CN102172998A

CN102172998A - 钢丝芯线游离切割线及其制备方法

Info

Publication number: CN102172998A
Application number: CN 201110051902
Authority: CN
Inventors: 孙斌; 张建华; 郭留希; 赵清国; 杨晋中; 王秦生
Original assignee: Zhengzhou Synthetic Diamond and Products Engineering Technology Research Center Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Synthetic Diamond and Products Engineering Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: CN102172998B

Abstract

本发明涉及一种钢丝芯线游离切割线，其包括钢丝芯线和涂敷所述芯线的树脂粘结剂涂层，所述树脂粘结剂涂层使用的树脂粘结剂具有150℃以上的软化温度，该涂层含有固定到涂层、且直径小于涂层厚度的填料，所述填料为微粉和/或短切丝，填料含量小于涂层体积的65%。本发明切割线通过在钢丝芯线表面涂敷混有填料的树脂粘结剂涂层制成。相比于镀铜钢丝线，其涂层表面耐磨性好，特别是经过加捻的多股涂层线，因表面粗糙而带砂能力强，将其用于硬脆材料切割加工可以显著提高切割效率，提高切割线的使用寿命，降低生产成本。

Description

钢丝芯线游离切割线及其制备方法

技术领域

本发明属于切割材料技术领域，具体涉及一种以钢丝为芯线、表面涂敷树脂粘结剂涂层的切割线及其制备方法，该类切割线用于单晶硅、多晶硅、玉石、蓝宝石、玻璃、石英等高硬、高脆性、高耐磨性材料的切割加工，具有高效率、高寿命、高光洁度的特点。

背景技术

硬脆材料包括宝石、玻璃、石材、硅晶体、石英晶体、陶瓷、硬质合金等。硬脆材料大多为半导体或非导电体，具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高电阻率等性能。硬脆材料因具有许多金属材料难以比拟的优良特性，而被广泛应用于声、光、电磁、机械和化工等行业。随着其被广泛应用，对硬脆材料的加工也提出更高的要求。硬脆材料加工的关键工序是切割加工，该工序要求高效率、低成本、高材料利用率、无损伤、污染少等。

目前，硬脆材料的切割方法主要有：金刚石锯片切割、激光切割和近年渐成主流的多线锯切割。金刚石锯片由于切缝宽，成材率低不能切割曲线，不适于贵重材料的切割。激光切割由于切割深度有限而受到限制。多线锯切割主要是通过拉动镀铜钢丝，镀铜钢丝带入预先混有细粒度碳化硅微粉的磨削液，碳化硅微粉在钢丝的带动下进入切缝游离切割硬脆材料。由于多线锯的引入，使得大型的多线锯可以同时切割出上千切片，加工效率得以提高。但是它也存在着一些不足：由于镀铜钢丝线耐磨能力差，钢丝寿命短。而且表面光滑，对磨料的带料能力差，切割加工时游离刃料容易与钢丝发生滑移，从而使得切割加工速度和加工效率偏低。

发明内容

本发明目的在于提供一种钢丝芯线游离切割线及其制备方法。该切割线用于硬脆材料切割加工效率高、被加工材料的利用率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢丝芯线游离切割线，其包括钢丝芯线和涂敷所述芯线的树脂粘结剂涂层，所述树脂粘结剂涂层使用的树脂粘结剂具有150℃以上的软化温度，如酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。该涂层含有固定到涂层、且直径小于涂层厚度的填料，所述填料可以为微粉或者微粉与短切丝组成的混合物，填料总含量小于涂层体积的65%。

所述钢丝可以为碳钢钢丝、不锈钢钢丝或者两者的混合物。

所述钢丝芯线由单根或多根钢丝紧密平行排列或经加捻处理制成，加捻度为30－1000圈／米，加捻方式为S型或Z型。

用作填料的微粉可以选用碳化硅微粉、三氧化二铝微粉、炭黑微粉、铜粉、金刚石微粉和立方氮化硼微粉中的一种或两种以上，微粉粒径小于40微米。用作填料的短切丝可以是有机短切丝、陶瓷纤维短切丝和金属纤维短切丝中的一种或两种以上，短切丝直径0.03—10微米，长度0.1微米—1厘米，短切丝含量小于涂层体积的25%。其中有机短切丝中以芳纶短切丝为佳。铜粉可以起到快速导热的作用，碳化硅和三氧化二铝微粉可以提高涂层的耐磨性能，炭黑和立方氮化硼微粉可以提高涂层的强度，短切丝添加后形状不规则，可对填料起把持作用，使其结合的更牢固。

较好的，作为芯线的钢丝经过表面净化处理以增加与树脂粘结剂涂层的结合强度。钢丝表面净化处理一般是先预除油再酸洗活化。预除油可以选用挥发性较好的有机物溶剂，如乙醇、汽油或丙酮等，或者选用碱液处理，或者用真空脱脂处理。常用的碱液有10－25%氢氧化钠溶液或5－10%碳酸钠溶液等；常用的酸液有盐酸、硫酸等。

上述钢丝芯线游离切割线的制备方法，其由如下步骤制得：将表面净化过的填料用偶联剂处理后与树脂粘结剂混合，再加入溶剂（常用的溶剂有酒精、丙酮、二甲基乙酰胺等）和固化剂，混合均匀得浆料；然后把浆料涂敷于经过净化处理的钢丝芯线表面，经限径、固化后即得。

所使用的填料最好先经过表面净化处理以除去油脂和杂质，再用硅烷偶联剂或钛酸脂偶联剂处理，以增强与树脂粘结剂涂层的结合强度。微粉填料的表面净化处理方式一般采用先碱洗或丙酮洗再水洗后酸洗，用以去除杂质，提高微粉表面的活性。常用的碱液使用10－15%氢氧化钠溶液或5－10%碳酸钠溶液等；常用的酸液有盐酸、硫酸等。短切丝可以利用挥发性较好的有机溶剂进行预除油表面净化处理，如乙醇、汽油、丙酮等。

浆料（也即涂层复合剂）涂敷于钢丝芯线表面，经限径、固化后即在芯线表面形成一涂层（即树脂粘结剂涂层）。其中，在加热固化过程中，溶剂挥发掉，其它组分未发生损失。可以采用常规的喷涂或浸涂方法把浆料涂敷于钢丝芯线表面，通过限径模具限径，然后经加热固化或紫外线照射固化，即生产出切割线。该切割线的钢丝芯线表面涂敷有树脂粘结剂涂层。

本发明特点：（1）现有技术需在钢丝表面镀铜或镀镍，而本发明切割线无需镀铜或镀镍，通过在钢丝表面涂敷含有填料的树脂粘结剂涂层即可替代现有钢丝实现切割，因此可以节约大量的贵重金属。（2）本切割线在钢丝芯线表面涂敷树脂粘结剂涂层，涂层中掺杂有耐磨的填料和短切丝，提高了耐磨性能和强度，且表面相对粗糙，用于硬脆材料游离切割时，对磨料的带料能力高，切割时不易发生滑移，相对镀铜钢丝有更高的寿命和切割效率。

和现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明切割线通过在钢丝芯线表面涂敷混有填料的树脂粘结剂涂层制成。相比于镀铜钢丝线，其涂层表面耐磨性好，特别是经过加捻的多股涂层线，因表面粗糙而带砂能力强，将其用于硬脆材料切割加工可以显著提高切割效率，提高切割线的使用寿命，降低生产成本。总之，本发明切割线在耐磨性、柔韧性、带砂能力、抗疲劳强度和切割效率方面均好于同规格的镀铜钢丝线。

附图说明

图1本发明切割线的结构剖视示意图，其中1为树脂涂层，2为钢丝线。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

一种钢丝芯线游离切割线，其制备方法为：将表面净化过的填料偶联处理后与树脂粘结剂混合，再加入溶剂和固化剂，混合均匀得浆料；然后把浆料涂敷于经过净化处理的钢丝芯线表面，经限径、固化后即得，具体如下：

①钢丝净化处理：将直径0.1毫米的单根不锈钢钢丝，用25wt%的氢氧化钠溶液50~70℃进行表面除油处理，处理后的钢丝用去离子水洗至中性，再用15wt%的硫酸溶液活化表面5分钟，去离子水水洗至中性，烘干后备用。

②制备涂层复合剂：将填料（填料由金刚石微粉、碳化硅微粉、三氧化二铝微粉和铜粉组成）在丙酮中用超声波处理20分钟（频率18千赫兹）后干燥，接着用质量浓度3%的KH-550偶联剂乙醇溶液表面处理120分钟后滤出，用无水乙醇洗净后50℃烘干，然后将填料加入占浆料体积40%的酚醛树脂中混合45～60分钟，再加入占浆料体积33.5%的丙酮溶剂，和占浆料体积3.5%的NL酚醛树脂固化剂，混合60分钟得浆料，待用。该浆料中含有体积含量3%粒径0.5微米的金刚石微粉、体积含量8%直径5微米的碳化硅微粉，体积含量4%直径0.5微米的三氧化二铝微粉和体积含量8%直径2微米的铜粉。

③用带张力电机的牵引机构牵引钢丝通过喷头，喷头把浆料喷涂于钢线表面，再通过直径0.13mm的限径模具进行限径，最后经过固化管150℃加热固化形成切割线。该切割线在钢丝芯线表面涂敷有树脂粘结剂涂层。其生产速度最高达到每分钟25米。

生产的切割线具有0.12毫米的直径和约10微米的树脂粘结剂涂层。

实施例2

本实施例中，与实施例1不同之处为：所用填料由金刚石微粉、铜粉、碳化硅微粉和芳纶短切丝组成。制成的浆料中含有体积含量2%粒径0.5微米的金刚石微粉、体积含量8%直径5微米的碳化硅微粉、体积含量8%直径2微米的铜粉和体积含量5%直径5微米长度1毫米的芳纶短切丝。

实施例3

本实施例中，与实施例1不同之处为：用碳钢钢丝替代不锈钢钢丝。

实施例4

本实施例中，与实施例1不同之处为：用碳钢钢丝替代不锈钢钢丝，所用填料由金刚石、铜粉、碳黑、三氧化二铝微粉、立方氮化硼微粉、芳纶短切丝和金属钨纤维组成。制成的浆料中含有体积含量2%粒径0.5微米的金刚石微粉磨料、体积含量8%直径2微米的铜粉、体积含量2%粒径0.5微米的碳黑，体积含量4%直径0.5微米的三氧化二铝微粉，体积含量2%直径1微米的立方氮化硼微粉、体积含量3%直径5微米长度1毫米的芳纶短切丝和体积含量2%、直径5微米长度1毫米的金属钨纤维。

各实施例生产的切割线的切割测试：

对上述各实施例制成的切割线进行多晶硅块切割测试。使用的均是边长156×156×350毫米的多晶硅块，多晶硅块共两块，同时切割，所用的磨削液组分为重量比1:1的乙二醇和碳化硅（SiC粒径9.5微米），所用切割线整卷长350千米。

实施例1制成的切割线工作条件：切割线以10米/秒的线速度运动，线张力为23牛。进给速度稳定在6.5微米每秒。切割缝宽度0.123毫米，切割390分钟后完成切片，两多晶硅块共被分割为2300片，硅片厚度0.18毫米。使用的切割线长度为234千米。

实施例2制成的切割线工作条件：切割线以10米/秒的线速度运动，线张力为23牛。进给速度稳定在7微米每秒。切割缝宽度0.123毫米，切割380分钟后完成切片，两多晶硅块共被分割为2300片，硅片厚度0.18毫米。使用的切割线长度为228千米。

实施例3制成的切割线工作条件：切割线以11.5米/秒的线速度运动，线张力为25牛。进给速度稳定在8微米每秒。切割缝宽度0.123毫米，切割335分钟后完成切片，两多晶硅块共被分割为2300片，硅片厚度0.18毫米。使用的切割线长度为231千米。

实施例4制成的切割线工作条件：切割线以11.5米/秒的线速度运动，线张力为25牛。进给速度稳定在8.5微米每秒。切割缝宽度0.123毫米，切割317分钟后完成切片，两多晶硅块共被分割为2300片，硅片厚度0.18毫米。使用的切割线长度为218千米。

Claims

1.一种钢丝芯线游离切割线，其特征在于，包括钢丝芯线和涂敷于所述芯线的树脂粘结剂涂层，所述树脂粘结剂涂层使用的树脂粘结剂具有150℃以上的软化温度，该涂层含有固定到涂层、且直径小于涂层厚度的填料，所述填料为微粉或者微粉与短切丝组成的混合物，填料含量不大于涂层体积的65%。

2.根据权利要求1所述的钢丝芯线游离切割线，其特征在于，所述钢丝芯线由单根或多根钢丝紧密平行排列或经加捻处理制成，加捻度为30－1000圈／米，加捻方式为S型或Z型。

3.根据权利要求1所述的钢丝芯线游离切割线，其特征在于，所使用的树脂粘接剂为酚醛树脂、聚酰胺树脂或聚酰亚胺树脂。

4.根据权利要求1至3任一所述的钢丝芯线游离切割线，其特征在于，用作填料的微粉为碳化硅微粉、三氧化二铝微粉、炭黑微粉、铜粉、金刚石微粉和立方氮化硼微粉中的一种或两种以上任意比例的组合，微粉粒径小于40微米。

5.根据权利要求1至3任一所述的钢丝芯线游离切割线，其特征在于，用作填料的短切丝为有机短切丝、陶瓷纤维短切丝和金属纤维短切丝中的一种或两种以上，短切丝直径0.03微米—10微米，长度0.1微米—1厘米，短切丝含量小于涂层体积的25%。

6.权利要求1所述钢丝芯线游离切割线的制备方法，其特征在于，由如下步骤制得：将表面净化过的填料用偶联剂处理后与树脂粘结剂混合，再加入溶剂和固化剂，混合均匀得浆料；然后把浆料涂敷于经过净化处理的钢丝芯线表面，经限径、固化后即得。

7.根据权利要求6所述钢丝芯线游离切割线的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸脂偶联剂。