CN109266917A - 一种金刚石剖切片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金刚石剖切片及其制备方法。金刚石剖切片包括：金刚石‑镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。因过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数近似或相等，因而提高了沉积层与铝基体之间的附着性，防止了制作和使用期间剖切片受热下因热膨胀系数差异而导致沉积层与铝基体的剥落和开裂，提高了金刚石剖切片的可靠性和寿命。金刚石剖切片的制备方法：采用急速冷却工艺制备硅含量为38‑42wt％的铝‑硅合金基体，能制出热膨胀系数为13～14ppm/℃的过共晶硅铝合金，接近于金刚石‑镍沉积层的镍热膨胀系数，大大提高了沉积层与铝基体之间的附着性。

Description

一种金刚石剖切片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料技术领域，且特别涉及一种金刚石剖切片及其制备方法。
背景技术
金刚石剖切片(Diamond dicing Blade)广泛用于晶圆、晶粒的精密切割；光学玻璃/石英/蓝宝石切割；印刷电路板切割加工；精密陶瓷加工等，其特点是切割精度高、效率高、加工过程热影响区小、切缝整洁光滑，是半导体加工不可缺少的刀具。
金刚石剖切片包括金刚石-镍沉积层和铝基体，金刚石-镍沉积层是通过金刚石-电镀镍或化学镀镍工艺，在圆柱形铝基体的一个端面上构成的金刚石-镍复合沉积层。但是沉积层与铝基体容易剥落和开裂指示金刚石切剖片的使用寿命不长，目前为了提高金刚石-镍沉积层与铝基体之间的附着，一般会在铝基体的金刚石-镍沉积层区域，通常保留机加工(车削)留下的细小刀纹(同心槽)，来提高对金刚石-镍沉积层的附着，但是这样的结构并不确保二者之间的牢固的附着。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石剖切片，旨在改善沉积层与铝基体不能牢固的附着、容易剥落开裂、使用寿命不长的问题。
本发明的另一目的在于提供一种金刚石剖切片的制备方法，在改善金刚石剖切片常规制备方法所存在的沉积层与铝基体附着的问题。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13～14ppm/℃，沉积层的镍的热膨胀系数为13ppm/℃。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，铝基体是由急速冷却工艺制作的过共晶硅铝合金。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体进行热挤压处理。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，将成型体加热至350-400℃进行热挤压处理。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。
一种上述金刚石剖切片的制备方法，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体进行热挤压处理后加工成铝基体，最后在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
进一步地，在本发明较佳的一种实施方式中，采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
本发明提供的一种金刚石剖切片及其制备方法的有益效果是：
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。一般情况下，作为结合金刚石磨料介质的镍的热膨胀系数为13ppm/℃。因过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数近似或相等，因而大大提高了沉积层与铝基体之间的附着性，降低了制作和使用期间，剖切片受热下因热膨胀系数差异而导致沉积层与铝基体的剥落和开裂，提高了金刚石剖切片的寿命。
一种金刚石剖切片的制备方法，主要采用急速冷却工艺制备铝基体，可以定制出含硅量38-42％的过共晶硅铝合金，使过共晶硅铝合金的热膨胀系数约为13～14ppm/℃，接近于金刚石-镍沉积层的镍热膨胀系数13ppm/℃。大大提高了沉积层与铝基体之间的附着性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的提供的一种金刚石剖切片及其制备方法进行具体说明。
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。一般情况下，作为结合金刚石磨料介质的镍的热膨胀系数为13ppm/℃。换言之，过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数近似或相等。
传统方法中，作为结合金刚石磨料介质的镍的热膨胀系数为13ppm/℃，而铝基体使用的常规铝的热膨胀系数为23.2ppm/℃，因此在电镀或化学镀处于常温-沉积温度50-80℃之间循环下，剖切片已经存在微裂纹；而在随后使用期间，剖切片以至少30000rpm的转速实施切割，同样存在高频次的冷热循环，当达到极限时，产生的热应力将造成金刚石-镍沉积层与铝基体之间界面局部分层，进而导致刀具破损，并有可能造成对零件的伤害。而当过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数的差值在±1ppm/℃之间时，将提高沉积层与铝基体的附着，消除或降低二者之间因热膨胀系数差异造成内应力，同时降低了金刚石剖切片的震颤，进而提高了沉积层和铝基体的附着并延长了金刚石剖切片的寿命，提高了产品的可靠性。
优选地，在本实施例中，过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％(重量百分比)。当过共晶硅铝合金的含硅量保持在38-42％时，能使过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13～14ppm/℃。当过共晶硅铝合金的热膨胀系数约为13～14ppm/℃时，与传统的沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃较接近(也即，过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数的差值在0～1ppm/℃)，此时沉积层与铝基体能够更好地附着。
需要说明的是，在本实施例中，第一种实施方式中，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为12ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。第二种实施方式中，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为14ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。第三种实施方式中，过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。
进一步地，铝基体是由急速冷却工艺制作的过共晶硅铝合金。硅铝合金体系中，当硅含量为12％时，为共晶硅铝合金，超过12％，称作为过共晶硅铝合金。采用一般的铸造工艺制作过共晶硅铝合金，由于冷却速度过慢，将使显微组织出现宏观偏析，产生出粗大的平均晶粒尺寸为100-200μm初晶硅，该因素容易导致材料的韧性、塑性变差，难以机加工，因此，传统铸造铝工艺无法应用于含硅量高于18％的硅铝合金。而本实施例采用急速冷却工艺，可以制作出含硅量较高、刚性较大的过共晶硅铝合金(硅含量达到38-42％)。其次，合金的刚性高于一般铝合金，由于铝基体刚性的提高，将降低金刚石剖切片在30000rpm或以上高速旋转下的震颤，进一步降低沉积层与铝基体之间的分层。
具体地，优选地，急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温熔体；用高压惰性气体(如氮气、氩气)喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体进行热挤压处理。进一步地，将成型体加热至350-400℃进行热挤压处理。
过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。进一步地，过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。此时无宏观偏析，大幅提高了材料的加工性。
本实施例还提供了一种上述金刚石剖切片的制备方法，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体进行热挤压处理后加工成铝基体，最后在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。进一步地，采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金。铝基体是由急速冷却工艺制作的过共晶硅铝合金。急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至350℃进行热挤压处理。其中，过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％(重量百分比)。过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。同时，过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。
一种上述金刚石剖切片的制备方法，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至350℃进行热挤压处理，最后采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
实施例2
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金。铝基体是由急速冷却工艺制作的过共晶硅铝合金。急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在1000℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至400℃进行热挤压处理。其中，过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％(重量百分比)。过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。同时，过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。
一种上述金刚石剖切片的制备方法，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在1000℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至400℃进行热挤压处理，最后采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
实施例3
一种金刚石剖切片，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，铝基体包括过共晶硅铝合金。铝基体是由急速冷却工艺制作的过共晶硅铝合金。急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在900℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至380℃进行热挤压处理。其中，过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％(重量百分比)。过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。沉积层的镍的热膨胀系数13ppm/℃。同时，过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。
一种上述金刚石剖切片的制备方法，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在900℃下保温熔体；用高压惰性气体喷射熔体使熔体急速冷却凝固后得到成型体，将成型体加热至380℃进行热挤压处理，最后采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
综上，本实施例提供的金刚石剖切片，因过共晶硅铝合金的热膨胀系数与沉积层的镍的热膨胀系数近似或相等，因而大大提高了沉积层与铝基体之间的附着性，大幅降低或防止了制作和使用期间，剖切片受热下因热膨胀系数差异而导致沉积层与铝基体的剥落和开裂，提高了剖切片的切割稳定性和可靠性，延长了金刚石剖切片的寿命。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种金刚石剖切片，其特征在于，其包括：金刚石-镍沉积层和铝基体，所述铝基体包括过共晶硅铝合金，所述过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13±1ppm/℃。
2.根据权利要求1所述的金刚石剖切片，其特征在于，所述过共晶硅铝合金的含硅量为38-42％。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石剖切片，其特征在于，所述过共晶硅铝合金的热膨胀系数为13～14ppm/℃，所述沉积层的镍的热膨胀系数为13ppm/℃。
4.根据权利要求1所述的金刚石剖切片，其特征在于，所述铝基体是由急速冷却工艺制作的所述过共晶硅铝合金。
5.根据权利要求4所述的金刚石剖切片，其特征在于，急速冷却工艺包括将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温所述熔体；用高压惰性气体喷射所述熔体使所述熔体急速冷却凝固后得到成型体，将所述成型体进行热挤压处理。
6.根据权利要求5所述的金刚石剖切片，其特征在于，将所述成型体加热至350-400℃进行热挤压处理。
7.根据权利要求1所述的金刚石剖切片，其特征在于，所述过共晶硅铝合金的初生晶粒呈等轴状，且均匀分布。
8.根据权利要求6所述的金刚石剖切片，其特征在于，所述过共晶硅铝合金的初生晶粒的平均晶粒尺寸≤10μm。
9.一种如权利要求4所述的金刚石剖切片的制备方法，其特征在于，其包括：将硅含量为38-42％的硅铝合金制成熔体，在800-1000℃下保温所述熔体；用高压惰性气体喷射所述熔体使所述熔体急速冷却凝固后得到成型体，将所述成型体进行热挤压处理后加工成铝基体，最后在所述铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
10.根据权利要求9所述的金刚石剖切片的制备方法，其特征在于，采用金刚石复合电镀或化学镀工艺，在所述铝基体的一个端面上沉积金刚石-镍沉积层。
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