CN104908166A - 环形超硬磨料线及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形超硬磨料线及其制作方法。所述环形超硬磨料线的基体为丝绳，该丝绳首尾相接形成环状，超硬磨料颗粒均匀固结于所述丝绳表面而成为超硬磨料层，超硬磨料层为单颗粒厚度层，丝绳包括一芯线以及以螺旋缠绕于芯线上的一股股线，芯线的首尾连接形成环状，缠绕于芯线上的股线的长度为满足其在所述芯线上缠绕6圈的长度，股线在芯线上缠绕6圈后其首尾连接，股线的接头位于芯线连接点的一侧。本发明所述环形超硬磨料线不仅切缝窄、效率高、切割表面质量好，而且具有更高的抗疲劳强度。
Description
技术领域
本发明涉及贵重金属、半导体和非导体切割工具，具体是一种环形超硬磨料线及其制作方法。
背景技术
硅材料、蓝宝石、陶瓷等脆硬材料硬度高，脆性大，切割过程中容易产生崩碎损坏，造成材料的损伤，降低成品率，因此这些材料很难采用普通的加工方法切割。传统的半导体材料，陶瓷材料切割通常采用金刚石内圆、外圆切割技术，金刚石带锯。随着半导体行业的发展，单晶硅锭的直径越来越大，现已达到450毫米，多晶硅锭也有800毫米。目前主要采用带锯切割截断、切方，切割效率高，但切缝宽，切割表面不平整。
基于上述问题，金刚石线锯逐步产生，此技术是将金刚石通过树脂、电沉积、冲压等方式固结在钢丝表面而成为金刚石线锯。具体运用中，金刚石线锯在切割作业时存在切缝宽，效率低，切割表面质量差等问题。
本申请人之前申请的公开号为CN102873401A的发明专利公开了一种环形超硬磨料线以及该环形超硬磨料线的制作方法，所述的环形超硬磨料线包括0.1mm～6mm的丝绳，和被固结在丝绳表面的超硬磨料颗粒和固结超硬磨料颗粒所使用的涂覆层，所述丝绳为捻制于芯线上的六股金属细丝(规格1×7)，丝绳的两端芯线连接，两端股线对应编织焊接在一起形成环形丝绳，各股线的接头均分设于芯线接点两侧，或各股线接头均分设于芯线接点一侧。其制作方法是：先将细丝绳编制成任意周长的环形，再通过涂覆的方法将超硬磨料颗粒固结在环形丝绳表面，即得到环形超硬磨料线。该发明所述环形超硬磨料线较好地解决当时现有技术中存在的切缝宽、效率低，切割表面质量差的问题，但是，由于该发明所述环形超硬磨料线是在芯线上纺织焊接多股股线形成，这必然导致所形成的丝绳上具有多个连接点(有多少股股线即会有多少个连接点产生)，然而，当一个环形超硬磨料线上存在越多的连接点时，该环形超硬磨料线的抗疲劳强度就越低。当其中任意一条股线出线断列时均会导致该环形超硬磨料线使用寿命的终止。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种切缝窄、效率高、切割表面质量好且抗疲劳强度高的环形超硬磨料线及其制作方法。
本发明所述的环形超硬磨料线，其基体为丝绳，所述丝绳首尾相接形成环状，超硬磨料颗粒均匀固结于所述丝绳表面而成为超硬磨料层，所述超硬磨料层为单颗粒厚度层，与现有技术不同的是：所述丝绳包括一芯线以及以螺旋方式缠绕于该芯线上的一股股线，所述芯线的首尾连接形成环状，缠绕于所述芯线上的股线的长度为满足其在所述芯线上缠绕6圈的长度，所述股线在所述芯线上缠绕6圈后其首尾连接，所述股线的接头位于芯线连接点的一侧；其中，所述股线在所述芯线上缠绕6圈是指以芯线为轴，将股线的首端从芯线上的某一处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线上的该处时计为一圈，如此重复，直至股线在芯线上缠绕6圈。
本发明采用一根足够长的股线以芯线为轴缠绕6圈所制得的基体只有2个连接点(其中一个为股线的接头，另一个为芯线的连接点)，与现有技术相比，在保证所得环形超硬磨料线切缝窄、效率高、切割表面质量好的同时大大减少了连接点的个数，有效提高了采用该基体为基础制得的环形超硬磨料线的抗疲劳强度，即有效提高了所得环形超硬磨料线的使用寿命。另一方面，将股线的接头设置于芯线的连接点的一侧(即股线的接头与芯线的连接点不相重合)，进一步地提高了制得的环形超硬磨料线的抗疲劳强度。
本发明所述技术方案中，为了使所得环形超硬磨料线获得最高的抗疲劳强度，优选是将股线的首端从芯线的中点处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线的中点时计为一圈。
本发明所述技术方案中，在股线以螺旋方式缠绕于芯线上时，所述股线每绕芯线旋转一周定义为一节股线，同一圈中相邻两节股线的外周壁相接触，顺序排列，但不相互压叠；股线缠绕于芯线上6圈后，相邻两圈股线的外周壁相接触、顺序排列。
上述技术方案中，所述超硬磨料颗粒的种类及粒径的选择均与现有技术相同。具体地，所超硬磨料颗粒的种类可以是选自带有金属涂覆层的金刚石、立方氮化硼和B6O中的一种或任意两种以上的组合；当超硬磨料颗粒的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述金属涂覆层的厚度与现有技术相同，具体可以是1μm～10μm，涂覆层中的金属包括金、银、镍、锌、铅、铜、锡、钛、钽、铬和锆中的一种或两种以上，还可以包括前述各项金属的合金。所述超硬磨料颗粒的粒径可以是5μm～500μm。
上述技术方案中，所述的超硬磨料层可以是连续层或断续层。通常情况下，所述超硬磨料颗粒被埋入超硬磨料层的深度为超硬磨料颗粒粒径的1/3～2/3。
上述技术方案中，所述的股线与现有技术相同，具体可以是金属细丝或非金属细丝。所述的非金属细丝可以是天然纤维或合成纤维材料做成的线，更具体地，可以是采用现有碳纤维、尼龙、芳纶、聚酯、棉纶或玻璃制成的线。优选采用直径为0.01mm～1mm的金属细丝或非金属细丝。所述股线的长度为只要能够缠绕所述芯线6圈即可，一般来说，所述股线的长度通常为芯线长度的6～6.5倍，或者是芯线长度的6.5倍以上，在缠绕6圈后，如股线还有较长的截余量，则需要裁断相应的截余量，使股线的首尾两端能够连接即可。
上述技术方案中，所述的基体丝绳具体可以是直径为0.1mm～6mm的丝绳。
上述环形超硬磨料线的制作方法，包括以下步骤：
1)取所需长度的芯线，将芯线的首尾两端连接，打磨连接点到原有芯线的直径；然后取一条长度满足其在所述芯线上缠绕6圈的股线，以芯线为轴，将股线的首端从芯线上的某一处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线上的该处时计为一圈，如此重复，直至股线在芯线上缠绕6圈后，将股线的首尾两端连接，此时，所述股线的接头位于芯线连接点的一侧，得到环状丝绳；
2)对环形丝绳的表面进行处理；
3)将超硬磨料颗粒固结于环形丝绳表面以形成超硬磨料层，得到所述的环形超硬磨料线。
上述制作方法的步骤1)中，所述的基体丝绳具体可以是直径为0.1mm～6mm的丝绳。所述的股线与现有技术相同，具体可以是金属细丝或非金属细丝。所述的非金属细丝可以是天然纤维或合成纤维材料做成的线，更具体地，可以是采用现有碳纤维、尼龙、芳纶、聚酯、棉纶或玻璃制成的线。优选采用直径为0.01mm～1mm的金属细丝或非金属细丝。在股线以螺旋方式缠绕于芯线上时，同一圈中相邻两节股线的外周壁相接触，顺序排列，但不相互压叠；股线缠绕于芯线上6圈后，相邻两圈股线的外周壁相接触、顺序排列。
上述制作方法的步骤1)中，为了使所得环形超硬磨料线获得最高的抗疲劳强度，优选是将股线的首端从芯线的中点处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线的中点时计为一圈。
上述制作方法的步骤2)中，所述对环形丝绳的表面进行处理与现有技术相同，通常是进行常规的除油、除锈、活化及冲击镍等处理。
上述制作方法的步骤3)中，所述超硬磨料颗粒的种类及粒径的选择均与现有技术相同。具体地，所超硬磨料颗粒的种类可以是选自带有金属涂覆层的金刚石、立方氮化硼和B6O中的一种或任意两种以上的组合；当超硬磨料颗粒的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述金属涂覆层的厚度与现有技术相同，具体可以是1μm～10μm，涂覆层中的金属包括金、银、镍、锌、铅、铜、锡、钛、钽、铬和锆中的一种或两种以上，还可以包括前述各项金属的合金。所述超硬磨料颗粒的粒径可以是5μm～500μm。
上述制作方法的步骤3)中，所述固结方式为钎焊、电沉积、涂覆或烧结。当丝绳结构中的股线为非金属细丝，且选择采用电沉积的方式将超硬磨料颗粒固结于丝绳上时，在电沉积前最好先对丝绳进行常规的化学镀处理。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、本发明采用一根足够长的股线以芯线为轴缠绕6圈所制得的基体只有2个连接点(其中一个为股线的连接点，另一个为芯线的连接点)，与现有技术相比，在保证所得环形超硬磨料线切缝窄、效率高、切割表面质量好的同时大大减少了连接点的个数，有效提高了采用该基体为基础制得的环形超硬磨料线的抗疲劳强度，即有效提高了所得环形超硬磨料线的使用寿命。另一方面，将股线的接头设置于芯线的连接点的一侧(即股线的接头与芯线的连接点不相重合)，进一步地提高了制得的环形超硬磨料线的抗疲劳强度。
2、使用本发明所述的环形超硬磨料线，结合环形线切割机可切割贵重金属、导体、半导体、非导体材料。
附图说明
图1为本发明所述环形超硬磨料线一种实施方式的结构示意图，显示为连续的超硬磨料层；
图2为图1所示实施方式的截面示意图；
图3为在制作本发明所述环形超硬磨料线时所述股线缠绕于芯线上的示意图。
图中标号为：
1环形超硬磨料线；2芯线；3股线；4超硬磨料颗粒；5超硬磨料层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容。
本发明所述的环形超硬磨料线1，其基体为直径为0.1mm～6mm的丝绳，所述丝绳包括一芯线2以及以螺旋方式缠绕于该芯线2上的一股股线3(即1×1绳)，所述芯线2的首尾连接形成环状，缠绕于所述芯线2上的股线3的长度为满足其在所述芯线2上缠绕6圈的长度，所述股线3在所述芯线2上缠绕6圈后其首尾连接形成环形丝绳(所述股线3的接头位于芯线2连接点的一侧)；其中，所述股线3在所述芯线2上缠绕6圈是指以芯线2为轴，将股线3的首端从芯线2上的某一处(该处不是芯线2的连接点，优选从芯线2的中点处开始缠绕)开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线2上的该处时计为一圈，如此重复，直至股线3在芯线2上缠绕6圈；在同一圈中相邻两节股线3的外周壁相互接触且顺序排列，而且不相互压叠；股线3缠绕于芯线2上6圈后，相邻两圈股线3的外周壁相互接触，顺序排列，同时上一圈中的股线3与该圈相邻的下一圈股线3不存在穿插、卡接的现象。超硬磨料颗粒4均匀固结于所述丝绳表面而成为超硬磨料层5，所述超硬磨料层5为单颗粒厚度层，所述超硬磨料层5为连续层(如图1所示)，也可以是断续层。
上述技术方案中，所述超硬磨料颗粒4的种类及粒径的选择均与现有技术相同。具体地，所超硬磨料颗粒4的种类可以是选自带有金属涂覆层的金刚石、立方氮化硼和B6O中的一种或任意两种以上的组合；当超硬磨料颗粒4的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述金属涂覆层的厚度与现有技术相同，具体可以是1μm～10μm，涂覆层中的金属包括金、银、镍、锌、铅、铜、锡、钛、钽、铬和锆中的一种或两种以上，还可以包括前述各项金属的合金。所述超硬磨料颗粒4的粒径可以是5μm～500μm。
上述技术方案中，所述超硬磨料颗粒4被埋入超硬磨料层5的深度为超硬磨料颗粒4粒径的1/3～2/3。
上述技术方案中，所述的股线3与现有技术相同，具体可以是金属细丝或非金属细丝。所述的非金属细丝可以是天然纤维或合成纤维材料做成的线，更具体地，可以是采用现有碳纤维、尼龙、芳纶、聚酯、棉纶或玻璃制成的线。优选采用直径为0.01mm～1mm的金属细丝或非金属细丝。
上述技术方案中，所选用的金属细丝或非金属细丝作为股线3制成的丝绳包含国际钢丝绳标准所规定的所有规范。
图1为本发明所述环形超硬磨料线1一种实施方式的结构示意图，在图1所示的实施方式中，所述股线3从芯线2的中点处开始缠绕，环形超硬磨料线1的基体为直径为1.5mm的丝绳，构成丝绳的芯线2直径为0.5mm，股线3为碳纤维制成的非金属丝，其直径为0.5mm，股线3的长度为芯线2长度的6倍。采用的超硬磨料颗粒4的种类为带有镍涂覆层(镍涂覆层厚度为2μm～5μm)的金刚石，其粒径为100μm～200μm，所述超硬磨料颗粒4被埋入超硬磨料层5的深度为超硬磨料颗粒4粒径的1/3～2/3，如图2所示。图1中，以330、320和310代表在同一圈中相邻的三节股线3，这三节股线3顺序排列且不相压叠，其中320节股线3的外周壁与其左侧相邻的330节股线3的外周壁相互接触，并与其右侧的310节股线3的外周壁相接触。
制作本发明所述环形超硬磨料线1的方法，包括以下步骤
1)取所需长度的芯线2，将芯线2的首尾两端连接，打磨接头到原有直径；然后取一条长度满足其在所述芯线2上缠绕6圈的股线3(其长度可以是所述芯线2长度的6～6.5倍)，以芯线2为轴，将所述股线3缠绕于所述芯线2上(缠绕过程如图3所示)，具体是将所述股线3的首端从芯线2的某一处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线2上的该处时计为一圈(在股线3以螺旋方式缠绕于芯线2上时，相邻两节股线3的外周壁相互接触、顺序排列，且没有相互压叠的现象。图3中以330、320和310代表在不同圈中相邻的三节股线3，其中股线3320节的外周壁与其左侧相邻的股线3330节的外周壁相互接触，并与其右侧的股线3310节的外周壁相接触)，如此重复，直至股线3在芯线2上缠绕6圈后，将股线3的首尾两端连接，所述股线3首尾两端的接头位于芯线2连接点的一侧(不与芯线2的连接点重合)，形成环状丝绳；
2)对环形丝绳的表面进行处理，包括进行常规的除油、除锈、活化及冲击镍等处理；
3)将超硬磨料颗粒4固结于环形丝绳表面以形成超硬磨料层5，得到所述的环形超硬磨料线1。
上述制作方法的步骤1)中，所述的基体丝绳具体可以是直径为0.1mm～6mm的丝绳。所述的股线3与现有技术相同，具体可以是金属细丝或非金属细丝。所述的非金属细丝可以是天然纤维或合成纤维材料做成的线，更具体地，可以是采用现有碳纤维、尼龙、芳纶、聚酯、棉纶或玻璃制成的线。优选采用直径为0.001mm～1mm的金属细丝或非金属细丝。
上述制作方法的步骤3)中，所述超硬磨料颗粒4的种类及粒径的选择均与现有技术相同。具体地，所超硬磨料颗粒4的种类可以是选自带有金属涂覆层的金刚石、立方氮化硼和B6O中的一种或任意两种以上的组合；当超硬磨料颗粒4的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述金属涂覆层的厚度与现有技术相同，具体可以是1μm～10μm，涂覆层中的金属包括金、银、镍、锌、铅、铜、锡、钛、钽、铬和锆中的一种或两种以上，还可以包括前述各项金属的合金。所述超硬磨料颗粒4的粒径可以是5μm～500μm。
上述制作方法的步骤3)中，所述固结方式为钎焊、电沉积、涂覆或烧结。当丝绳结构中的股线3为非金属细丝，且选择采用电沉积的方式将超硬磨料颗粒4固结于丝绳上时，在电沉积前最好先对丝绳进行常规的化学镀处理。
在制作图1所示结构的环形超硬磨料线1时，将股线3从芯线2的中点处开始缠绕，直至再次缠绕直至芯线2上的中点处时计为一圈。选用直径为0.5mm的芯线2作为基体，采用由碳纤维制成的非金属丝作为股线3，股线3的直径为0.5mm且，股线3的长度为芯线2长度的6倍。采用的超硬磨料颗粒4的种类为带有镍涂覆层(镍涂覆层厚度为2μm～5μm)的金刚石，其粒径为100μm～200μm，控制超硬磨料颗粒4被埋入超硬磨料层5的深度为超硬磨料颗粒4粒径的1/3～2/3。
Claims (10)
1.环形超硬磨料线(1)，其基体为丝绳，所述丝绳首尾相接形成环状，超硬磨料颗粒(4)均匀固结于所述丝绳表面而成为超硬磨料层(5)，所述超硬磨料层(5)为单颗粒厚度层，其特征在于：所述丝绳包括一芯线(2)以及以螺旋方式缠绕于该芯线(2)上的一股股线(3)，所述芯线(2)的首尾连接形成环状，缠绕于所述芯线(2)上的股线(3)的长度为满足其在所述芯线(2)上缠绕6圈的长度，所述股线(3)在所述芯线(2)上缠绕6圈后其首尾连接，所述股线(3)的接头位于芯线(2)连接点的一侧；其中，所述股线(3)在所述芯线(2)上缠绕6圈是指以芯线(2)为轴，将股线(3)的首端从芯线(2)上的某一处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线(2)上的该处时计为一圈，如此重复，直至股线(3)在芯线(2)上缠绕6圈。
2.根据权利要求1所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：将股线(3)的首端从芯线(2)的中点处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线(2)的中点时计为一圈。
3.根据权利要求1或2所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：所述的超硬磨料颗粒(4)为选自带有金属涂覆层的金刚石、立方氮化硼和B6O中的一种或任意两种以上的组合。
4.根据权利要求1或2所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：所述金属涂覆层的厚度为1μm～10μm。
5.根据权利要求1或2所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：所述的超硬磨料层(5)为连续层或断续层。
6.根据权利要求1或2所述的所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：所述超硬磨料颗粒(4)的粒径为5μm～500μm。
7.根据权利要求1或2所述的环形超硬磨料线(1)，其特征在于：所述的股线(3)为金属细丝或非金属细丝。
8.权利要求1所述的环形超硬磨料线(1)的制作方法，包括以下步骤：
1)取所需长度的芯线(2)，将芯线(2)的首尾两端连接，打磨连接点到原有芯线(2)的直径；然后取一条长度满足其在所述芯线(2)上缠绕6圈的股线(3)，以芯线(2)为轴，将股线(3)的首端从芯线(2)上的某一处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线(2)上的该处时计为一圈，如此重复，直至股线(3)在芯线(2)上缠绕6圈后，将股线(3)的首尾两端连接，此时，所述股线(3)的接头位于芯线(2)连接点的一侧，得到环状丝绳；
2)对环形丝绳的表面进行处理；
3)将超硬磨料颗粒(4)固结于环形丝绳表面以形成超硬磨料层(5)，得到所述的环形超硬磨料线(1)。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：步骤1)中，所述的股线(3)为金属细丝或非金属细丝。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：步骤1)中，将股线(3)的首端从芯线(2)的中点处开始以螺旋方式缠绕，直至再次缠绕至芯线(2)的中点时计为一圈。
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