CN102159691B - 与金刚石线锯联用的含水切削液 - Google Patents

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Abstract

与金刚石线锯联用的基于水的切削液，其中所述金刚石线锯用于切割或以其它方式处理硬的脆性材料，如硅晶块，所述基于水的切削液包括：A.水溶性高分子分散剂，典型地为多羧化物；B.任选的润湿剂；C.任选的消泡剂；D.任选的缓蚀剂；E.任选的螯合试剂；F.任选的生物灭杀剂；和G.水。典型地，水占所述流体的至少50wt％，所述多羧化物用聚亚烷基二醇接枝，例如，用聚乙二醇接枝。

Description

与金刚石线锯联用的含水切削液
发明领域
本发明涉及切削液。一方面，本发明涉及含水切削液，而另一方面，本发明涉及与金刚石线锯(wiresaw)联用的含水切削液。还在本发明的另一方面，本发明涉及包括用聚亚烷基二醇(PAG)接枝的多羧化物(polycarboxylates)的含水切削液，而在另一方面，本发明涉及使用含水切削液处理脆性材料(例如，硅晶块(silicon ingot))的方法。
发明背景
线锯及类似设备用来切割硬的脆性材料(如硅晶块)以生产晶片和其它切片，进而用于各种工业(例如，半导体工业)中。为有效切割这些脆性材料，线锯与切削液联合使用。这些流体是基于淤浆的，例如，它们包括悬浮流体与悬浮的磨料颗粒(例如，碳化硅(SiC))的组合，将它们在锯和脆性材料(即，工件)的接触面施用于线锯。需要使磨料颗粒充分地分布于切削液内，使得它们可以充分地分散在线锯周围以便于使锯良好地发挥作用。磨料颗粒能够良好分散和悬浮的关键是切削液的粘度。典型地，将该流体盛放在与线锯相关联的储罐中，通过泵将其从罐经喷雾嘴转移至工件。
切割工件(例如，硅晶块)产生切屑，即，来自工件的典型呈细粉末形式的切割碎片。切屑(例如，来自硅晶块的硅粉末)通常具有价值，但是即使不是不可能获得，其也是难以循环利用的，因为其与已经在切削液中的磨料物质(例如，SiC)密切混合。因此，通常在每一次或每两次切割之后，以新鲜的淤浆替代原来的淤浆。
相比于传统线锯技术，金刚石线锯技术在几方面提供优势，特别是关于循环利用切屑。在金刚石线锯技术中，磨料颗粒并不悬浮于切削液中，而是包埋于线本身。这意味着，可以使用具有较小粘度的切削液，这进而意味着可以使用更快的切割速度。然而，这意味着在线锯/工件接触面会产生更多的热量，进而需要使用相对于传统切削液来说具有较高冷却效率的切削液。
尽管使用具有较小粘度和不包含磨料颗粒的切削液为线锯的操作和切屑的循环利用赋予了某些优点，但是它们还必须使切屑能够悬浮和分散。切屑的聚集可以导致喷嘴堵塞和频繁地替换切削液。
切削液也必须表现几种其它重要性质。例如，切削液必须使切屑充分地润湿和悬浮，使得切削液能够容易地从金刚石线锯和工件两者上除去，但是仍易于从切屑上除去，使得在循环的颗粒上遗留极少的(若有的话)切削液残留物。若有的话，切削液也应该表现极小的发泡性，使得不存在损坏泵或中断线锯运行的危险。再进一步，切削液应该是不可燃的。
发明内容
在一种实施方式中，本发明是切削液，其包括：
A.水溶性高分子分散剂，典型地为多羧化物；
B.任选的润湿剂；
C.任选的消泡剂；
D.任选的缓蚀剂；
E.任选的螯合试剂；
F.任选的生物灭杀剂；和
G.水。
在本发明的某些实施方式中，切削液包括各任选组分中的一种、两种、三种或全部四种。切削液是基于水的，即，其包括至少50重量％(wt％)的水，典型地包括至少60重量％的水，更典型地包括至少80重量％的水，甚至更典型地包括至少90重量％的水。典型地，切削液包括小于98wt％的水，更典型地包括小于97wt％的水。水源可以广泛地变化，而典型地水是不含颗粒或其它污染物的。典型地，水是去矿物质的和/或去离子的。多羧化物典型地用PAG(典型地为聚乙二醇(PEG))接枝。
本发明的切削液表现了低粘度、良好的冷却效率、良好的切屑悬浮和分散、良好的切屑颗粒(特别是硅颗粒)润湿和金刚石线锯清洁以及低发泡性、通常对金属离子不敏感、以及是不可燃的。本发明的切削液在高温也非常稳定以及具有相对长的寿命，例如，与很多现有切削液用于一件或两件工件相反，在需要被替换之前，本发明的切削液典型地可以用于十件或更多件工件的切割。再进一步，硅切屑上任何残留的切削液均易于除去，使得容易循环利用切屑。
在一种实施方式中，本发明是以与基于水的切削液联用的线锯切割硬的脆性材料的方法，所述方法包括使材料与线锯和切削液在切割条件下接触的步骤，所述切削液包括：
A.水溶性高分子分散剂，典型地为多羧化物；
B.任选的润湿剂；
C.任选的消泡剂；
D.任选的缓蚀剂；
E.任选的螯合试剂；
F.任选的生物灭杀剂；和
G.水。
将切削液施用于线锯，典型地为金刚石线锯，以及典型地在接触点或刚好在接触点之前施用，所述接触点即材料和线锯的接触面。
在一种实施方式中，本发明是切削液预混合料，其包括：
A.水溶性高分子分散剂，典型地为多羧化物；
B.任选的润湿剂；
C.任选的消泡剂；
D.任选的缓蚀剂；
E.任选的螯合试剂；和
F.任选的生物灭杀剂。
在该实施方式中，通过加入水将预混合料转化为切削液。
附图说明
图1是不同研究样品在23℃和0分钟的悬浮结果的照片。
图2是不同研究样品在23℃和60分钟的悬浮结果的照片。
图3是不同研究样品在60℃和60分钟的悬浮结果的照片。
优选实施方式
除非相反地指出，从上下文暗示或为现有技术惯例，所有的份和百分数均基于重量，而且所有的测试方法是与本申请的提交日期同步的(current)。针对美国专利实践的目的，任何参考的专利、专利申请、或公开在此全部引入作为参考(或其等同的美国版本也引入作为参考)，特别是关于合成技术、定义(不与本申请具体提供的任何定义不一致)和本领域常识的披露内容。
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有所指，否则其可以包括该范围以外的值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质，如分子量、粘度、熔体指数等是100～1000，意味着明确地列举了所有的单个数值，如100、101、102等，以及所有的子范围，如100～144、155～170、197～200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1、1.5等)的范围，适当时将1个单位看作0.0001、0.001、0.01或0.1。对于包含小于10(例如1～5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是具体所意指的内容的示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合都被认为清楚记载在本申请中。本申请内的数字范围提供了切削液和淤浆的组分含量以及各种工艺参数等。
“与切削液的其它组分相容”等术语表示切削液的特定组分，例如，润湿剂、消泡剂、缓蚀剂等，将不会妨碍或显著阻碍切削液的其它组分的性能。
分散剂
用于本发明实践的高分子分散剂是水溶性聚合物，其包含一个或多个在水中解离后带负电的基团。带负电的基团的实例包括羧基、磺酸基、亚磺酸基和磷酸基。聚合物的实例包括聚砜、聚硫醚、聚酯、聚醚、聚丙烯酰胺、多糖、丙烯酸的均聚物和共聚物、甲基丙烯酸、烯基磺酸、芳族烯基磺酸、丙烯酰氨基磺酸和马来酸，其通称为多羧化物。聚合物可以包括其含量可以使该聚合物维持足够水溶性的得自非水溶性共聚单体的单元，所述共聚单体如苯乙烯、烷基苯乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯、以及丙烯酸芳基酯或甲基丙烯酸芳基酯，其中所述烷基基团上的氢可以由氟、氯、羟基或其它原子或基团取代而且该烷基可以包含一个或多个氧、硫、或硅原子。在如上限定的基于多羧酸的聚合物化合物中，特别适宜使用的化合物包括丙烯酸的均聚物和/或丙烯酸和马来酸的共聚物的碱金属盐和/或
Figure BDA0000051388480000041
盐。基于多羧酸的聚合物化合物和/或盐的重均分子量(Mw)典型地为1,000-1,000,000，更典型地为1,000-100,000，甚至更典型地为10,000-30,000。
这些聚合物或这些聚合物中带负电的重复单元可以且优选地用一种或多种水溶性聚合物(如聚亚烷基二醇(PAG)，特别是聚乙二醇(PEG))通过不同的接枝连接基(如酯、醚或碳-碳键)接枝。用于本发明实践的聚亚烷基二醇是已知的化合物，它们是通过由水和单羟基化合物、二羟基化合物或多羟基化合物中的一种或多种引发的环氧烷烃单体或环氧烷烃单体混合物的聚合制备，以及在本领域已知的反应性条件下由催化剂促进(参见，例如，“AlkyleneOxides and Their Polymers”，Surfactant Science Series，Vol 35)。
在一种实施方式中，引发剂是乙二醇或丙二醇或它们其中一种的低聚物。在一种实施方式中，引发剂是下式的化合物
R1O-(CHR2CH2O)m-R3
其中R1和R3独立地为具有线型或支化结构的C1至C20脂族或芳族基团，其可以包含一个或多个不饱和键、或氢，条件是R1和R3中的至少一个是氢；各R2独立地为氢、甲基、或乙基；m是0至20的整数。在一种实施方式中，引发剂化合物是包含3个或更多个羟基基团的烃化合物，如甘油或山梨糖醇。
在一种实施方式中，催化剂是碱，典型地为碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐、脂族胺、芳族胺、或杂环胺中的至少一种。在一种实施方式中，氢氧化钠或氢氧化钾是碱催化剂。
用作聚合反应中的单体的环氧烷烃是C2至C8氧化物，如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧己烷、或环氧辛烷。在一种实施方式中，环氧烷烃是环氧乙烷或环氧丙烷。在聚合完成时，使反应混合物通气，然后通过加入一种或多种酸将其中和。中和的聚亚烷基二醇产物的pH值为4.0至8.5。
在本发明的一种实施方式中，聚环氧烷烃是聚环氧乙烷、环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)的水溶性共聚物、或它们其中之一的单甲基、单乙基、单丙基、或单丁基醚、或由甘油引发的聚环氧乙烷或EO和PO的共聚物。在一种实施方式中，聚亚烷基二醇的分子量为100-1,000，更典型地为200-600。
全部聚环氧烷烃单元在PAG-g-多羧化物中的重量百分比典型地为至少40％，或更典型地为至少50％、60％、70％，或者甚至更典型地高于80％。
PAG单元可以经醚、酯、C-C键、酰胺、或酰亚胺与多羧化物结构或羧化物单元连接。优选醚和C-C键连接基以提供较好的水解稳定性。
PAG-g-多羧化物可以通过使使一种或多种如上列举的制备多羧化物中使用的单体与聚环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物(无规或嵌段)共聚制备，其中所述共聚物与碳-碳双键相连接，碳-碳双键是可与不饱和单体以自由基方式聚合的。适宜的大分子单体的实例包括聚环氧乙烷或聚(环氧乙烷-环氧丙烷)的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、富马酸酯、和烯丙基醚等、以及这些化合物中的两种或更多种的混合物。适宜的大分子单体的数均分子量优选为500至10,000，更优选为600至5,000。聚环氧乙烷烯丙基醚或聚(环氧乙烷-环氧丙烷)烯丙基醚大分子单体可以，例如，通过利用烯丙醇作为引发剂的烷氧基化制备。聚环氧乙烷(甲基)丙烯酸酯或聚(环氧乙烷-环氧丙烷)(甲基)丙烯酸酯大分子单体可以利用已知技术通过使聚亚烷基二醇的单烷基醚或单芳基醚与(甲基)丙烯酸反应制备，或者可以如(EP1,012,203)中所描述地通过将(甲基)丙烯酸羟基烷基酯烷氧基化制备。PAG-g-多羧化物也可以通过以聚亚烷基二醇的单烷基醚或单芳基醚处理多羧化物来制备。此外，PAG-g-多羧化物也可以如USP 4,528,334所描述地通过以(甲基)丙烯酸、马来酸、苯乙烯磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、或2-丙烯酰氨基-2-甲基丙基磺酸在自由基聚合条件下处理PAG制备。
在一种实施方式中，将PAG接枝到多羧化物以形成PAG-g-多羧化物。在一种实施方式中，PAG-g-多羧化物为(甲基)PEG-g-多羧化物，特别为丙烯酸、甲基丙烯酸、烯基磺酸、芳族烯基磺酸、丙烯酰氨基磺酸或马来酸的均聚物或共聚物。不受理论的限制，PAG-g-多羧化物牢固地连接到切屑颗粒(特别是硅颗粒)的表面，而这赋予切屑颗粒以高空间排斥和高静电排斥的组合。这进而大大有助于切削液介质中颗粒的悬浮和分散。
基于流体的总重量，PAG-g-多羧化物在切削液中的含量典型地为至少0.05wt％，更典型地为至少0.1wt％。PAG-g-多羧化物在切削液中的最大量主要由经济和便利因素决定，但是典型地其不超过5wt％，更典型地不超过3wt％。
尽管典型地为单独使用或互相组合使用，PAG-g-多羧化物可以与一种或多种可以附着到切屑颗粒表面的其它分散剂组合使用而赋予该颗粒高空间排斥和/或高静电排斥的特征，所述多羧化物例如，聚丙烯酸和/或其衍生物。典型地在这种情形下，PAG-g-多羧化物占分散剂的至少50wt％、或60wt％、或70wt％或80wt％或90wt％。
用于本实践的分散剂也可以是阴离子或非离子表面活性剂或两者的混合物。优选的可以用作分散剂的非离子表面活性剂的HLB(亲水亲油平衡)大于12。实例包括TERGITON 15-12、15、20、和40系列、TERGITONNP-9至70系列、TERGITOL XH、XL、XD系列、TERGITOL 26-L系列等。阴离子表面活性剂包括可在室温(23℃)溶于水的那些。
润湿剂
任何化合物，若其与切削液的其它组分相容和可以有效降低含水制剂(例如，切削液)的表面张力、而因此有效润湿工件和线锯的表面，可以用于本发明的实践。润湿剂是可溶于水或可在水中分散的表面活性剂或表面活性剂混合物，其电荷类型典型地为阴离子的、非离子的或两性离子的。
阴离子润湿剂的实例包括基于羧酸盐的表面活性剂，如脂肪酸、丙烯酸改性氨基酸、丙烯酸改性多肽、和聚氧烯化脂肪醇羧酸酯的钠盐、钾盐、或胺盐；基于磺酸盐的表面活性剂，如烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、石蜡磺酸盐、仲正烷基磺酸盐、N-酰基-正-烷基牛磺酸盐、芳烷烃磺酸盐、烷基联苯醚(二)磺酸盐、磺基琥珀酸酯、烷基萘磺酸盐、和羟乙基磺酸盐；基于硫酸酯盐的表面活性剂，如硫酸化醇、硫酸化聚氧烯化醇、硫酸化甘油三酯油、脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐、基于硅的表面活性剂、聚氧烯化脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐；以及磷酸酯或多磷酸酯。在阴离子表面活性剂中，疏水部分可以是线型或支化的烃链、线型或支化的烷基芳基、线型或支化的烷基酚，以及烃链可以包含不饱和碳-碳键，而且可以是部分或完全氟化的。
适宜用作润湿剂的非离子表面活性剂的实例包括线型或支化的伯醇或仲醇的乙氧基化物或烷氧基化物，其中环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)、或高级环氧烷烃单元可以以不同的方式包含其内，如通过嵌段共聚、无规共聚或封端的方式，而且其中烃链可以包含不饱和碳-碳键而且是可以部分或完全氟化的；胺烷氧基化物；烷基酚乙氧基化物；乙烯和环氧丙烷或环氧丁烷的嵌段共聚物；长链羧酸酯，如脂肪酸的甘油酯和聚甘油酯、山梨糖醇或聚环氧乙烷山梨糖醇酯；烷基聚配糖；乙氧基化的炔二醇；和硅氧烷表面活性剂。在非离子表面活性剂中，末端羟基基团可以由作为部分或全部“封端的”表面活性剂的氯、烷基醚、烯丙基醚、苄基醚、乙酸酯、或缩醛取代。
适宜用作润湿剂的两性离子表面活性剂的实例包括烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、卵磷脂和N-月桂酰胺基乙基-N-羟乙基乙酸钠(sodium lauroamphoacetate)。另外的两性离子表面活性剂描述于USP4,301,044以及其中引用的参考文献。
优选的表面活性剂或表面活性剂组合赋予切削液小于45mN/m的表面张力。典型地，选择表面活性剂或表面活性剂组合，使得制剂不发泡、低发泡、或不稳定地发泡。优选地，表面活性剂是容易被生物分解的，如通过OECD 301方法确定。具有低表面张力的基于仲醇或高支化仲醇乙氧基化物(SAE)(如TERGITOLTM TMN)的表面活性剂是优选的。
基于流体的总重量，润湿剂在切削液中的含量典型地为至少0.01wt％，更典型地为至少0.1wt％。润湿剂在切削液中的最大量主要由经济和便利因素决定，但是典型地其不超过3wt％，更典型地不超过1wt％。
消泡剂
任何化合物，若其与切削液的其它组分相容和当流体在储存(例如，盛放在金刚石线锯设备的储罐)和使用(例如，从罐中泵送和施用于线锯和工件的表面)时将最小化或消除切削液的发泡，则其可以用于本发明的实践。示例性的消泡剂包括有机改性的聚硅氧烷和聚醚。示例性的消泡剂包括烷基聚硅氧烷，如二甲基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、二丙基聚硅氧烷、甲基乙基聚硅氧烷、二辛基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基丙基聚硅氧烷、二丁基聚硅氧烷和二(十二烷)基聚硅氧烷；有机磷化合物，如磷酸三正丁酯、磷酸三正丁氧基乙酯或亚磷酸三苯酯、或其混合物；和聚环氧烷烃(环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷)的共聚物。优选的是那些可在水中分散的或水溶性的消泡剂，如描述于USP 4,024,072以及其中引用的参考文献。
典型地，本发明的切削液包括消泡剂。基于流体的总重量，消泡剂在切削液中的含量典型地大于0，更典型地为至少0.01wt％，甚至更典型地为至少0.1wt％。润湿剂在切削液中的最大量主要由经济和便利因素决定，但是典型地其不超过2wt％，更典型不超过1wt％。
缓蚀剂
任何化合物，若其与切削液的其它组分相容和将抑制或消除金刚石线锯设备的表面(切削液在通常的储存和使用中与其相接触)的腐蚀，则其可以用于本发明的实践。示例性的缓蚀剂包括链烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸盐/酯和三唑。示例性的缓蚀剂包括含磷化学制品，如正磷酸盐/酯、焦磷酸盐/酯、多磷酸盐/酯；羟基羧酸和它们的盐，如葡萄糖酸；葡糖二酸；链烷醇胺；亚硝酸盐；羧酸盐；硅酸盐；膦酸盐和唑类化合物，如苯并三唑、甲苯基三唑、巯基苯并噻唑、和卤化唑。更优选的是可在水中分散的或水溶性缓蚀剂，其在流动条件下表现良好的对基材的粘合性，如描述于USP 6,572,789以及其中引用的参考文献.
典型地，本发明的切削液包括缓蚀剂。基于流体的总重量，缓蚀剂在切削液中的含量典型地大于0，更典型地为至少0.01wt％，甚至更典型地为至少0.1wt％。润湿剂在切削液中的最大量主要由经济和便利决定，但是典型地其不超过2wt％，更典型地不超过1wt％。
螯合试剂
任何化合物，若其与切削液的其它组分相容和将结合到或以其它方式附着于切削液中存在的切屑颗粒或其它颗粒(由于对工件或制剂的处理、对切削液的运输或储存)，则其可以用于本发明的实践。示例性的螯合试剂包括乙二胺N’N’-四乙酸(EDTA)及其盐和衍生物；羟基乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)及其盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)及其盐和衍生物；和谷氨酸-N，N-二乙酸(GLDA)及其盐和衍生物。由于它们的生物降解能力，HEIDA、MGDA和GLDA通常是优选的。
典型地，本发明的切削液包括螯合试剂。基于流体的总重量，螯合试剂在切削液中的含量典型地大于0，更典型地为至少0.01wt％，甚至更典型地为至少0.1wt％。润湿剂在切削液中的最大量主要由经济和便利因素决定，但是典型地其不超过2wt％，更典型地不超过1wt％。
生物灭杀剂
任何化合物，若其与切削液的其它组分相容和将有效减少或消除切削液中的细胞(例如，细菌、藻类的细胞等)生长，则其可以用于本发明的实践。切削液通常刚好在它们的使用之前配制，其在长时间段内在使用它们的设备(例如，金刚石线锯)的储罐中频繁储存。切削液中细胞生长的存在可以削弱流体的性能和导致设备内的阻塞，例如，堵塞的喷雾嘴。示例性的生物灭杀剂包括三嗪、
Figure BDA0000051388480000091
唑烷、2-巯基吡啶钠和碘代氨基甲酸酯。
典型地，本发明的切削液包括生物灭杀剂。基于流体的总重量，生物灭杀剂在切削液中的含量典型地大于0，更典型地为至少0.01wt％，甚至更典型地为至少0.1wt％。润湿剂在切削液中的最大量主要由经济和便利因素决定，但是典型地其不超过1wt％，更典型地不超过0.8wt％。
添加剂
切削液也可以包含其它组分或成分，如极性溶剂(例如，醇、酰胺、酯、醚、酮、二醇醚或亚砜)、增稠剂(例如，黄原胶、鼠李糖胶(rhamsan gum)或烷基-纤维素(如羟基甲基纤维素、羧基甲基纤维素))、染料、香料等。这些其它成分以已知方式和已知量使用。若存在，添加剂在切削液中的总量典型地为0.01至10重量％(wt％)，更典型地为0.05至5重量％，甚至更典型地为0.1至3重量％。
切削液的配制
本发明的切削液使用已知设备和已知技术配制。典型地将以相对于彼此的任何顺序加入各种组分，其在室温(例如，23℃)或以低热(例如，30℃或40℃)进行，和利用提供搅拌的常规混合设备来促进各组分的良好混合以产生均匀的混合物或共混物。以水作为充分配制流体的主要组分，典型地将其它组分加入到水中。
在一种实施方式中，切削液包括消泡剂、缓蚀剂、螯合试剂或生物灭杀剂中的至少一种。在一种实施方式中，切削液包括消泡剂、缓蚀剂、螯合试剂或生物灭杀剂中的至少两种。在一种实施方式中，切削液包括消泡剂、缓蚀剂、螯合试剂或生物灭杀剂中的至少三种。在一种实施方式中，切削液包括消泡剂、缓蚀剂、螯合试剂或生物灭杀剂中的全部四种。
在一种实施方式中，以制造设施中充分配制切削液，将其包装和运载(包含或不包含中间储存)至最终用户，最终用户在使用之前可以对其或可以不对其进行进一步储存。
在一种实施方式中，切削液是预混合料或浓缩的制剂，其包括大多数(如果并非全部)的组分，而不是大多数的水(a full compliment of water)，例如，水占母料的小于50wt％或40wt％或30wt％或20wt％或10wt％、或者母料中不存在水。在该实施方式中，使用或不使用少量的水和利用常规混合设备和技术将制剂的各非水组分混合，形成预混合料或母料，然后将其包装和运载(包含或不包含中间储存)至最终用户，最终用户在使用之前可以对其或可以不对其进行进一步储存。母料典型地最少包括溶于少量水的PAG-g-多羧化物、润湿剂和螯合试剂，其含量足以提供在充分配制切削液时它们各自期望的浓度。当准备使用时，简单地使用水将预混合料或母料稀释至期望的浓度。
在另一种实施方式中，将切削液以现场制剂的形式简单混合。
切削液的用途
以已知方式使用切削液。典型地，当工件开始与丝接触时，将其喷洒在切割丝上。切割丝是通常称为线锯或丝网(wire-web)的切割设备的部件，其通常包括互相平行和以固定斜度排列的一排细丝。将工件压向这些细丝(其直径典型地为0.1-0.2毫米(mm)，在相同方向彼此平行地运转)，而将切削液供给到工件和丝之间，通过磨料的研磨作用将工件切成晶片。这些线锯更充分地描述于USP 3,478,732、3,525,324、5,269,275和5,270,271。对于金刚石线锯，磨料颗粒是包埋在移动的网或丝之上的。
本发明的切削液可以用于硬的脆性材料的其它处理，所述材料如硅、砷化镓(GaAs)或磷化镓(GaP)的铸块、晶体或晶片。这些其它处理不受限制地包括研磨、蚀刻和抛光。这些流体特别适用于下述应用中，在所述应用中磨料颗粒包埋在基材(例如，丝、陶瓷等)上。
下面的实施例说明本发明的某些实施方式。除非指明，否则所有的份和百分比均基于重量。
特定实施方式
化学药品和仪器
本发明的切削液由表1所述的组分制备，其组成如表2记录。对比例的切削液全部从商业上获得的。对比例的切削液都不包括PAG-g-多羧化物。
表1
组分和设备
Figure BDA0000051388480000111
表2
本发明切削液的组成
 组分 剂量(wt％)
 PEG-g-多羧化物   2.5
 改性TERGITOL 15-S   0.5
 DK-Q11247   0.1
  硼酸酯   0.01-0.1
  VERSENE 4Na   0.1
  BIOBAN   0.2
  纯水   q.s.
  总计   100
性能测试
表面张力
切削液的表面张力用KRUSS的K12-MK6型张力计测试。结果记录于表3。具有低表面张力(小于30mN/m)的溶液可以润湿污垢和有助于使污垢从污染的丝中除去变得容易。除了对比的CF-3，所有的切削液表现了低于30mN/m的表面张力。
表3
表面张力测试结果
  切削液   表面张力(mN/m)
  本发明的CF   29.52
  对比的CF-1   24.69
  对比的CF-2   21.36
  对比的CF-3   42.28
发泡性
形成和保持泡沫的倾向使用Ross Miles方法(ASTM D1173)测试。结果记录于表4。
表4
发泡测试结果
  实施例   初始发泡(cm)   备注
  本发明的CF   1.5   4秒：不发泡*
  对比的CF-1   1.1   2秒：不发泡
  对比的CF-2   1.0   2秒：不发泡
  对比的CF-3   1   ＞120秒，仍0.2cm
*发泡是极其不稳定的。
悬浮能力
本发明的和对比的切削液样品在不同的时间和温度的悬浮结果如图1-3所示。样品顺序从左到右为：对比的CF-3、对比的CF-3、对比的CF-1、对比的CF-1、本发明的CF、本发明的CF、对比的CF-2、和对比的CF-2。硅切屑的载荷为10wt％。
在一开始，切屑颗粒分散在切削液样品中形成均匀的淤浆(图1)。在室温和在淤浆已经静置达1小时之后，对比的CF-1和2样品的大多数的硅切屑沉降到小瓶底部，它们的水相完全变得澄清。本发明的CF(其包含2.5wt％的PEG-g-多羧化物)和对比的CF-3，大多数硅切屑颗粒仍在小瓶中良好地悬浮(图3)。所有样品在60℃的悬浮性质与其在室温的悬浮性质相似。
该结果表明了不同的切削液在室温和60℃的分散能力，其如下所示：本发明的CF＝CF-3＞＞CF-1和CF-2。本发明的CF以2.5wt％的PEG-g-多羧化物表现了优越的硅切屑的悬浮能力。
当非离子表面活性剂，如TERGITOL NP-9(计算的HLB值为12.9，其通过EO组分的重量百分比除以5确定)用作分散剂时，Si切屑的分散体在室温稳定静置一小时之后仍然良好地分散(图4)。
尽管已经通过前述特定实施方式以一些细节描述了本发明，但该细节的主要目的是用于说明。在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行很多变化和更改，本发明的精神和范围如所附权利要求所描述。

Claims (5)

1.一种切削液，其包括以基于所述切削液重量的重量百分比计的下述物质： 
A．0.05-5%的水溶性高分子分散剂，其是PAG-g-多羧化物，和所述PAG-g-多羧化物的多羧化物包括得自丙烯酸的单元； 
B．0.01-3%的润湿剂，其是仲醇烷氧基化物； 
C．0.01-2%的消泡剂，其是有机改性的聚硅氧烷或聚醚； 
D．0.01-2%的缓蚀剂，其是下述物质中的至少一种：链烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸盐/酯或三唑； 
E．0.01-2%的螯合试剂，其是下述物质中的至少一种：乙二胺N’N’-四乙酸(EDTA)及其盐和衍生物；羟基乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)及其盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)及其盐和衍生物；或谷氨酸-N,N-二乙酸(GLDA)及其盐和衍生物； 
F．0.01-1%的生物灭杀剂，其是下述物质中的至少一种：三嗪、
Figure FDA00003590137000011
唑烷、2-巯基吡啶钠或碘代氨基甲酸酯；和 
G．至少80%的水。 
2.一种以与基于水的切削液联用的线锯切割硬的脆性材料的方法，所述方法包括使所述材料与所述线锯和切削液在切割条件下接触的步骤，所述切削液包括 
A．0.05-5%的水溶性高分子分散剂，其是PAG-g-多羧化物，和所述PAG-g-多羧化物的多羧化物包括得自丙烯酸的单元； 
B．0.01-3%的润湿剂，其是仲醇烷氧基化物； 
C．0.01-2%的消泡剂，其是有机改性的聚硅氧烷或聚醚； 
D．0.01-2%的缓蚀剂，其是下述物质中的至少一种：链烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸盐/酯或三唑； 
E．0.01-2%的螯合试剂，其是下述物质中的至少一种：乙二胺N’N’-四乙酸(EDTA)及其盐和衍生物；羟基乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)及其盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)及其盐和衍生物；或谷氨酸-N,N-二乙酸(GLDA)及其盐和衍生物； 
F．0.01-1%的生物灭杀剂，其是下述物质中的至少一种：三嗪、唑烷、2-巯基吡啶钠或碘代氨基甲酸酯； 
G．至少80%的水。 
3.权利要求2中所述的方法，其中所述硬的脆性材料由硅、GaAs或GaP组成。 
4.权利要求3中所述的方法，其中所述线锯是金刚石线锯。 
5.一种切削液母液，其包括： 
A．PAG-g-多羧化物分散剂，其中所述PAG-g-多羧化物的PAG是PEG，和所述PAG-g-多羧化物的多羧化物包括得自丙烯酸的单元； 
B．润湿剂，其是仲醇烷氧基化物； 
C．消泡剂，其是有机改性的聚硅氧烷或聚醚； 
D．缓蚀剂，其是下述物质中的至少一种：链烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸盐/酯或三唑； 
E．螯合试剂，其是下述物质中的至少一种：乙二胺N’N’-四乙酸(EDTA)及其盐和衍生物；羟基乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)及其盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)及其盐和衍生物；或谷氨酸-N,N-二乙酸(GLDA)及其盐和衍生物；和 
F．生物灭杀剂，其是下述物质中的至少一种：三嗪、唑烷、2-巯基吡啶钠或碘代氨基甲酸酯。 
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