CN102481647A - 包括粘结到长形本体上的磨料颗粒的磨料物品 - Google Patents

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Abstract

一种磨料物品包括一个长形本体、一个覆盖该长形本体的表面的粘合层、以及包含在该粘合层中的磨料颗粒，其平均磨料颗粒浓度是在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内。

Description

包括粘结到长形本体上的磨料颗粒的磨料物品
技术领域
以下内容是针对磨料物品，并且具体地说是结合了固定到长形本体上的磨料颗粒的磨料物品。
背景技术
在过去的这个世纪，已经针对不同的行业开发出来多种研磨工具用于从工件上去除材料的一般性功能，包括：例如，锯削、钻孔、抛光、清洁、雕刻、以及研磨。具体地提及电子行业，特别相关的是适合用于将材料的单晶铸锭切片形成晶片的研磨工具。随着行业的继续成熟，这些铸锭具有越来越大的直径，并且由于产量、生产力、受到影响的层、尺寸限制以及其他因素，针对这类工作使用松散的磨料以及线锯变成可以接受。
总体上，线锯是包括附着在线的一个长距离上的磨料颗粒的研磨工具，该研磨工具能以高的速度绕线以产生一种切割作用。尽管圆形的锯受限于小于刀片半径的切割深度，但是线锯却可以具有更大的柔性，允许切割具有切割直线或异型切割路径。
在常规固定的磨料线锯中已经采取了不同的方法，例如通过将多个钢珠在一个金属线或线缆上滑动而生产这些物品，其中这些钢珠是通过多个间隔件分开的。这些钢珠可以由常见地通过电镀亦或烧结而附接的磨料颗粒而覆盖。然而，电镀和烧结操作会是耗时的并且因此在成本上是冒险的，这些阻止了线锯研磨工具的迅速生产。大多数的这些线锯已经被用于经常切割石头或大理石的应用中，其中切口损失不是像电子应用中那么占主导的。已经进行了一些尝试通过化学粘结方法(例如钎焊)来附接磨料颗粒，但是此种制造方法减小了线锯的柔性，并且钎焊涂覆变得易于疲劳以及过早失效。其他线锯可以使用树脂以将这些磨料粘结到该线上。不幸地是，这些树脂粘结的线锯易于迅速磨损并且这些磨料在达到颗粒的有用寿命之前就被大量丢失了，尤其是当切割穿过硬质材料时。
因此，行业上继续需要改进的研磨工具，特别是在线锯的领域内。
发明内容
根据一个方面，一种磨料物品包括一个长形本体、一个覆盖该长形本体表面的粘合层、以及包含在该粘合层中的磨料颗粒，其平均磨料颗粒浓度为在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内。
根据另一个方面，一种磨料物品包括一个长形本体，一个覆盖该长形本体表面的粘合层、以及包含在该粘合层内的磨料颗粒。该磨料物品包括选自一个宽的砂砾尺寸分布的磨料颗粒，其中在约1微米至约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
在仍然另一个方面，一种磨料物品包括一个长形本体，一个覆盖该长形本体表面的粘合层、以及包含在该粘合层内的磨料颗粒。这些磨料颗粒是选自一个宽的砂砾尺寸分布，其中在约1微米至约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的，并且这些磨料颗粒以约0.02ct/m与约0.30ct/m之间范围内的平均磨料颗粒浓度包含在该粘合层中。
根据仍然另一个方面，一种磨料物品包括一个长形本体，一个覆盖该长形本体的表面的粘合层、以及包含在该粘合层内的磨料颗粒。这些磨料颗粒以约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内的平均磨料颗粒浓度包含在该粘合层中，并且其中该磨料物品能够以至少0.8mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约200cm2的蓝宝石。
在又另一个方面，一种用于切割蓝宝石的方法包括以下步骤：提供一个具有长形本体以及一个固定在该长形本体上的磨料颗粒的磨料物品，并且提供一个蓝宝石物品。该方法进一步包括使用该磨料物品以至少0.8mm/min的平均切割速度切割穿过总计为至少约200cm2的蓝宝石物品。
附图说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
图1包括根据一个实施方案的一种磨料物品的一部分的截面图示；
图2A-2B包括根据此处的实施方案的磨料物品的放大图像；
图3包括用于根据一个实施方案的磨料物品中的磨料颗粒的砂砾尺寸分布的曲线图；
图4包括根据一个实施方案的具有特殊砂砾尺寸分布的磨料颗粒的代表性样品的一个图像；
图5包括用于一个常规的线锯物品的磨料颗粒的砂砾尺寸分布的曲线图；
图6包括用于一个常规的线锯物品的、具有特殊砂砾尺寸分布的、磨料颗粒的代表性样品的一个图像；
图7包括根据此处的实施方案的磨料物品的一个放大图像；
图8提供了与一个常规的样品相比，根据此处的实施方案形成的样品的基于切割数目的性能对比切割时间的曲线图。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
以下内容总体上是针对由一个其上固定了磨料颗粒的长形本体形成的磨料物品。具体地，此处的实施方案中的磨料物品可以适合于使用长距离的磨料物品的方法，这些磨料物品可以包括例如线锯方法，它们可以用于电子行业以分割结晶材料的晶锭或铸锭。然而，将会理解的是，在此披露的此种磨料物品可以用于多种其他应用。
此处的磨料物品可以利用一个长形本体，该长形本体可以是一个线或其他的具有一个长度的构件，该长度是沿着该长形本体的纵向轴线延伸的一个维度来定义的，该长形本体上可以附接一个粘合层、涂覆层以及磨料颗粒以生产最终形成的磨料物品。该长形本体可以由不同的材料制成，包括例如无机材料、有机材料(例如聚合物以及天然存在的有机材料)、以及它们的一个组合。适当的无机材料可以包括：陶瓷、玻璃、金属、金属合金、金属陶瓷、以及它们的一种组合。在某些情况下，该长形本体可以由一种金属或金属合金材料形成。例如，该长形本体能由一种过渡金属或过渡金属合金材料形成并且可以结合铁、镍、钴、铜、铬、钼、钒、袒、钨、以及类似物。在一些情况下，这种长形本体可以是一种编织的结构，该结构结合了多个纺织到一起并且彼此固定的长形绳股从而形成一种长形本体。某些设计还可以利用钢琴丝作为一种该线的适当结构。
合适的有机材料可以包括聚合物，这些聚合物可以包括：热塑性材料、热固性材料、弹性体、以及它们的一种组合。特别有用的聚合物可以包括：聚酰亚胺类、聚酰胺类、树脂类、聚氨酯类、聚酯类、以及类似物。进一步理解的是该长形本体可以包括天然的有机材料，例如橡胶。
这种长形本体可以具有某种形状。例如，该长形本体可以具有总体上圆柱形的形状，使得它具有圆形的截面轮廓。在使用中长形本体具有圆形截面形状，如在一个横向于该长形本体的纵向轴线而延伸的平面内观察到的。对于此种实施方案，该平均直径可以是至少约80微米。一些设计可以结合更厚的长形本体构件，使得平均直径可以是至少约150微米、至少约200微米，并且特别是在约80微米与400微米之间的范围内。
在其他设计中，该长形本体可以具有多边形的截面轮廓，如在一个横向于该长形本体的纵向轴线而延伸的平面内观察到的。该多边形截面轮廓可以包括不同的多边形状，具体地包括：矩形形状、五边形、六边形、以及类似形状。在另一个具体方面，该长形本体可以具有一种矩形形状，其中该长形本体是一个带子，该带子具有一个第一主表面、一个与该第一主表面相反的第二主表面、以及在该第一主表面和该第二主表面之间延伸的一个侧表面。
该带子的侧表面可以限定该长形本体的厚度，而该第一主表面可以限定该长形本体的宽度，如在垂直于该纵向轴线的方向上测量的。在具体的情况下，该长形本体可以具有的厚度∶宽度比率是至少约1∶2。在其他实施方案中，该长形本体可以具有的厚度∶宽度比率为至少约1∶3、如至少约1∶4、至少约1∶5、至少约1∶10、至少约1∶50。仍然，具体实施方案可以具有的厚度∶宽度比率是在约1∶2与约1∶150之间、如在约1∶2与约1∶100之间的范围内。
该长形本体可以具有的长度足以用于进行线锯的应用。即，该长形本体可以具有如在沿着该长形本体的纵向轴线来测量的为至少约1km的长度。在其他例子中，这个长度可以更大，例如在至少约5km，至少约10km，并且特别是约1km与约15km之间的范围内的等级上。
可以在该长形本体上形成一个粘合层，使得它覆盖了该长形本体的一个上表面以有利于在其中粘结并且固定磨料颗粒。在一些情况下，该粘合层直接与该长形本体的上表面接触，并且实际上可以直接地粘结到该长形本体的上表面上。仍然，在某些磨料物品中，在该粘合层与该长形本体的上表面之间可以布置一个插入材料层。此种插入层可以存在以辅助该长形本体与该粘合层之间的粘结。此外，该粘合层可以被形成为使得它基本上覆盖了该长形本体的整个上表面。适当的用于形成该粘合层的方法可以包括沉积法。例如，该粘合层可以通过一种镀层法沉积到该长形本体的外表面上，例如一种电镀法，特别是其中粘合层包括一种金属材料的设计中。作为替代方案，该粘合层可以通过一个钎焊法或气相沉积法形成。
在不同的实施方案中，形成在此描述的磨料物品的方法可以包括将一根线平移穿过一个系统，该系统可以利用一个镀层机器从而将该粘合层沉积到该线上。该线可以平移穿过该镀层机器，其中该粘合层材料可以沉积到该长形本体的上表面上。
该粘合层可以由一种金属或一种金属合金形成。在某些设计中，该粘合层可以包括过渡金属元素。一些适当的金属可以包括：铜、锡、镍、钨、钼、银、以及其组合。在具体实施方案中，该粘合层可以包括一种金属合金材料，该金属合金材料比该长形本体的一个或多个位于下面的层更易延展，因此有利于在该粘合层中磨料颗粒的接收和/或保留。
在该长形本体上形成一个粘合层之后，形成该磨料物品的方法可以进一步包括将磨料颗粒包埋到该粘合层中。在该粘合层中包埋磨料颗粒的方法可以被实现为这些磨料颗粒固定到该线上以形成一种适当的磨料物品。值得注意地，将这些磨料颗粒包埋到该粘合层中的方法可以是一个分开的步骤，具体是与用于形成多个构成层(例如，粘合层以及涂覆层)的其他方法分开。
根据不同的实施方案，将磨料颗粒包埋到该粘合层中的方法可以包括一个压制过程，其中这些磨料颗粒被至少部分地包埋到该粘合层材料中，同时在两个或更多个压制表面之间穿过。例如，磨料颗粒可以在一个辊与另一个刚性形状(例如一个固定块、另一个辊、或类似物)之间穿过，并且压制到该粘合层中同时该线从中穿过。在一个方法中，可以采取在磨料颗粒中连续地覆盖这些压制的表面的表面的方式。在其他方法中，这些磨料颗粒可以被注入到与该磨料物品的线相邻的这些压制表面之间的区域内，使得这些磨料颗粒可以被固定在这些压制表面之间并且嵌入到该粘合层中。
如所展示的，这些磨料颗粒可以由一个浴在这些压制表面的至少一个的表面上提供，该浴包括在一种液体载体中的磨料颗粒的一种混合物。具体地，该液体载体可以具有一种化学作用以辅助形成这些磨料颗粒的一种适当的悬浮液，使得在该压制的表面上是一个基本上均匀的涂层以及特定浓度的磨料颗粒，这可以辅助形成一种具有受控的磨料颗粒分布以及浓度的磨料物品。将理解的是，在这些压制的表面与该浴之间的某些取向可以被用于适当地将该液体载体以及磨料颗粒递送到这些压制表面之间的区域并且附接到该线上。
该液体载体可以包含一个主要部分，该主要部分可以是一种有机材料，例如水或醇。此外，能以小的量值加入其他部分，例如稳定剂，它们还可以是有机组分，以有助于在该浴内以及这些压制表面上形成适当的悬浮液。某些方法可以利用包括十二烷基硫酸钠、聚乙二醇(PEG)、和/或异丙醇的一种液体载体。
这些磨料颗粒的材料可以是硬质的，并且因此适合用于一个研磨处理中。例如，这些磨料颗粒可以具有的莫氏硬度是至少约7，例如至少8、并且更典型地在至少约9的等级上。一些适合的材料可以包括：碳化物类、基于碳的材料(例如富勒烯)、氮化物类、氧化物类、硼化物类、和它们的组合，它们可以用作磨料颗粒。在某些情况下，这些磨料颗粒可以是超级磨料颗粒。例如，金刚石(天然的或合成的)、立方氮化硼、以及它们的一种组合。在一个具体实施方案中，这些磨料颗粒可以基本上由金刚石组成。
值得注意地，这些磨料颗粒的平均砂砾尺寸的尺寸分布可以进行改变，使得这些磨料颗粒是选自一个非高斯(non-Gaussian)的砂砾尺寸分布。例如，这些磨料颗粒可以选自一个特别宽的砂砾尺寸分布，该分布在一个宽的然而精确的砂砾尺寸范围内延伸。砂砾尺寸的范围可以在约1微米至约100微米之间进行选择，例如在10微米与约100微米之间，在15微米与100微米之间或甚至在20微米与100微米之间。此外，砂砾尺寸的范围可以更窄，例如在约20微米与约95微米之间，或者甚至在约20微米与约90微米之间。
宽的砂砾尺寸分布可以进一步以下面的实施为特征：该分布包括一个基本上均匀的存在的、跨过平均砂砾尺寸的范围的所有砂砾尺寸。例如，在分布内的任何两个砂砾尺寸之间的百分比变化(即，与具有不同的平均砂砾尺寸的磨料颗粒的百分比相比，具有一个平均砂砾尺寸的磨料颗粒的百分比)可以是不大于约25％。在某些情况下，该变化可以更小，例如不大于约20％，不大于约15％，不大于约12％，不大于约10％，或甚至不大于约8％。某些设计可以使用在该分部内的任何两个平均砂砾尺寸之间的平均砂砾尺寸存在下的一个百分比变化，其变化是在约2％与约25％之间，例如在约5％与约20％之间或在约5％与约15％之间。
对于一些磨料物品，选择的宽的砂砾尺寸分布可以通过在以下分布内的这些磨料颗粒的特定百分比来描述的，这些磨料颗粒是在一个平均砂砾尺寸范围内存在的。砂砾尺寸的范围可以通过一个平均砂砾尺寸的范围来限定，该范围从一个不连续的下限平均砂砾尺寸值到一个不连续的上限平均砂砾尺寸值而延伸。此处的物品可以利用一个宽的砂砾尺寸分布，其中磨料颗粒的总数的至少80％具有包含在一个砂砾尺寸范围内的一个平均砂砾尺寸，该砂砾尺寸范围跨过至少约25微米的平均砂砾尺寸。例如，磨料颗粒的总数的至少80％可以具有在一个范围内平均砂砾尺寸，该范围被定义为50微米的下限平均砂砾尺寸到75微米的上限平均砂砾尺寸。在其他情况下，砂砾尺寸的范围可以更宽，使得磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸在至少约30微米的砂砾尺寸范围内，至少约40微米，至少约50微米或甚至至少约60微米。
一些实施方案可以使用在宽的平均砂砾尺寸范围内一个更大百分比的磨料颗粒，例如磨料颗粒的总数的至少85％，至少约90％或甚至至少约95％具有的平均砂砾尺寸跨过至少约30微米，至少约40微米，或甚至至少约50微米的砂砾尺寸范围。仍然，此处的实施方案可以具有一个宽的砂砾尺寸分布，其中磨料颗粒的总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸包含在约30微米与约80微米之间的平均砂砾尺寸的范围内，例如在约30微米与约70微米之间，并且甚至在约30微米与约60微米之间。
对于磨料颗粒的选择而言其他类型的非高斯分布可以包括使用至少两个不同的平均砂砾尺寸的分布。一个此种分布可以是一种双峰的砂砾尺寸分布。在具体的情况下，可以适当的是选择至少一个砂砾尺寸，这个砂砾尺寸显著地大于另一个砂砾尺寸从而改进性能特征。如将要理解的，当形成这种选择的非高斯的砂砾尺寸分布时，可以使用更大的数目的模式，例如三个、四个或更多个。仍然，形成一个宽的砂砾尺寸分布可以不必包括对两个(或更多个)分开的砂砾尺寸进行选择并且组合，而是创造一个特定的宽的砂砾尺寸分布，该砂砾尺寸分布具有跨过了该分布的整个范围的、代表性砂砾尺寸的均匀性。
值得注意地，根据此处的实施方案的磨料物品可以利用一个特别宽的砂砾尺寸分布的、附接到该长形本体上的颗粒。如此处说明的，磨料颗粒的宽的砂砾尺寸分布可以不必通过选择单独的颗粒来形成，并且具体地可以通过形成方法而产生。即，压制方法的明细可以足以引起某一百分比的磨料颗粒的破裂和/或破坏，并且其中导致了比通过简单的单独分类方法而获得的一个更宽的砂砾尺寸分布。
在最终形成的磨料物品上磨料颗粒的一个特定浓度还可以用于改进的性能特征。例如，形成的过程可以是使得该磨料本体在粘合层中具有的平均磨料颗粒浓度为至少约0.02ct/m。在其他情况下，该平均磨料颗粒浓度可以更大，例如至少约0.05ct/m，至少约0.08ct/m，至少约0.10ct/m，或甚至至少约0.20ct/m。在具体的实施方案中，该磨料物品内的平均磨料颗粒的浓度可以在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内，例如在约0.02ct/m与约0.28ct/m之间，在约0.10ct/m与约0.28ct/m之间，在约0.10ct/m与约0.25ct/m或甚至在约0.15ct/m与约0.25ct/m之间。
对于某些物品，最终形成的磨料物品可以表现更大的磨料颗粒浓度，例如至少约20ct/m。即，对于某些磨料物品设计，磨料颗粒的浓度可以是至少约22ct/m，至少约24ct/m，或甚至至少约25ct/m。在某些示例性的物品中，磨料颗粒的浓度可以在约20ct/m与约30ct/m之间的范围内，例如在约22ct/m与约30ct/m之间，并且更特别是在约24ct/m与约28ct/m之间。
将这些磨料颗粒包埋到该粘合层中之后，可以形成一个覆盖该粘合层以及这些磨料颗粒的一部分的一个涂覆层。该涂覆层可以被形成为使得它直接地粘结到该粘合层的上表面以及在该粘合层之上延伸的磨料颗粒的暴露表面的部分上。典型地，该磨料物品被形成为使得该涂覆层在该粘合层的外表面区域以及这些磨料颗粒的部分上形成了一个连续的涂层。在一些情况下，该涂覆层可以完全地涂覆一些或所有的磨料颗粒。在其他磨料物品中，该涂覆层可以仅部分地覆盖这些磨料颗粒，使得这些磨料颗粒的一部分是暴露的并且在该涂覆层的外表面以上伸出。
该涂覆层可以通过一个沉积法施加。一种特别适当的沉积过程包括一个电镀过程，其中将该线平移穿过一个电镀机器。这样，该涂覆层可以由一种金属材料或一种金属合金形成。某些适当的金属可以包括过渡金属元素。例如，根据一个实施方案，该涂覆层包括镍，使得该涂覆层可以基本上是由镍形成的。基于镍的涂覆层的使用还可以利用基于镍的合金材料。这样，其他的金属元素，例如过渡金属元素，可以用在这种基于镍的合金组合物内作为合金化种类。
图1包括根据一个实施方案的磨料物品的截面图解。如所展示的，该磨料物品300包括一个长形本体301作为具有一个圆形截面的内芯物品。一个粘合层303包围该长形本体301，使得它基本上覆盖了该长形本体301的上表面306。
根据一个具体实施方案，该粘合层303可以被形成为具有至少约10微米的平均厚度。在其他情况下，该粘合层303可以是更坚固的，具有在至少约15微米的等级上的平均厚度，至少约20微米，或甚至至少约25微米。例如，该粘合层303可以具有的平均厚度在约10微米与约50微米之间的范围内，例如在约15微米与约50微米之间的范围内，或甚至更特别是在约20微米与约50微米之间的范围内。
任选地，该粘合层303可以在该粘合层303内结合一种填充剂309。该填充剂309可以包括一种磨料微粒以改进粘合层303的研磨能力以及磨损特征。然而，该填充剂309的磨料微粒可以显著地不同于磨料颗粒307，特别是就尺寸而言，使得在某些情况下该填充剂309可以具有一个平均颗粒尺寸，该平均颗粒尺寸显著小于磨料颗粒307的平均颗粒尺寸。即，填充剂309的磨料微粒可以具有的平均颗粒尺寸是小于最小的磨料颗粒307的平均砂砾尺寸的至少约2倍。实际上，该磨料微粒具有的平均颗粒尺寸可以是甚至更小的，例如在小于最小磨料颗粒307的平均砂砾尺寸的至少3倍的等级上，例如小于其至少约5倍，小于其至少约10倍，并且特别是小于其在约2倍与约10倍之间的范围内。
构成该粘合层303内的填充剂309的磨料微粒可以是由以下一种材料形成的：例如碳化物、基于碳的材料(例如富勒烯)、硼化物、氮化物、氧化物、以及它们的一种组合。在具体情况下，这些磨料微粒可以包括一种超级磨料材料，如金刚石、立方氮化硼、或它们的组合。将理解的是，填充剂309的磨料微粒可以是与磨料颗粒307的相同的材料。在其他情况下，填充剂309的磨料微粒可以包括一种与磨料颗粒307的材料不同的材料。
此处的某些磨料物品可以利用一个涂覆层305，该涂覆层覆盖了该粘合层303以及磨料颗粒307的部分并且具有不大于约15微米的平均厚度。在其他情况下，该涂覆层可以更薄，使得该平均厚度是不大于约10微米，例如不大于约8微米，不大于约5微米，并且特别是在约2微米与15微米之间的范围内，或在约1微米与约10微米之间，或甚至在约5微米与约10微米之间。
如在图1中进一步展示的，该涂覆层305可以包括一个任选的包含在该涂覆层305内的涂覆填充剂材料311。该涂覆填充剂材料311可以置于该涂覆层305内，使得基本上所有的涂覆填充剂材料311被涂覆层305的材料包围。值得注意地，该涂覆层填充剂311可以包括一种磨料微粒，该磨料微粒具有与粘合层303内的填充剂材料309的磨料微粒相同的特征。在具体实施方案中，构成了涂覆填充剂材料311的磨料微粒可以是与粘合层303内的填充剂材料309的磨料微粒相同的。仍然，在其他实施方案中，构成了涂覆填充剂材料311的磨料微粒可以是与粘合层303的填充剂材料309的磨料微粒不同的。
此处的磨料物品表现了特殊的性能特征。值得注意地，此处的磨料物品可以适合于用在穿过硬质的结晶材料的切片中，例如单晶蓝宝石以及类似物，尤其是用于可以被用在光伏器件中的单晶或多晶材料。例如，此处的磨料物品能以至少0.8mm/min的平均切割速度切割穿过总计为至少约200cm2的蓝宝石。实际上，某些物品已经展示了以至少0.8mm/min的最小切割速度来切割穿过更大量的蓝宝石的能力，例如至少约300cm2，或至少约400cm2。根据此处的实施方案的特定的磨料物品能够以0.8mm/min的最小速度在物品的可用寿命内切穿在约200cm2与约500cm2之间的蓝宝石，例如在约250cm2与约475之间、或更特别是在约300cm2与约450cm2之间的等级上。
在具体的情况下，根据此处的实施方案的磨料物品能够达到更快的、穿过显著量(在截面内测量的)的单晶蓝宝石的切割速度。例如，在一个实施方案中，该磨料物品可以以至少0.9mm/min，例如在至少约1mm/min，至少约1.2mm/min，至少约1.3mm/min，或甚至至少约1.4mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约400cm2的蓝宝石。具体实施方案可以具有穿过总计为至少400cm2的蓝宝石的为在约0.8mm/min与约1.5mm/min之间的一个切割速度，例如在约0.9mm/min与约1.5mm/min之间，并且甚至在约1mm/min与约1.4mm/min之间。
此外，此处的磨料物品表现出改进的切割寿命，尤其是穿过硬质的材料(例如蓝宝石)。例如，根据这些实施方案的某些磨料物品表现出至少约5小时的穿过蓝宝石的切割寿命(即，使用用于实际切割的线)。一些其他磨料物品已经显示了至少约8小时的切割寿命，如至少约10小时、至少约15小时、至少约18小时、或甚至至少约20小时。具体的实施方案可以具有在约5小时与25小时之间的范围内的切割寿命，例如在约10小时与25小时之间，或甚至在约15小时与25小时之间。
图4A-4B包括根据此处的实施方案的磨料物品的放大图像。图4A-4B各自展示了具有磨料颗粒403的磨料物品的部分，这些磨料颗粒通过涂覆层401附接到一根线的表面上。图2A的图像是根据此处的方法生产的一个磨料物品，具有0.06ct/m的平均磨料颗粒浓度。图2B的磨料物品也是根据此处描述的方法形成的，并且具有0.11ct/m的平均磨料颗粒浓度。如在对比中可见，图2B的磨料物品的平均磨料颗粒浓度是大于图2A的磨料物品的平均磨料颗粒浓度。
实例
以下的实例提供了在根据此处的实施方案形成的磨料物品与使用类似的方法形成的一种常规的线锯之间的对比。根据在此的实施方案形成一个第一样品(样品1)。所使用的线材料是标准的弹簧钢琴丝。将该线使用一种具有约40微米的平均厚度的铜粘合层材料在整个外表面上进行涂覆。然后将磨料颗粒包埋入到该线中。
对于包埋到该粘合层中选择的磨料颗粒的分布在图3中展示，并且在图4中提供了具有所选择的磨料颗粒的砂砾尺寸的一个代表性样品。值得注意地，这些磨料颗粒选自一个宽的砂砾尺寸范围，其中所有的磨料颗粒在20微米至93微米之间的平均砂砾尺寸范围内，这些磨料颗粒的约90％跨过了一个50微米范围的、在20微米与约70微米之间的砂砾尺寸，并且在该砂砾尺寸范围内的百分比变化是不大于在最少位于该分布内的平均砂砾尺寸(例如约90微米)与最多位于其内的平均砂砾尺寸(例如约42微米)之间的10％。
将样品1的磨料颗粒涂覆的线然后通过电镀法用一个材料涂覆层来涂覆。该涂覆层是一种基于镍的合金，具有的组成包括约98％的镍以及约2％的其他金属种类的涂层，以及其他材料。最终形成的研磨线具有的平均磨料颗粒浓度是0.11ct/m，其一部分在图2B中展示。
根据以上对于实例1指出的方法来形成一种第二样品(样品2)。样品2的最终形成的磨料物品被形成为具有的平均磨料颗粒浓度是0.06ct/m，其一部分在图2A中展示。
为了对比的目的获得了一种常规的线锯物品(样品1)，该物品被认为是通过将磨料颗粒滚压到一个线材料中而形成的。对这些磨料颗粒进行分析并且磨料颗粒的砂砾尺寸分布在图5中提供，并且在图6中提供了具有所选择的磨料颗粒的砂砾尺寸的一个代表性样品。如从图5的图表和图6的图像中可以看到的，颗粒尺寸分布非常窄，非常大部分的砂砾尺寸跨越了约30微米的砂砾尺寸范围，具有约32微米的标准平均值。该涂覆层由一种基于镍的合金材料形成并且磨料颗粒浓度计算是0.01ct/m。在图7中提供了常规的线锯材料的一部分的一个放大图像。
然后对样品1和2以及常规的样品，样品C1进行测试以比较某些性能特征。这些样品各自用来穿过2英寸(5.08cm)直径的单晶蓝宝石生坯进行切片。将每次成功地切穿一个蓝宝石生坯记录为“切割”并且对每个样品记录穿过该生坯进行切片的持续时间。然后将这些线中每根在8m/s的速度下在16N的负荷下运行。将这些样品中的每个进行运行直至该线失效，其中失效通过该线的断裂或不能切割穿过该蓝宝石生坯而发生。
图8提供了每个样品的性能曲线，其中曲线1001对应于样品1，曲线1002对应于样品2，并且曲线1003对应于样品C1。如所展示的，样品1和2展示了与样品C1相比一种改进的、穿过显著更大总量的蓝宝石材料进行切片的能力。实际上，样品1和2展示了一种与样品C1相比、穿过超过两倍多的总量的蓝宝石材料进行切割的能力。此外，样品1和2表现出对于第1-7次切割与样品C1相比更快的切割蓝宝石材料。总的来说，样品1能够以1.13mm/min的平均速度穿过426cm2的蓝宝石材料进行切片。对于同样总量的蓝宝石材料(426cm2)，样品2实现了0.85mm/min的平均速度。
以上内容包括对代表了偏离现有技术的磨料物品的一种描述。在此磨料物品是针对线锯研磨工具，这些研磨工具结合了长形本体构件以及一个涂覆层，这些构件具有通过一个金属粘合层固定到该长形本体上的磨料颗粒。具体地，此处的磨料物品可以适用于线锯应用中，特别是电子行业，包括对光伏器件中可以使用的单晶或多晶材料进行切片或分割。关于这个行业，应该指出一个特定的焦点是减小这些昂贵的先进材料的材料损失、减小切割时间以及由此成本，连同减小此种昂贵的材料的表面下的损害。此处的实施方案结合了多种特征的一种组合，这种组合包括：选择磨料颗粒砂砾尺寸的分布、某些粘合层以及涂覆层的材料和厚度、平均磨料颗粒浓度、以及还有在此描述的其他特征。
在上文中，提及的多个具体的实施方案以及某些组分的连接物是说明性的。这样，以上披露的主题应被认为不是限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真正范围内的所有此类变体、增进、以及其他实施方案。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可容许的最宽解释来确定，并且不应受以上的详细的说明的约束或限制。
披露的摘要是遵循专利权法而提供的，并且按以下理解而提交，即，它将不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在以上附图的详细说明中，为了使披露精简的目的而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施方案中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出要求的实施方案要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求所反映，发明的主题可以是针对少于任何披露的实施方案的全部特征。因此，以下的权利要求被结合在附图的详细说明之中，而每一项权利要求自身独立地限定了分别提出权利要求的主题。

Claims (67)

1.一种磨料物品，包括：
a)一个长形本体；
b)一个覆盖该长形本体的表面的粘合层；
c)包含在该粘合层中的磨料颗粒，其平均磨料颗粒浓度为在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内。
2.如权利要求1所述的磨料物品，其中该磨料本体包括在该粘合层中的、平均磨料颗粒浓度为在约0.02ct/m与约0.28ct/m之间的范围内的磨料颗粒。
3.如权利要求2所述的磨料物品，其中该磨料本体包括在该粘合层中的、平均磨料颗粒浓度为在约0.10ct/m与约0.28ct/m之间的范围内的磨料颗粒。
4.如权利要求3所述的磨料物品，其中该磨料本体包括在该粘合层中的、平均磨料颗粒浓度为在约0.10ct/m与约0.25ct/m之间的范围内。
5.如权利要求1和2中的任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒是选自一个非高斯的砂砾尺寸分布。
6.如权利要求1、2和5中的任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒是选自一个宽的砂砾尺寸分布，该宽的砂砾尺寸分布包括在约1微米至约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
7.如权利要求6所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约10微米与约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
8.如权利要求7所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约15微米与约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
9.如权利要求8所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约20微米与约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
10.如权利要求9所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约20微米与约95微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
11.如权利要求10所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约20微米与约90微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
12.如权利要求1、2、5和6中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约25微米的砂砾尺寸范围内的。
13.如权利要求12所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
14.如权利要求13所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约40微米的砂砾尺寸范围内的。
15.如权利要求12所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少85％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
16.如权利要求15所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少90％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
17.如权利要求16所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少90％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约40微米的砂砾尺寸范围内的。
18.如权利要求12所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米之间的砂砾尺寸范围内的。
19.如权利要求18所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸是包含在约30微米与约80微米之间的砂砾尺寸范围内的。
20.如权利要求19所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸是包含在约30微米与约70微米之间的砂砾尺寸范围内的。
21.如权利要求20所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸是包含在约30微米与约60微米之间的砂砾尺寸范围内的。
22.如权利要求1、2、5、6和12中的任一项所述的磨料物品，进一步包括一个覆盖了该粘合层以及这些磨料颗粒的部分的涂覆层。
23.如权利要求22所述的磨料物品，其中该涂覆层包括一种金属。
24.如权利要求23所述的磨料物品，其中该涂覆层包括一种过渡金属元素。
25.如权利要求24所述的磨料物品，其中该涂覆层包括镍。
26.一种磨料物品，包括：
a)一个长形本体；
b)一个覆盖该长形本体的表面的粘合层；
c)包含在该粘合层内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒是选自一个宽的砂砾尺寸分布，其中在约1微米至约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上该磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
27.如权利要求26所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约10微米与约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
28.如权利要求27所述的磨料物品，其中该宽的砂砾尺寸分布包括在约20微米与约90微米之间的平均砂砾尺寸范围上的磨料颗粒。
29.如权利要求26和27中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约25微米的砂砾尺寸范围内的。
30.如权利要求29所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少90％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
31.如权利要求30所述的磨料物品，其中该磨料颗粒总数的至少95％具有的平均砂砾尺寸是包含在约30微米与约80微米之间的砂砾尺寸范围内的。
32.如权利要求26、27和29中的任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒的一部分从一个涂覆层的上表面上凸出，该涂覆层覆盖了该粘合层以及这些磨料的一部分，并且其中该磨料物品包括在磨料颗粒之间至少5％的磨料颗粒凸出变化。
33.如权利要求26、27、29和32中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料本体包括在该粘合层中的、平均磨料颗粒浓度为在约0.2ct/m与约0.30ct/m之间的范围内。
34.一种磨料物品，包括：
a)一个长形本体；
b)一个覆盖该长形本体的表面的粘合层；
c)包含在该粘合层内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒是选自一个宽的砂砾尺寸分布，其中在平均砂砾尺寸为约1微米至约100微米之间的范围上该磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的，并且其中这些磨料颗粒包含在该粘合层内，其平均磨料颗粒浓度为约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内。
35.如权利要求34所述的磨料物品，其中该长形本体包括沿着一条纵向轴线延伸的为至少约1km的长度。
36.如权利要求44所述的磨料物品，其中该长形本体包括至少约10km的长度。
37.如权利要求34和35中的任一项所述的磨料物品，其中其平均直径是在大约80微米与大约400微米之间的范围内。
38.如权利要求34、35和37中的任一项所述的磨料物品，其中该粘合层包括一种过渡金属。
39.如权利要求38所述的磨料物品，其中该粘合层包括铜。
40.如权利要求39所述的磨料物品，其中该粘合层包括一种基于铜的金属合金。
41.如权利要求34、35、37、和38中的任一项所述的磨料物品，其中该长形本体的表面基本上被该粘合层所覆盖。
42.如权利要求34、35、37、38和41中的任一项所述的磨料物品，其中该粘合层包括在约10微米与约50微米之间的范围内的平均厚度。
43.如权利要求34、35、37、38、41和42中的任一项所述的磨料物品，其中该粘合层包括一种填充剂。
44.如权利要求43所述的磨料物品，其中该填充剂包括一种磨料微粒。
45.如权利要求44所述的磨料物品，其中该磨料微粒包括的平均颗粒尺寸是基本上小于这些磨料颗粒的平均砂砾尺寸的。
46.如权利要求34、35、37、38、41、42和43中的任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒的一部分被包埋在该粘合层中。
47.如权利要求34、35、37、38、41、42、43和46中的任一项所述的磨料物品，进一步包括一个涂覆层，该涂覆层包括覆盖了该粘合层以及这些磨料颗粒的一部分的金属。
48.如权利要求47所述的磨料物品，其中，该涂覆层包括不大于约10微米的平均厚度。
49.如权利要求48所述的磨料物品，其中该涂覆层包括在约1微米与约10微米之间的范围内的平均厚度。
50.如权利要求47所述的磨料物品，其中该涂覆层包括一种涂覆填充剂材料。
51.如权利要求50所述的磨料物品，其中该涂覆填充剂材料包含一种磨料微粒。
52.一种磨料物品，包括：
a)一个长形本体；
b)一个覆盖该长形本体的表面的粘合层；以及
c)包含在该粘合层内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包含在该粘合层中的平均磨料颗粒浓度是在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间的范围内，并且其中该磨料物品能够以至少0.8mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约200cm2的蓝宝石。
53.如权利要求52所述的磨料物品，其中该磨料物品具有至少5小时的切割寿命。
54.如权利要求53所述的磨料物品，其中该磨料物品具有至少约10小时的切割寿命。
55.如权利要求52和53中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料物品具有在约5小时与约25小时之间的切割寿命。
56.如权利要求52、53、和55中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料物品能以至少0.8mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约300cm2的蓝宝石。
57.如权利要求56所述的磨料物品，其中该磨料物品能以至少0.8mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约400cm2的蓝宝石。
58.如权利要求57所述的磨料物品，其中该磨料物品能以至少0.9mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约400cm2的蓝宝石。
59.如权利要求52、53、55和56中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料物品能以至少1mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约400cm2的蓝宝石。
60.如权利要求52、53、55、56和59中的任一项所述的磨料物品，其中该磨料物品能以约0.8mm/min与1.5mm/min之间的范围内的平均切割速度来切割穿过总计为至少约400cm2的蓝宝石。
61.如权利要求52、53、55、56、59、和60中的任一项所述的磨料物品，其中该蓝宝石是一种单晶蓝宝石。
62.如权利要求52、53、55、56、59、60、和61中的任一项所述的磨料物品，其中该长形本体是一种线材。
63.一种切割蓝宝石的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供一个磨料物品，该磨料物品具有一个长形本体以及固定到该长形本体上的磨料颗粒；
(b)提供一个蓝宝石物品；并且
(c)使用该磨料物品以至少0.8mm/min的平均切割速度来切割穿过总计为至少约200cm2的蓝宝石物品。
64.如权利要求63所述的方法，其中该蓝宝石物品是一种单晶蓝宝石。
65.如权利要求63和64中的任一项所述的方法，其中这些被固定的磨料颗粒存在的平均磨料颗粒浓度是在约0.02ct/m与约0.30ct/m之间范围内。
66.如权利要求63和64中的任一项所述的方法，其中这些磨料颗粒是选自一个宽的砂砾尺寸分布，其中在约1微米至约100微米之间的平均砂砾尺寸范围上该磨料颗粒的总数的至少80％具有的平均砂砾尺寸是包含在至少约30微米的砂砾尺寸范围内的。
67.如权利要求63和64中的任一项所述的方法，其中该长形本体是一种线材。
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