CN102218537B

CN102218537B - 一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法

Info

Publication number: CN102218537B
Application number: CN201110140543A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: CHANGSHA TAIWEI SUPERHARD MATERIALS CO LTD
Current assignee: CHANGSHA TAIWEI SUPERHARD MATERIALS CO LTD
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2011-05-28
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-05-28
Also published as: CN102218537A

Abstract

一种粉末冶金制备预变形线金刚石线据的方法，包括以下步骤：制备基线，选取金属丝，将至少两根金属丝绞合成线，并通过变形器进行变形，得到预变形基线；配制粉料，按照质量百分比称取金属粉末、粘结剂、金刚石，加入混料机中混合均匀；制备线坯，将基线和粉料放入模具中，以预变形基线为中心，采用成形技术制得线坯；制备线锯，将线锯放入烧结炉中烧结，随炉冷却即得。本发明制备方法工艺简单、成本低、生产效率高，生产的线锯性能优异、强度高、柔韧性好、对金刚石把持力高、切割性能稳定、不易断裂、排屑性能好、使用寿命长。

Description

一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法

技术领域

本发明涉及金刚石线锯的制备方法，具体为一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法。

背景技术

线锯切割技术主要用于硅片、宝石、陶瓷、水晶等硬脆材料的切割，具有良好的发展前景。游离磨料线锯切割技术，即边切割边向钢丝供应带有磨料浆液的切割方式，该工艺存在的缺点：易造成硅片表层较深的损伤层、表面粗糙度及面形精度难以控制、切割效率低、磨料消耗大、作业环境恶劣等。

为解决以上问题，固结磨料线锯切割技术逐渐发展起来，其制备方法包括树脂结合剂固化技术和电镀技术。树脂结合剂金刚石线锯具有成本低、制备速度快等优点，但是其耐磨及耐热性较差、磨料把持力较低。电镀金刚石线锯是将金刚石微粉用复合电镀的方法固结在钢丝基体上，具有耐热及耐磨性高、切缝窄、切割面形精度高等优点。但是，电镀金刚石线锯切割技术存在的缺点是：（1）用直线型且单根的金属丝作为基体，金属丝有两种或两种以上的缺陷及残余拉应力，由此导致切割过程中，电镀金刚石线锯的突然断裂；（2）随着加工次数的增加，切屑附着于金刚石表面，由于金刚石磨粒自身的磨损及脱落等原因，切割性能逐渐下降；（3）成本高、生产效率低。

基于以上问题，人们进行电镀金刚石绞合线锯的研究，此线锯的芯线采用绞合线。电镀金刚石绞合线锯的优点如下：绞合线锯的截面积较传统线锯减小，断裂载荷下降；其由于有容屑槽，促进加工液的流入，改善了排屑性能；其切割效率最大可达传统线锯的2倍左右；其切割精度与传统线锯并无差异。但是，绞合线仍有两种应力，钢丝生产过程中的残余拉应力和绞合过程中产生的应力，这两种应力导致线锯的使用寿命缩短。

目前，线锯的发展趋势是研发新型制备工艺，新型制备工艺需具有工艺简单、成本低、生产效率高等优点，制备出的金刚石线锯具有耐磨性好、力学性能及切割性能优异、使用寿命长等优点。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，包括以下步骤：

第一步：制备基线，选取直径为0.02 mm-2mm的金属丝，将至少两根金属丝绞合在一起，绞合节距保持在0.2 mm-20 mm之间，并通过变形器进行变形，得到预变形基线；

第二步：配制粉料，按照质量百分比称取60%-80%的金属粉末、0%-30%的粘结剂、10%-40%的金刚石，加入混料机中混合均匀，工艺参数为球料比1:1-8:1、转速150 r/min-500 r/min、混合时间0.5 h-8 h，所述的金属粉末可以是钴、镍、铁、铜、钛、铬、锰，或钴、镍、铁、铜、钛、铬、锰中至少两种金属粉末组成，其粒度为1μm-10μm，所述粘结剂由骨架组元、填充剂和分散剂组成，骨架组元可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任何一种，比例占粘结剂的50%-70%，填充剂可以是石蜡、微晶蜡、植物油、乙酰苯胺中任何一种，比例占粘结剂的20%-40%，分散剂可以是硬脂酸、琼脂、鱼油、有机硅烷中任何一种，比例占粘结剂的10%-30%；

第三步：制备线坯，将基线和粉料放入模具中，以预变形基线为中心，采用成形技术制得线坯，线坯中粉料层的径向厚度为30μm -100μm，所述的成形技术可以挤压成形、动磁压制成形、粉浆浸涂成形中的任何一种；

第四步：制备线锯，将线锯放入烧结炉中，首先以3℃/min -8℃/min升温速度，升至200℃-500℃，保温0min-100min；再以5℃/min -12℃/min升温速度，升至800℃-1000℃，保温30 min -130 min，随炉冷却即得。

本发明中，所述金属丝的横截面可以是圆形、矩形、S形、六角形、Z形、泪滴形中任何一种，线型为直线型，材料可以是钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝中任何一种。

本发明中，所述的预变形基线在长度方向上的形状可以是波纹形、S形、U形、V形中任何一种，其周期为0.1mm-60mm。

此段删除

本发明中，所述的金刚石粒度为5μm-150μm。

此段删除

本发明中，所述的烧结炉可以是真空烧结炉、气氛烧结炉。

有益效果

本发明采用粉末冶金制备的预变形线金刚石线锯，创新性采用横截面为圆形或异型的金属丝，由2-3根金属丝经过绞合器成为绞合线，并通过变形器使其长度方向形状由直线变为波纹形、S形、U形、V形等线型，绞合预变形线作为基线，再采用粉末冶金法制备出预变形线金刚石线锯。本方法具有以下优点：

所制备的预变形线金刚石线锯，创新性提出使用圆形或异型金属丝，由2-3根金属丝绞合成线，再经预变形处理后作为基线：绞合线经过预变形处理，在长度方向形成波纹形、S形、U形、V形等线型，可以在基线内部产生压应力，由此可以消除在金属丝生产过程中的产生的残余拉应力，以及在绞合过程中产生的应力；在切割过程中，这种压应力可以抵消部分过紧的拉应力，保证线锯不会瞬间断裂。

本发明预变形线金刚石线锯，创新性采用粉末冶金法制备，该制备工艺不需要对基线及金刚石进行去污处理及清洗，使得工艺简单、成本低、生产效率高；并且通过烧结工艺，金属和金刚石与基线互扩散，使得金属、金刚石与基线实现了冶金结合，其结合强度高，增强了对金刚石的把持力，提高了金刚石线锯的使用寿命。

综上所述，本发明预变形线金刚石线锯的粉末冶金制备方法，创新性采用圆形或异型金属丝绞合及预变形处理，并且首次采用粉末冶金法制备金刚石线锯，预变形线金刚石线锯具有强度高、柔韧性好、对金刚石把持力高、切割性能稳定、不易断裂、排屑性能好、使用寿命长等优点。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

将两根0.15mm的泪滴状金属丝通过绞合器绞合成线，绞合节距为0.5 mm，绞合线通过变形器将其在长度方向形状变为周期为10mm的波纹形，得到基线；配制粉料：3μm钴粉、30μm 金刚石、粘结剂含量分别为60%、20%、20%，粘结剂由60%聚丙烯、30%石蜡及10%琼脂组成；采用V型混料机混料，其工艺参数为：球料比2:1、混料时间30min、转速450r/min；采用挤压成形将粉料涂覆于基线上，挤压成形工艺参数为：温度50℃，预压压力10MPa，挤压压力30MPa，挤压速度1.5m/min，粉料层的径向厚度45μm；采用真空烧结，工艺参数为：真空度10^-3 Pa，以5℃/min的升温速度升至300℃，保温60min，再以8℃/min的升温速度升至800℃,保温60min，随炉冷却。以泪滴状不锈钢丝绞合预变形线为基线制备出的0.35mm预变形线金刚石线锯，抗拉强度3100MPa以上。用于蓝宝石切片，切割次数为18次，切缝宽度为0.37mm，切割表面粗糙度0.27μm。

实施例2

将两根0.1mm的圆形钼丝通过绞合器绞合成线，绞合节距为0.2mm，绞合线通过变形器将其在长度方向形状变为周期为3mm的S形，作为基线；配制粉料：5μm镍粉和5μm钴粉（比例为2:1）、40μm 金刚石，其含量分别为80%、20%；采用双锥形混合器混合均匀，其工艺参数为:球料比3:1、转速360r/min、时间1h；采用动磁压制成形，其工艺参数为：压力200MPa，速度为100m/min，粉料层的径向厚度60μm；采用氢气烧结，工艺参数为：H₂流量10L/min，以8℃/min的升温速度升至850℃，保温40min，随炉冷却。以两根圆形钼丝绞合预变形线作为基线制备出的0.28mm预变形线金刚石线锯，抗拉强度3300MPa以上。用于硅晶切片，切割次数为20次，切缝宽度为0.3mm，切割表面粗糙度0.25μm。

实施例3

将两根0.15mm的Z形不锈钢丝绞合成线，绞合节距为6mm，绞合线通过变形器将其长度方向形状变为周期为8mm 的U形，作为基线；配制粉料：8μm铁粉和5μm铬粉（比例1:1）、20μm 金刚石、粘结剂含量分别为60%、10%、30%，其中粘结剂由60%聚甲基丙烯酸甲酯、20%植物油、20%硬脂酸组成；采用球磨机将粉料球磨混合均匀，工艺参数为：球料比5:1、转速300r/min、球磨时间2h；采用粉浆浸涂成形工艺，工艺参数为：粉料层的径向厚度50μm，基线移动速度10mm/min；采用真空烧结工艺，工艺参数为：真空度10^-3 Pa，以7℃/min的升温速度升至400℃，保温30min，再以12℃/min的升温速度升至1000℃,保温40min，随炉冷却。以两根Z形不锈钢丝绞合预变形线作为基线制备出的0.34mm预变形线金刚石线锯，抗拉强度3000MPa以上。用于硅晶切片，切割次数为30次，切缝宽度为0.25mm，切割表面粗糙度0.28μm。

实施例4

将两根0.25mm圆形钢丝绞合成线，绞合线通过变形器将其长度方向形状变为周期为15mm的S形，作为基线；配制粉料：4μm镍粉、50μm金刚石、粘结剂含量分别纹70%、20%、10%，其中粘结剂由50%聚四氟乙烯、30%硬脂酸、20%乙酰苯胺组成；采用V型混料机混料，工艺参数为：球料比1:1、转速250r/min、混合时间5h；采用挤压成形，工艺参数为：温度80℃，预压压力5MPa，挤压压力40MPa，挤压速度3m/min，粉料层的径向厚度70μm；采用N₂烧结，工艺参数为：N₂流量5L/min，以8℃/min的升温速度升至250℃，保温80min，再以9℃/min的升温速度升至700℃，保温120min，随炉冷却。以两根圆形钢丝绞合预变形线作为基线制备出的直径为0.57的预变形线金刚石线锯，抗拉强度3400MPa以上。用于陶瓷切割，切割次数为33次，切缝宽度为0.58mm，切割表面粗糙度0.32μm。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第二步：配制粉料，按照质量百分比称取60%-80%的金属粉末、0%-30%的粘结剂、10%-40%的金刚石，加入混料机中混合均匀，工艺参数为球料比1:1-8:1、转速150 r/min-500 r/min、混合时间0.5 h-8 h；所述的金属粉末是钴、镍、铁、铜、钛、铬、锰，或钴、镍、铁、铜、钛、铬、锰中至少两种金属粉末组成，其粒度为1μm-10μm，所述粘结剂由骨架组元、填充剂和分散剂组成，骨架组元是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任何一种，比例为粘结剂的50%-70%，填充剂是石蜡、微晶蜡、植物油、乙酰苯胺中任何一种，比例为粘结剂的20%-40%，分散剂是硬脂酸、琼脂、鱼油、有机硅烷中任何一种，比例为粘结剂的10%-30%；

第三步：制备线坯，将基线和粉料放入模具中，以预变形基线为中心，采用成形技术制得线坯，线坯中粉料层的径向厚度为30μm -100μm，所述的成形技术是挤压成形、动磁压制成形、粉浆浸涂成形中的任何一种；

2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述金属丝的横截面是圆形、矩形、S形、六角形、Z形、泪滴形中任何一种，线型为直线型，材料是钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝中任何一种。

3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的预变形基线在长度方向上的形状是波纹形、S形、U形、V形中任何一种，其周期为0.1mm-60mm。

4.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的金刚石粒度为5μm-150μm。

5.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制备预变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的烧结炉是真空烧结炉或气氛烧结炉。