CN103144209B - 一种金刚石线锯及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种金刚石线锯，包括线锯内芯，所述线锯内芯由两股以上金属丝相互捻合形成，所述线锯内芯表面镀覆有金属层，所述金属层表面固结有磨粒，所述磨粒为金刚石颗粒、其它耐磨材料颗粒、或金刚石颗粒与其它耐磨材料颗粒的混合物。本发明创造提供的金刚石线锯连续生产工艺，具有流程合理、良品率高、可连续生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石线锯及其生产工艺。
背景技术
金刚石线锯，简称金刚线，是在表面固结一层金刚石磨料微粒的高强度切割钢丝，用于切割单晶/多晶硅、蓝宝石、砷化镓、磁性材料、水晶等硬脆材料。相对于传统的游离砂浆切割方式，金刚线切割技术是革命性的进步。金刚线切割工艺已经在日本90％以上用户普及使用，在欧美20％以上用户使用。目前国内市场上的金刚线主要被国外公司垄断，在太阳能硅材料切割用的金刚线市场上，中国制造尚处于空白状态，国内太阳能硅材料切割用的金刚线基本全部采用进口，对外依存度很高，严重制约我国太阳能产能最大化的进一步发展。加紧研发和制造具有我国自主知识产权的金刚线，打破全靠进口采购的局面，为国内用户提供质优价廉的金刚线成发展关键。
与传统的钢线和砂浆切割方式相比，金刚线切割具有诸多优点：可实现高速切割，环保生产，成本低廉等等，而且与国外同类型产品相比具有明显的性价比优势。高速切割是针对传统的砂浆切割方式而言，速度是该传统工艺切割的2-3倍，能够使用户降低采购设备成本，同时也能使用户能够承接较大的订货量。环保生产也是针对传统的砂浆切割方式而言，传统工艺切割环境恶劣，不环保，且大量的砂浆需要回收处理，耗用大量的人力和财力成本，而金刚线切割工艺却无须砂浆，只需要水或是水基冷却清洁液就可以，真正实现了环保生产和制造。
当下采用传统钢线切割还属于主流，但随着对生产技术要求不断提高，传统钢线已经大大制约了生产发展，新型切割线面世显得尤为重要，而金刚石切割线研制成功就很好解决了这个问题。金刚线与由游离磨料进行线切割的加工技术相比，其优势非常明显，主要体现在以下方面：
1)效率高、寿命长，切割精度高，硅片质量好。
2)用金刚线替代碳化硅磨料，将更容易回收废渣中的多晶硅。据统计，约有40％的多晶硅没有得到利用，浪费在废渣中，难以与碳化硅分离。若采用金刚线切割，可以利用燃烧的方式分离并循环利用多晶硅。
3)可使用水溶性冷却液，废渣废料少更加环保。
4)加工件表面损伤小、挠曲变形小，切片薄、片厚一致性好，能切割大尺寸硅锭等。
5)综合成本可降低30％。
目前常规金刚石线锯为单股钢丝外覆金刚石磨粒，采用此种结构的金刚石线锯比起传统砂浆切割已有了巨大的进步，但是由于其磨粒直径小，相应容屑空间也较小，同时使得切割线载液能力差，从而尤其是对大尺寸材料进行切割时易导致材料中部区域冷却不足，不能充分发挥金刚石线锯的切割能力，此外同等外径单股金刚线韧性较多股金刚线差很多，因而在锯切力作用下易发生脆断。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种金刚石线锯，包括线锯内芯，所述线锯内芯由两股以上金属丝相互捻合形成，所述线锯内芯表面镀覆有金属层，所述金属层表面固结有磨粒。
优选地，所述磨粒为金刚石颗粒、其它耐磨材料颗粒、或金刚石颗粒与其它耐磨材料颗粒的混合物。
优选地，所述金属层厚度为0.1～100μm，所述各股金属丝之间的捻距为0.5～5mm，所述金属丝直径分别为50－200μm，所述线锯内芯外径为100～600μm。
优选地，所述线锯内芯由三股材料相同且直径相等的金属丝相互捻合形成。
优选地，所述金属层为镍或铜。
优选地，所述硬质颗粒为金刚石颗粒、氮化硼颗粒、氮化硅颗粒、碳化硼颗粒、碳化硅颗粒、刚玉颗粒、碳化钨颗粒其中一种或几种的混合物，所述磨粒的粒径为5～60μm。
优选地，所述磨粒均匀分布在所述金属层表面且呈单层排列。
优选地，所述磨粒的形状与粒径相似，所述磨粒间距为磨粒等效圆直径的1－10倍。
优选地，所述金属层为纯镍或镍合金镀层，其上埋覆有所述磨粒，所述金属层厚度为所述磨粒等效圆直径的1/3－2/3。
本发明创造提供的金刚石线锯，具有如下优点：
1、由两股以上金属丝相互捻合形成，韧性更高；
2、具有绞合结构，从而形成容屑槽，增强了载液能力，具有更好的冷却效果；
3、增强容屑空间与冷却效果，获得了更高切割速度；
4、改善被切割材料表面质量。
本发明创造同时提供了一种金刚石线锯的连续生产工艺，包括如下步骤：
(1)成绳：将两股以上高强度金属丝合股捻制成内芯线；
(2)脱脂：将内芯线进行化学或电化学脱脂；
(3)除锈：将脱脂后的内芯线通过酸性溶液进行化学或电化学处理，中和内芯线表面碱性，去除氧化层及钝化层，活化内芯线表面；
(4)表面处理：将除锈后的内芯线在接通直流电源阴极的情况下高速通过镀镍液或镀铜液，形成金属层，包覆固结各股金属丝，形成金属绳；
(5)附着：将磨粒通过电化学共沉积附着在金属层表面，并调整磨粒的密度与分布；
(6)固结：将附着有磨粒的金属绳在接通直流电源阴极的情况下，通过镀镍溶液，将磨粒埋覆在金属层内，并调整磨粒的埋入深度；
(7)后处理：将固结后的金属绳加热烘干，消除镀层应力。
本发明创造提供的金刚石线锯连续生产工艺，具有流程合理、良品率高、可连续生产的优点。
附图说明
图1为本发明所述的金刚石线锯的整体结构示意图。
附图中分述标记如下：1、内芯；2、金属层；3、磨粒；4、金属层。
具体实施方式
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、化合物未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示，本发明创造提供的金刚石线锯，包括线锯内芯1，线锯内芯1由两股以上金属丝相互捻合形成，线锯内1芯表面镀覆有金属层2，金属层2表面固结有磨粒3。
线锯内芯1由两股以上金属丝相互捻合形成，增强了线锯内芯1本身的柔韧性；捻合形成的线锯内芯1，天然具有绞合结构，从而形成容屑槽，增强容屑空间与冷却效果，可以使得金刚石线锯获得更高切割速度。
线锯内芯1由两股以上金属丝相互捻合形成，捻向可右旋或左旋(S或Z向)，捻距为0.5－5.0mm之间，所用金属丝直径在50－200μm，各股金属丝可相同或不同，所形成的线锯内芯1外径为100－600μm。优选由三股同样直径的金属丝捻合而成的线锯内芯1。
在线锯内芯1表面镀覆一层镍或铜金属层2，其厚度为0.1－10μm。优选镀覆一层镍金属，可增强与后续镀层的晶格匹配，从而增强结合力。
可通过悬砂法或埋砂法电化学固定金刚石颗粒或金刚石与其它硬质颗粒的混合物，如金刚石+碳化硅、金刚石+刚玉、金刚石+碳化钨等；金刚石及其它硬质颗粒的粒径为5－60μm，表面可金属化或不金属化。优选采用形状与粒径都均一的磨粒3，以获得更佳切割表面。
本发明所述的混合磨粒3，其在线锯内芯1表面均匀分布，磨粒3在芯线绳表面单层排列，磨粒3间距为磨粒等效圆直径的1－10倍。
采用纯镍或镍合金镀层埋覆磨粒3，固结金属层4厚度优选磨粒3直径的1/3－2/3。
一种金刚石线锯的连续生产工艺，包括如下步骤：
(1)成绳：将两股以上高强度金属丝合股捻制成内芯线；
(2)脱脂：将内芯线进行化学或电化学脱脂；
(3)除锈：将脱脂后的内芯线通过酸性溶液进行化学或电化学处理，中和内芯线表面碱性，去除氧化层及钝化层，活化内芯线表面；
(4)表面处理：将除锈后的内芯线在接通直流电源阴极的情况下高速通过镀镍液或镀铜液，形成金属层，包覆固结各股金属丝，形成金属绳；
(5)附着：将磨粒通过电化学共沉积附着在金属层表面，并调整磨粒的密度与分布；
(6)固结：将附着有磨粒的金属绳在接通直流电源阴极的情况下，通过镀镍溶液，将磨粒埋覆在金属层内，并调整磨粒的埋入深度；
(7)后处理：将固结后的金属绳加热烘干，消除镀层应力。
优选地，(1)成绳：将两股以上高强度金属丝合股捻制成特定规格的细金属绳状芯线。
优选地，(2)脱脂：将细金属绳状芯线通过一定温度的碱性脱脂液中进行化学或电化学脱脂，除去表面油污及拉拔润滑剂。
优选地，(3)除锈：将细金属绳状芯线通过一定温度的酸性溶液中进行化学或电化学处理，中和芯线表面碱性，并去除氧化层及钝化层从而活化表面。
优选地，(4)表面处理：将表面洁净的金属绳状芯线接通直流电源阴极，高速通过镀镍液或镀铜液，施加电流后金属绳表面沉积金属镀层并将各股细丝包覆固结，避免后续使用过程中细丝之间发生滑移或松散，减少对磨粒固结层的损伤并增强基体与后续镀层之间的结合力。
优选地，(5)附着：通过电化学共沉积技术，将磨粒(主要为金刚石颗粒)附着在金属绳表面，通过调节金属绳走速、电流、磨粒浓度、pH值、磨粒表面活化程度、温度、搅拌等参数来调整磨粒的密度与分布。
优选地，(6)固结：将附着有磨粒的金属绳，接通直流电源阴极，并通过镀镍溶液，施加电流后金属绳表面沉积镍层将磨粒埋覆，通过调节金属绳走速与电流大小来调整磨粒埋入深度。
优选地，(7)后处理：将金属绳通过加热装置，烘干并消除镀层应力。
优选地，还包括收线步骤，以规定的张力、排线间距将所得绞合金刚石线锯绕在制定工字轮上即得成品线锯。
在生产的过程中，要进行品质检测，通过在线品质检测仪器对产品质量进行全程监控。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种金刚石线锯，其特征在于，包括线锯内芯，所述线锯内芯由两股以上金属丝相互捻合形成，所述线锯内芯表面镀覆有金属层，所述金属层表面固结有磨粒；
所述磨粒的形状与粒径相似，所述磨粒间距为磨粒等效圆直径的1－10倍；
所述金属层厚度为所述磨粒等效圆直径的1/3－2/3；
所述金刚石线锯的连续生产工艺包括如下步骤：
(1)成绳：将两股以上高强度金属丝合股捻制成内芯线；
(2)脱脂：将内芯线进行化学或电化学脱脂；
(3)除锈：将脱脂后的内芯线通过酸性溶液进行化学或电化学处理，中和内芯线表面碱性，去除氧化层及钝化层，活化内芯线表面；
(4)表面处理：将除锈后的内芯线在接通直流电源阴极的情况下高速通过镀镍液或镀铜液，形成金属层，包覆固结各股金属丝，形成金属绳；
(5)附着：将磨粒通过电化学共沉积附着在金属层表面，并调整磨粒的密度与分布；
(6)固结：将附着有磨粒的金属绳在接通直流电源阴极的情况下，通过镀镍溶液，将磨粒埋覆在金属层内，并调整磨粒的埋入深度；
(7)后处理：将固结后的金属绳加热烘干，消除镀层应力。
2.根据权利要求1所述的金刚石线锯，其特征在于，所述磨粒为金刚石颗粒、其它耐磨材料颗粒、或金刚石颗粒与其它耐磨材料颗粒的混合物。
3.根据权利要求2所述的金刚石线锯，其特征在于，所述金属层厚度为0.1～100μm，所述金属丝之间的捻距为0.5～5mm，所述金属丝直径分别为50－200μm，所述线锯内芯外径为100～600μm。
4.根据权利要求3所述的金刚石线锯，其特征在于，所述线锯内芯由三股材料相同且直径相等的金属丝相互捻合形成。
5.根据权利要求4所述的金刚石线锯，其特征在于，所述金属层为镍或铜。
6.根据权利要求5所述的金刚石线锯，其特征在于，所述磨粒为金刚石颗粒、氮化硼颗粒、氮化硅颗粒、碳化硼颗粒、碳化硅颗粒、刚玉颗粒、碳化钨颗粒其中一种或几种的混合物，所述磨粒的粒径为5～60μm。
7.根据权利要求6所述的金刚石线锯，其特征在于，所述磨粒均匀分布在所述金属层表面且呈单层排列。
8.根据权利要求7所述的金刚石线锯，其特征在于，所述金属层为纯镍或镍合金镀层，其上埋覆有所述磨粒。
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