CN106041771A - 超硬磨料带锯及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超硬磨料带锯及其制作方法。所述的超硬磨料带锯包括由钢带首、尾连接成环形构成的基体，该基体包括齿形部和连续胎体部，在齿形部的正面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第一容纳空间，在齿形部的背面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第二容纳空间，所述第一容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离相等；在第一容纳空间、第二容纳空间以及齿形部的顶端均设置有含有超硬磨料颗粒的超硬磨料层。与现有技术相比，本发明所述带锯可以尽可能减小切削刃厚度以减小切割缝隙，减少被加工材料的浪费；另一方面还可延长带锯的使用寿命。

Description

超硬磨料带锯及其制作方法
技术领域
本发明涉及超硬磨料切割工具，具体涉及一种超硬磨料带锯及其制作方法。
背景技术
目前超硬磨料带锯是利用一定的技术将超硬磨料如金刚石、CBN、PCD(聚晶金刚石)等固着于带锯基体边缘，形成锋利的切口。然后再将带锯条置于切割机上进行切割。目前常用的超硬磨料为人造金刚石。金刚石带锯目前主要通过电镀的工艺制作。其制备原理是在带锯基体边缘沉积金属镍将金刚石颗粒包埋制备而成。
现有超薄金刚石带锯基体的厚度已达到几十微米到几百微米。超薄金刚石带锯为延长带锯使用寿命都采用多层切削刃制备技术(即基体上切削刃包含了2层以上金刚石镀层，如图1所示)，然而多层切削刃极大的削弱了超薄带锯基体的优越性，以WINTER公司超薄金刚石带锯为例，超薄带锯基本厚度为0.15-0.2mm，制备成金刚石带锯后，金刚石带锯切削刃的厚度达到了0.7mm，为母材厚度的3.5倍，其母材超薄的优越性根本无法得到发挥。因此，基体厚度为0.2mm的带锯因多层技术的使用，切缝在0.7-0.8mm之间，极大地限制了超薄金刚石带锯的使用范围。随着超薄带锯使用范围的拓展，在切割高价值材料、超薄片时，该问题尤为突出，例如：半导体行业中，硅片的厚度越来越薄，目前基本在0.2-0.4mm之间，切割时线锯每次移动距离为0.5mm，切割的硅片为0.3-0.35mm；相比较而言，金刚石带锯切割硅片切片厚度能够满足需求，但单片切缝约为0.7mm，相当于切一片浪费一片，极大的限制了带锯在超薄片切割上的运用。对于高价值材料，如特种陶瓷、功能晶体等材料而言，为减少材料的损耗，急需一种超薄金刚石带锯以满足这类材料加工的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以尽可能减小切削刃厚度以减小切割缝隙的超硬磨料带锯及其制作方法。
本发明所述的超硬磨料带锯，包括由钢带首、尾连接成环形构成的基体，其中：
所述基体包括齿形部和连续胎体部，在齿形部的正面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第一容纳空间，在齿形部的背面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第二容纳空间，所述第一容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离相等；
在第一容纳空间、第二容纳空间以及齿形部的顶端均设置有含有超硬磨料颗粒的超硬磨料层。
本发明所述带锯由于先在齿形部上形成第一容纳空间和第二容纳空间，使超硬磨料颗粒可以部分容纳于第一容纳空间和第二容纳空间中，从而有效缩减了现有技术中因直接在基体表面固结超硬磨料颗粒所形成的切削刃厚度，进而可以缩小切削缝隙，减少被加工材料的浪费。另一方面，在形成第一容纳空间和第二容纳空间后，齿形部的厚度有一定程度的减少，使其在裸露时易被磨损，相当于增加了镀层在切割方向上的金刚石层数，延长了带锯的使用寿命。
上述技术方案中，所述的齿形部的齿形形状可以根据需要进行选择，可以是沿钢带圆周方向连续分布的连续齿，也可以是沿钢带圆周方向断续分布的半圆齿、三角齿、倒梯形齿等，通过制作不同的齿型以弥补减薄基体后的镀层结合力下降的不足，从而解决结合力不够引起的金刚石镀层脱落问题。齿形采用现有常规方法进行制作，通常采用激光切割或者模型直接成型法。
上述技术方案中，申请人认为当第一容纳空间或第二容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离均为超硬磨料颗粒粒度的40-50％较为适宜。
为了获得超薄的超硬磨料带锯，可以选择厚度更薄的钢带来制作基体，优选地，选择的钢带的宽度≤8mm，厚度≤0.5mm，相应地，制作得到的基体的厚度≤0.5mm、基体的高度≤8mm。当基体的厚度和高度在上述限定范围内时，优选控制齿形部的高度为1.5-2mm。
上述技术方案中，所述的超硬磨料颗粒可以是选自金刚石、立方氮化硼和氧化铝等中的一种或两种以上的组合物。当超硬磨料颗粒的选择为金刚石时，优选140#-170#金刚石。
本发明还提供上述超硬磨料带锯的制作方法，包括以下步骤：
1)选取钢带，并选定齿形，将钢带的首、尾连接成环形，然后在钢带的一侧边缘上制作出选定的齿形结构，得到包括齿形部和连续胎体部的基体；其中，齿形部位于连续胎体部的上方；
2)对齿形部进行减薄处理，即从齿形部的正面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第一容纳空间，在齿形部的背面沿齿形部厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部高度的第二容纳空间，控制第一容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间在齿形部厚度方向上的延伸距离相等；
3)采用复合电镀法将超硬磨料颗粒沉积于第一容纳空间、第二容纳空间以及齿形部的顶端以形成超硬磨料层。
上述步骤1)中，钢带尺寸和齿形的形状可以根据具体情况进行选取。采用现有常规方法制作齿形，如激光切割或者模型直接成型法。
上述步骤2)中，采用现有常规电化学腐蚀方法或者是化学腐蚀法对齿形部进行减薄处理。当采用化学腐蚀法对齿形部减薄时，使用的化学腐蚀液的组成优选为：氢氟酸HF300ml/L、硫酸H2SO4 200ml/L、双氧水H2O2240ml/L、双氧水稳定剂80ml/L、酸洗缓蚀剂0.5g/L、金属表面活性剂2g/ml，化学腐蚀在常温条件下(温度25℃)进行。当采用电化学腐蚀法对齿形部减薄时，使用的电化学腐蚀液的组成优选为：盐酸HCl 50ml/L、硫酸H2SO4200ml/L、氯化钠NaCl 15g/L，工艺参数为：电流密度5-7A/dm2，铅板阴极，温度25℃。由于减薄仅是对齿形部进行减薄，不论采用哪种方法，在减薄前均需要对无需减薄处理的部分(如连续胎部等)进行封装(如贴胶或喷涂保护涂层的方法)，而仅是露出需要减薄处理的部分。
上述步骤3)中，所述复合电镀法所采用的电镀液及其电镀工艺均与现有技术相同，其中电镀优选Ni或Ni/Co作为金属胎体，只是在复合电镀时在基体的两侧设置辅助模板，以保证在基体齿形部的正面和背面均形成单层的超硬磨料层。优选采用埋沙法，瓦特型镀液在电流密度为0.8-1.0A/dm2(优选1.0A/dm2)，温度为45±5℃(优选45℃)的工艺条件下电镀得到超硬磨料层。在制作好的齿形部上电镀超硬磨料颗粒以形成超硬磨料层后，所得上面有超硬磨料层的齿形部即成为超硬磨料带锯的切削刃。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、本发明所述带锯由于先在齿形部上形成第一容纳空间和第二容纳空间，使超硬磨料颗粒可以部分容纳于第一容纳空间和第二容纳空间中，从而有效缩减了现有技术中因直接在基体表面固结超硬磨料颗粒所形成的切削刃厚度，进而可以缩小切削缝隙，减少被加工材料的浪费。
2、本发明所述带锯的齿形部在形成第一容纳空间和第二容纳空间后，其厚度有一定程度的减少，使其在裸露时易被磨损，相当于增加了镀层在切割方向上的金刚石层数，延长了带锯的使用寿命。
3、切削刃的厚度从顶端至根部均相同，在使用过程中不论带锯磨损与否，切缝宽度均一致。
附图说明
图1为现有技术中超硬磨料带锯的截面示意图；
图2为本发明所述超硬磨料带锯一种实施方式的结构示意图；
图3为图2所示实施方式中A处的局部放大示意图；
图4为图2所示实施方式中基体的截面示意图；
图5为图3的B-B剖示图。
图中标号为：
1基体；2超硬磨料层；1-1连续胎体部；1-2第一容纳空间；1-3齿形部；1-4第二容纳空间。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
如图2-5所示，本发明所述的超硬磨料带锯，包括由钢带首、尾连接成环形构成的基体1，其中：
所述基体1包括齿形部1-3和连续胎体部1-1，在齿形部1-3的正面沿齿形部1-3厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部1-3高度的第一容纳空间1-2，在齿形部1-3的背面沿齿形部1-3厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部1-3高度的第二容纳空间1-4，所述第一容纳空间1-2在齿形部1-3厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间1-4在齿形部1-3厚度方向上的延伸距离相等；
在第一容纳空间1-2、第二容纳空间1-4以及齿形部1-3的顶端均设置有含有超硬磨料颗粒的超硬磨料层2。
上述实施方式中，所述齿形部1-3的齿形形状可以是沿钢带圆周方向连续分布的连续齿，也可以根据需要将齿形部1-3的齿形形状设计成沿钢带圆周方向断续分布的半圆齿、三角齿、倒梯形齿等形状。
上述实施方式中，所述的钢带为不锈钢带，所述的超硬磨料颗粒可以是选自金刚石、立方氮化硼和氧化铝中的一种或两种以上的组合物，当超硬磨料颗粒为上述两种以上选择的组合物时，它们之间的配比为任意配比；所述第一容纳空间1-2或第二容纳空间1-4在齿形部1-3厚度方向上的延伸距离均为超硬磨料颗粒粒度的40-50％。
上述实施方式所示结构的带锯适用于任意厚度的超硬磨料带锯。为了获得超薄超硬磨料带锯，可以选择厚度较薄的钢带制作基体1以形成上述实施方式所示结构的超硬磨料带锯。
在本实施方式中，所述钢带具体为1860mm×8mm×0.2mm的不锈钢带，所述齿形部1-3的齿形形状可以是沿钢带圆周方向连续分布的连续齿，齿形部1-3的高度为1.5mm；所述超硬磨料颗粒具体为140#-170#金刚石(粒度约为100μm)，所述第一容纳空间1-2或第二容纳空间1-4在齿形部1-3厚度方向上的延伸距离均为超硬磨料颗粒粒度的50％。
制作上述超硬磨料带锯的方法，包括以下步骤：
1)选取规格为1860mm×8mm×0.2mm的不锈钢带，选定齿形部1-3的齿形形状为沿钢带圆周方向连续分布的连续齿，将钢带的首、尾焊接成环形，之后在钢带的一侧边缘上采用激光切割的方式制作出选定的齿形结构，在该过程中控制齿形部1-3的高度为1.5mm，得到包括齿形部1-3和连续胎体部1-1的基体1，其中，齿形部1-3位于连续胎体部1-1的上方；
2)对齿形部1-3以下的部分(即高度为6.5mm的连续胎体部1-1)进行贴胶处理，仅使齿形部1-3裸露，将完成贴胶处理后的基体1置于电化学腐蚀液中，在常温条件下实行对齿形部1-3的减薄处理，所述完成贴胶处理后的基体1置于电化学腐蚀液中的时间为3-5min，以得到对齿形部1-3进行减薄的基体1，该基体1的单侧减薄厚度约为50μm，因两侧对称，减薄完成后，齿形部1-3的厚度为0.1mm；其中：
电化学腐蚀液的组成为：盐酸HCl 50ml/L、硫酸H2SO4 200ml/L、氯化钠NaCl 15g/L；工艺参数为：电流密度5-7A/dm2，铅板阴极，温度25℃；
3)将步骤2)所得减薄基体1置于夹具中进行复合电镀，将金刚石颗粒沉积于第一容纳空间1-2、第二容纳空间1-4以及齿形部1-3的顶端以形成超硬磨料层2；其中，电镀优选Ni或Ni/Co作为金属胎体，采用埋沙法，瓦特型镀液在电流密度为1.0A/dm2，温度为45℃的工艺条件下电镀以得到含有金刚石颗粒的超硬磨料层2。

Claims (6)

1.超硬磨料带锯，包括由钢带首、尾连接成环形构成的基体(1)，其特征在于：
所述基体(1)包括齿形部(1-3)和连续胎体部(1-1)，在齿形部(1-3)的正面沿齿形部(1-3)厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部(1-3)高度的第一容纳空间(1-2)，在齿形部(1-3)的背面沿齿形部(1-3)厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部(1-3)高度的第二容纳空间(1-4)，所述第一容纳空间(1-2)在齿形部(1-3)厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间(1-4)在齿形部(1-3)厚度方向上的延伸距离相等；
在第一容纳空间(1-2)、第二容纳空间(1-4)以及齿形部(1-3)的顶端均设置有含有超硬磨料颗粒的超硬磨料层(2)。
2.根据权利要求1所述的超硬磨料带锯，其特征在于：所述的齿形部(1-3)为沿钢带圆周方向连续或断续分布的齿。
3.根据权利要求1所述的超硬磨料带锯，其特征在于：所述第一容纳空间(1-2)或第二容纳空间(1-4)在齿形部(1-3)厚度方向上的延伸距离均为超硬磨料颗粒粒度的40-50％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的超硬磨料带锯，其特征在于：当基体(1)的厚度≤0.5mm、基体(1)的高度≤8mm时，齿形部(1-3)的高度为1.5-2mm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的超硬磨料带锯，其特征在于：所述的超硬磨料颗粒为选自金刚石、立方氮化硼和氧化铝中的一种或两种以上的组合物。
6.权利要求1所述超硬磨料带锯的制作方法，包括以下步骤：
1)选取钢带，并选定齿形，将钢带的首、尾连接成环形，然后在钢带的一侧边缘上制作出选定的齿形结构，得到包括齿形部(1-3)和连续胎体部(1-1)的基体(1)；其中，齿形部(1-3)位于连续胎体部(1-1)的上方；
2)对齿形部(1-3)进行减薄处理，即从齿形部(1-3)的正面沿齿形部(1-3)厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部(1-3)高度的第一容纳空间(1-2)，在齿形部(1-3)的背面沿齿形部(1-3)厚度方向延伸一定距离形成有贯穿齿形部(1-3)高度的第二容纳空间(1-4)，控制第一容纳空间(1-2)在齿形部(1-3)厚度方向上的延伸距离与第二容纳空间(1-4)在齿形部(1-3)厚度方向上的延伸距离相等；
3)采用复合电镀法将超硬磨料颗粒沉积于第一容纳空间(1-2)、第二容纳空间(1-4)以及齿形部(1-3)的顶端以形成超硬磨料层(2)。
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