颗粒的把持力低等问题，造成高品质电镀金刚石线的批量生产难以实现。无法满足日益扩大的市场需求。日需求量在50-80万米的切割用电镀金刚石线，不得不采用落后的金刚石微粉游离切割方法。
发明内容
本发明旨在克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单，操作方便，金刚石颗粒在金属线上沉积速度快、沉积均匀性好、沉积密度高，电镀层对金钢石颗粒的把持力高的表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法。
本发明一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，包括下述步骤：
第一步：金刚石表面预处理
首先，将金刚石微粉置于碱性溶液中去除表面油脂后，清水洗涤；然后，置于强酸溶液中去除表面金属氧化物后，清水洗涤；
第二步：金刚石表面阳离子化
将第一步处理后的金刚石微粉置于阳离子型表面活性剂溶液中，对阳离子型表面活性剂溶液施加0.1～2V的正电位，阳离子型表面活性剂的阳离子在电泳的作用下，以金刚石微粒为中心，在金刚石表面形成一层带有正电荷的薄膜；
第三步：金刚石线锯的复合电镀。
以电镀镍瓦特溶液为电镀液，钢丝绳为阴极，电镀电压为：2.25～7.55V，将表面阳离子化金刚石微粉按电镀液质量的0.1％～1.0％添加；即制得本发明复合金刚石线锯。
本发明中，所述金刚石微粉的粒度为5～150μm。
本发明中，所述碱性溶液是浓度为5～10％的氢氧化钠或碳酸钠溶液中的一种。
本发明中，所述强酸溶液是浓度为3～6％的王水。
本发明中，所述阳离子型表面活性剂是浓度为1～15g/l的十六烷基三甲基氯化铵溶液。
本发明采用上述工艺方法，生产出高品质的电镀金刚石线，具有以下优点：
1、基于用季胺型阳离子表面活性剂对金刚石进行导电化处理，使金刚石颗粒在电场作用下，可以在镀液中有序运动，因此，可以对粒度较大的金刚石实现在金属线表面的电镀沉积，不受金刚石颗粒大小的影响；从而，可以根据被加工材料性能、被加工件尺寸和加工设备等，选用不同粒径的金刚石微粉、选择合适直径的钢丝绳进行电镀。
2、工艺操作简单，成本低，本方法采用表面活性剂坚金刚石微粉进行表面导电化处理，相比真空镀镆、化学镀、粉末冶金等方法，无须投入较大的设备与原料，工艺操作简单，成本低，具有很好的应用前景。
3、表面活性剂吸附在金刚石表面，降低了金刚石这种非极性物质与水溶液界面的表面能，在进行复合镀时，被镀金属沿着金属线与金刚石表面的活性层粒子为活性生产点，结晶生长成镀层，镀层与金刚石的界面呈现浸润型界面，Ni镀层对金刚石把持能力大，金刚石线锯寿命长。同时，表面阳离子化，金刚石重量不增加的情况下，金刚石在电泳的作用下沉积，沉积密度高，切割能力强。
4、金刚石微粉利用率高，对脱落、随溶液带走的金刚石，通过收集后，按本发明所述方法进行相对简单的处理，可再次用于金刚石线锯的生产。
综上所述，本发明工艺方法简单，操作方便，金刚石颗粒在金属线上沉积速度快、沉积均匀性好、沉积密度高，电镀层对金钢石颗粒的把持力高，金刚石微粉利用率高。可实现工业化生产，提供了一种高效、快速生产金刚石线锯的方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
第一步：金刚石表面预处理
首先，将粒度为5～10μm的金刚石微粉置于浓度为5％的氢氧化钠溶液中去除表面油脂后，清水洗涤3-5次；然后，置于3％的王水中去除表面金属氧化物后，清水洗涤3-5次；
第二步：金刚石表面阳离子化
将第一步处理后的金刚石微粉置于浓度为1g/L十六烷基三甲基氯化铵溶液中，十六烷基三甲基氯化铵离解为十六烷基三甲基铵离子、氯离子，对溶液施加0.1V的正电位，在电场作用下，其中的十六烷基三甲基铵阳离子在电泳的作用下，以金刚石微粒为中心，在金刚石表面形成一层带有正电荷的薄膜；
第三步：金刚石线锯的复合电镀
以电镀镍瓦特溶液为电镀液，钢丝绳为阴极，电镀电压为：2.25V，将表面阳离子化金刚石微粉按电镀液质量的0.1％％添加；即制得本发明复合金刚石线锯。其主要指标对比如下：
| 序号 | 项目 | 阳离化处理 | 未处理 |
| 1 | 金刚石生产效率 | 500～550m/h | 60～100m/h |
| 2 | 金刚石密度 | ≥25颗/mm | 3～6颗/mm |
| 3 | 金刚石切削能力 | 良好，好于游离切割 | 差于游离切割 |
| 4 | 金刚石使用寿命 | 8次 | 1～2次 |
实施例2
第一步：金刚石表面预处理
首先，将粒度为50～60μm的金刚石微粉置于浓度为7％的碳酸钠溶液中去除表面油脂后，清水洗涤3-5次；然后，置于4％的王水中去除表面金属氧化物后，清水洗涤3-5次；
第二步：金刚石表面阳离子化
将第一步处理后的金刚石微粉置于浓度为7g/L的十六烷基三甲基氯化铵溶液中十六烷基三甲基氯化铵离解为十六烷基三甲基铵离子、氯离子，对溶液施加1.1V的正电位，在电场作用下，其中的十六烷基三甲基铵阳离子在电泳的作用下，以金刚石微粒为中心，在金刚石表面形成一层带有正电荷的薄膜
第三步：金刚石线锯的复合电镀
以电镀镍瓦特溶液为电镀液，钢丝绳为阴极，电镀电压为：3.55V，将表面阳离子化金刚石微粉按电镀液质量的0.5％添加；即制得本发明复合金刚石线锯。其主要指标对比如下：
| 序号 | 项目 | 阳离化处理 | 未处理 |
| 1 | 金刚石生产效率 | 500～550m/h | 60～100m/h |
| 2 | 金刚石密度 | ≥10颗/mm | ≤3颗/mm |
| 3 | 金刚石切削能力 | 良好，好于游离切割 | 基本无切割力 |
| 4 | 金刚石使用寿命 | 6次 |
实施例3
第一步：金刚石表面预处理
首先，将粒度为140～150μm的金刚石微粉置于浓度为10％的氢氧化钠或碳酸钠溶液中去除表面油脂后，清水洗涤3-5次；然后，置于6％的王水中去除表面金属氧化物后，清水洗涤3-5次；
第二步：金刚石表面阳离子化
将第一步处理后的金刚石微粉置于浓度为15g/L十六烷基三甲基氯化铵溶液中十六烷基三甲基氯化铵离解为十六烷基三甲基铵离子、氯离子，对溶液施加2V的正电位，在电场作用下，其中的十六烷基三甲基铵阳离子在电泳的作用下，以金刚石微粒为中心，在金刚石表面形成一层带有正电荷的薄膜
第三步：金刚石线锯的复合电镀
以电镀镍瓦特溶液为电镀液，钢丝绳为阴极，电镀电压为：7.55V，将表面阳离子化金刚石微粉按电镀液质量的1.0％添加；即制得本发明复合金刚石线锯。
所述方法生产电镀金刚石线，生产效率为400～500m/h，钢丝线上金刚石密度≥5颗/mm，采用制备的复合金刚石线锯在往复式金刚石线锯机上切割硅棒，切割走线速度为900m/min，实施60片同步切割。切缝比线径宽≤0.05mm，切片翘曲度≤5μm，经过两次切割，线径磨损≤0.01mm，具有良好的切割力。对比例采用常规生产工艺，由于金刚石颗粒大，金刚石未经表面导电化改性处理，不能有效将金刚石颗粒电镀到金属线上。
Claims (5)
1.一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，包括下述步骤：
第一步：金刚石表面预处理
首先，将金刚石微粉置于碱性溶液中去除表面油脂后，清水洗涤；然后，置于强酸溶液中去除表面金属氧化物后，清水洗涤；
第二步：金刚石表面阳离子化
将第一步处理后的金刚石微粉置于阳离子型表面活性剂溶液中，对阳离子型表面活性剂溶液施加0.1～2V的正电位，阳离子型表面活性剂的阳离子在电泳的作用下，以金刚石微粒为中心，在金刚石表面形成一层带有正电荷的薄膜；
第三步：金刚石线锯的复合电镀
以电镀镍瓦特溶液为电镀液，钢丝绳为阴极，电镀电压为：2.25～7.55V，将表面阳离子化金刚石微粉按电镀液质量的0.1％～1.0％添加；即制得本发明复合金刚石线锯。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，其特征在于：所述金刚石微粉的粒度为5～150μm。
3.根据权利要求2所述的一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，其特征在于：所述碱性溶液是浓度为5～10％的氢氧化钠或碳酸钠溶液中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，其特征在于：所述强酸溶液是浓度为3～6％的王水。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种表面改性金刚石的金刚石线锯生产方法，其特征在于：所述阳离子型表面活性剂是浓度为1～15g/L十六烷基三甲基氯化铵溶液。
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