CN109719294B - 法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀及其应用，划片刀的制备方法为将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到成型体；成型体经过机械加工，得到滤光片玻璃切割用金刚石划片刀。本发明公开的划片刀具备超薄、高刚性和自锐性好的特点，在厚度只有40μm的情况下，可以将现有法拉第旋转片切割速度由0.2㎜/s提升至0.5㎜/s，寿命从10条提高至25‑30条，现用电铸刀崩口控制在50μm左右，本发明公开的划片刀崩口可以控制在30μm以内，且可实现批量生产，无断刀、斜切现象出现。

Description

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀及其 应用

技术领域

本发明属于划片刀技术超硬材料技术领域，具体涉及一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀及其应用。

背景技术

法拉第旋转片的主要组成为钇铁石榴石和玻璃，单级组为GPG，双级组成为PGPGP，钇铁石榴石属石榴石型晶体结构，微波铁氧体的重要品种。具有共振线宽较小，饱和磁化强度较低，介电损耗低，密度高等特点。已成为用途广泛的微波铁氧体器件，是环行器、隔离器、相移器、调制器、滤波器、开关等器件的重要基础材料。

钇铁石榴石莫氏硬度高达7-8（参考金刚石莫氏硬度为10），厚度达0.8㎜，普通玻璃硬度一般为6左右，由于法拉第旋转片比较昂贵，所以要求划片切痕比较窄，以求单位面积内获得更多的颗粒（成品尺寸0.5-0.7㎜×0.5-0.7㎜），比如理论上采用40μm的划片刀划切会比70μm的刀片获得成品颗粒提高20%，可以获得巨大的利润空间，但是由于产品厚度达0.8㎜，所以切割难度非常大，国内外部分厂家也尝试推出金属结合剂划片刀，但厚度只能做到70μm，目前没有见到低于70μm的划片刀划切法拉第旋转片。

电铸切割刀作为一种高强度高精度的划片刀，目前被国内外企业用于法拉第产品的切割。但该类刀片存在结合剂强度过高造成的切削能力低的弱点，导致切割速度慢（≤0.2㎜/s）；同时由于结合剂强度过高，对于金刚石把持力过强，导致划片刀本身自锐性非常差，切割很短的距离划片刀即变钝因刀片变形失效造成无法使用。由于寿命短，换刀非常频繁，同时由于切割速度非常低，造成整个加工效率非常低，企业要采购大量的设备，设备成本加高。

发明内容

本发明公开了一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀及其应用，公开的划片刀具备超薄、高刚性和自锐性好的特点，在厚度只有40μm的情况下，可以将现有法拉第旋转片切割速度由0.2㎜/s提升至0.5㎜/s，寿命从10条提高至25-30条，现用电铸刀崩口控制在50μm左右，本发明公开的划片刀崩口可以控制在30μm以内，且可实现批量生产，无断刀、斜切现象出现，而且获得成品颗粒较现有常规切割刀提高近20%。

本发明采用如下技术方案：

一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；

（2）压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到成型体；

（3）成型体经过机械加工，得到法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀。

一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；

（2）压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到成型体；

（3）成型体经过机械加工，得到法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀。

一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀成型体，其制备方法包括以下步骤：

（1）将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；

（2）压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀成型体。

一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀成型体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；

（2）压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀成型体。

本发明公开了法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀在切割法拉第旋转片中的应用，优选的，切割法拉第旋转片时，主轴转速25K-32K，进刀速度0.5㎜/s。

本发明中，铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛以及石墨球组成金属结合剂，以金属结合剂为100%重量分数，铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛以及石墨球的重量百分数如下：

铜(Cu)粉 60～80%

锡(Sn)粉 13～35%

氧化铝 4～10%

氢化钛 0.5～1.5%

石墨球 2～4%

所述铜粉的粒径为10-15μm、锡粉的粒径为10-15μm、氧化铝的粒径为2-5μm、氢化钛的粒径为2-5μm、石墨球的粒径为1-3μm；氢化钛的添加可以降低烧结温度并加速结合剂合金化，通过氢化钛分解出氢气，具有还原性，可以避免结合剂氧化，氧化铝可以提高划片刀的刚性，同时提高切削能力，高刚性和切削能力；从而可以保证在厚度只有40μm的情况下，切割过程中刀片不变形，避免产生斜切和崩口等其他不良。

本发明中，液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的1%-3%，以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，金属结合剂、金刚石的质量百分数分别为96%-98%、2%-4%。

本发明中，将金属基胎体与液体石蜡混合2小时后加入石墨球，再混合3小时后加入金刚石混合1小时，接着过筛；比重较大的金属粉末和液体石蜡先进行混合，均匀后在与比重相差加大的石墨球进行混合，结合剂得以混合均匀，然后再和金刚石混合，进行过筛制粒，从而得到混合均匀的物料。

本发明中，过筛为过120目筛网，优选过筛3次，物料不结团，对后续压合、反应均匀性有利。

本发明中，压制的温度为20～30℃，时间为3～5秒，压力为3.5～4.5吨/cm²；烧结的工艺为290～310℃保温3分钟+500～550℃保温2～5分钟，优选的以10～15℃/min的升温速率升温至290～310℃，以30～40℃/min的升温速率升温至500～550℃；该阶梯升温和保温工艺，前期升温速率慢以防止低熔点金属锡偏析造成划片刀组织不均匀。烧结后，随炉冷却至室温取出，去毛刺后为成型体。本发明的阶梯烧结工艺保证划片刀组织均匀，不产生低熔点金属锡的偏析，保证制作工艺和切削工艺稳定。

本发明中，机械加工包括内孔/外圆磨床加工、双端面减薄加工，比如将加烧结成型的成型体置于夹具内，夹具装夹于内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择砂轮、进刀速度和转速，将加工划片刀内孔、外圆；将内孔、外圆加工后的成型体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择压力、转速和减薄用砂轮盘，进行双端面减薄加工；修磨开刃为在高精密划片机上，用修刀板修磨开刃。

本发明公开的划片刀具备超薄、高刚性和自锐性好的特点，在厚度只有40μm的情况下，可以将现有法拉第旋转片切割速度由0.2㎜/s提升至0.5㎜/s，寿命从10条提高至25-30条，现用电铸刀崩口控制在50μm左右，本发明公开的划片刀崩口可以控制在30μm以内，且可实现批量生产，无断刀、斜切现象出现，而且获得成品颗粒较现有常规切割刀提高近20%。

附图说明

图1为本发明划刀片的崩口图；

图2为现有常规使用的划刀片的崩口图。

具体实施方式

实施例一

一种金属结合剂，由下述重量份数的原料组成：铜粉65%、锡粉25%、氧化铝6%、氢化钛0.5%、石墨球3.5%；所述铜粉的粒径为10μm、锡粉粒径为10μm、氧化铝为2μm、氢化钛为2μm、石墨球为2μm。

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛依次放入三维混料机内，然后加入液体石蜡预混合2小时，再加入石墨球，混合3小时，最后加入金刚石混合1小时，过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，得到混合均匀的物料；液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的2%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂96%，金刚石4%；金刚石粒径为11μm；

（2）压制成型：将步骤（1）中物料缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于砂轮液压机的压制平台上，温度控制在25℃左右，并施加压力4吨/cm²，保压3秒，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将步骤（2）的冷压坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率10℃/min，升温至300℃，保温3分钟，然后以升温速率35℃/min升温至最终烧结温度500℃，保温5分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的成型体置于特制夹具内，夹具装夹与内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的砂轮、进刀速度和转速，加工划片刀内外圆；

（5）双端面减薄加工：将内外圆加工后的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用砂轮盘，加工得到51.6㎜（O.D）X0.04㎜（T）X40㎜（I.D）的划片刀。

使用该划片刀切割法拉第旋转片，精密划片机主轴转速26K、进刀速度0.5㎜/s，最大正面崩口29μm，可以切割28条，成品颗粒0.5㎜×0.5㎜。将步骤（3）的烧结工艺替换为将步骤（2）的冷压坯体连同模具一同放置入烧结炉内，以升温速率25℃/min升温至最终烧结温度500℃，保温10分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体，之后同样的工艺制备得到划片刀，切割法拉第旋转片，进刀速度最大为0.4㎜/s，最大正面崩口43μm，可以切割20条。

实施例二

一种金属结合剂，由下述重量份数的原料组成：铜粉68%、锡粉23%、氧化铝5%、氢化钛0.8%、石墨球3.2%；所述铜粉的粒径为10μm、锡粉粒径为10μm、氧化铝为2μm、氢化钛为2μm、石墨球为2μm。

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛依次放入三维混料机内，然后加入液体石蜡预混合2小时，再加入石墨球，混合3小时，最后加入金刚石混合1小时，过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，得到混合均匀的物料；液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的2%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂97%，金刚石3%；金刚石粒径为11μm；

（2）压制成型：将步骤（1）中物料缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于砂轮液压机的压制平台上，温度控制在30℃，并施加压力3.5吨/cm²，保压5秒，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将步骤（2）中冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率15℃/min，升温至300℃，保温3分钟，然后以升温速率40℃/min升温至最终烧结温度550℃，保温3分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的成型体置于特制夹具内，夹具装夹与内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的砂轮、进刀速度和转速，加工划片刀内外圆；

（5）双端面减薄加工：将内外圆加工后的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用砂轮盘，加工得到51.6㎜（O.D）X0.04㎜（T）X40㎜（I.D）的划片刀；

使用该划片刀切割法拉第旋转片，精密划片机主轴转速30K、进刀速度0.5㎜/s，最大正面崩口27μm，可以切割25条，成品颗粒0.5㎜×0.5㎜。将氢化钛用石墨球代替，同样的工艺制备得到划片刀，切割法拉第旋转片，进刀速度最大为0.4㎜/s，最大正面崩口52μm，可以切割16条。将金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉69%、锡粉24%、氧化铝6%、氢化钛1%，同样的工艺制备得到划片刀，切割法拉第旋转片，进刀速度最大为0.4㎜/s，最大正面崩口46μm，可以切割15条。

实施例三

一种金属结合剂，由下述重量份数的原料组成：铜粉70%、锡粉21%、氧化铝4.5%、氢化钛0.5%、石墨球4%；所述铜粉的粒径为15μm、锡粉粒径为10μm、氧化铝为4μm、氢化钛为2μm、石墨球为3μm。

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛依次放入三维混料机内，然后加入液体石蜡预混合2小时，再加入石墨球，混合3小时，最后加入金刚石混合1小时，过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，得到混合均匀的物料；液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的1.5%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂96%，金刚石4%；金刚石粒径为12μm；

（2）压制成型：将步骤（1）中物料缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于砂轮液压机的压制平台上，温度控制在20℃，并施加压力4.5吨/cm²，保压4秒，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将步骤（2）中冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率10℃/min，升温至310℃，保温3分钟，然后以升温速率35℃/min升温至最终烧结温度550℃，保温4分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的成型体置于特制夹具内，夹具装夹与内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的砂轮、进刀速度和转速，加工划片刀内外圆；

（5）双端面减薄加工：将内外圆加工后的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用砂轮盘，加工得到51.6㎜（O.D）X0.04㎜（T）X40㎜（I.D）的划片刀。

使用该划片刀切割法拉第旋转片，精密划片机主轴转速26K、进刀速度0.5㎜/s，最大正面崩口25μm，可以切割30条，成品颗粒0.5㎜×0.5㎜。附图1为上述划片刀切割法拉第旋转片后的崩口图。

采用现有常规70微米划片刀切割法拉第旋转片进刀速度0.2㎜/s，再快就很容易崩口无法加速，最大正面崩口58μm，可以切割10条，成品颗粒为本发明上述划片刀的83%。附图2为现有常规划片刀切割法拉第旋转片后的崩口图。如果采用本公司切割蓝宝石玻璃的金刚石切割刀（108326280A），则不适用法拉第旋转片切割，切割3条左右无法工作，切割效果也差。

实施例四

一种金属结合剂，由下述重量份数的原料组成：铜粉60%、锡粉27%、氧化铝8%、氢化钛1%、石墨球4%；所述铜粉的粒径为10μm、锡粉粒径为10μm、氧化铝为2μm、氢化钛为2μm、石墨球为2μm。

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛依次放入三维混料机内，然后加入液体石蜡预混合2小时，再加入石墨球，混合3小时，最后加入金刚石混合1小时，过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，得到混合均匀的物料；液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的2%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂96.5%，金刚石3.5%；金刚石粒径为12μm；

（2）压制成型：将步骤（1）中物料缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于砂轮液压机的压制平台上，温度控制在25℃，并施加压力4吨/cm²，保压4秒，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将步骤（2）中冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率10℃/min，升温至300℃，保温3分钟，然后以升温速率35℃/min升温至最终烧结温度500℃，保温3分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的成型体置于特制夹具内，夹具装夹与内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的砂轮、进刀速度和转速，加工划片刀内外圆；

（5）双端面减薄加工：将内外圆加工后的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用砂轮盘，加工得到51.6㎜（O.D）X0.04㎜（T）X40㎜（I.D）的划片刀；

使用该划片刀切割法拉第旋转片，精密划片机主轴转速26K、进刀速度0.5㎜/s，最大正面崩口28μm，可以切割31条，成品颗粒0.5㎜×0.5㎜。如果以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂90%，金刚石10%，同样的工艺制备得到划片刀，切割法拉第旋转片，进刀速度最大为0.3㎜/s，最大正面崩口52μm，可以切割14条。

实施例五

滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

一种金属结合剂，由下述重量份数的原料组成：铜粉63%、锡粉27%、氧化铝7%、氢化钛1%、石墨球2%；所述铜粉的粒径为15μm、锡粉粒径为10μm、氧化铝为2μm、氢化钛为2μm、石墨球为2μm。

法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其制备方法包括以下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛依次放入三维混料机内，然后加入液体石蜡预混合2小时，再加入石墨球，混合3小时，最后加入金刚石混合1小时，过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，得到混合均匀的物料；液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的2%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，其中金属结合剂97%，金刚石3%；金刚石粒径为13μm；

（2）压制成型：将步骤（1）中物料缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于砂轮液压机的压制平台上，温度控制在25℃，并施加压力4吨/cm²，保压5秒，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将步骤（2）中冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率10℃/min，升温至300℃，保温3分钟，然后以升温速率35℃/min升温至最终烧结温度530℃，保温5分钟，随炉冷却至室温取出，去毛刺后得到成型体；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的成型体置于特制夹具内，夹具装夹与内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的砂轮、进刀速度和转速，加工划片刀内外圆；

（5）双端面减薄加工：将内外圆加工后的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用砂轮盘，加工得到51.6㎜（O.D）X0.04㎜（T）X40㎜（I.D）的划片刀。

使用该划片刀切割法拉第旋转片，精密划片机主轴转速26K、进刀速度0.5㎜/s，最大正面崩口27μm，可以切割27条，成品颗粒0.5㎜×0.5㎜。将金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉67%、锡粉29%、氢化钛1%、石墨球3%，同样的工艺制备得到划片刀，切割法拉第旋转片，进刀速度最大为0.4㎜/s，最大正面崩口43μm，可以切割23条。

本发明利用新的配方与工艺可以生产40μm厚度烧结金属刀，具有单位面积内获得更多的颗粒的优势，开创了行业需要。

Claims (7)

1.一种法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其特征在于，所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀的制备方法包括以下步骤：

（1）将铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛混合得到金属基胎体；然后将金属基胎体与液体石蜡、石墨球、金刚石混合，接着过筛，取筛下物得到物料；

（2）压制物料，得到冷压坯体；烧结冷压坯体，得到成型体；烧结的工艺为290～310℃保温3分钟+500～550℃保温2～5分钟，以10～15℃/min的升温速率升温至290～310℃，以30～40℃/min的升温速率升温至500～550℃；

（3）成型体经过机械加工，得到法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀；

铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛以及石墨球组成金属结合剂，以金属结合剂为100%重量分数，铜粉、锡粉、氧化铝、氢化钛以及石墨球的重量百分数如下：

铜粉 60～80%

锡粉 13～35%

氧化铝 4～10%

氢化钛 0.5～1.5%

石墨球 2～4%

液体石蜡的添加量为金属结合剂重量的1%-3%；以金属结合剂与金刚石的质量和为100%，金属结合剂、金刚石的质量百分数分别为96%-98%、2%-4%。

2.根据权利要求1所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其特征在于，所述铜粉的粒径为10-15μm、锡粉的粒径为10-15μm、氧化铝的粒径为2-5μm、氢化钛的粒径为2-5μm、石墨球的粒径为1-3μm、金刚石的粒径为10-15μm。

3.根据权利要求1所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其特征在于，压制的温度为20～30℃，时间为3～5秒，压力为3.5～4.5吨/cm²。

4.根据权利要求1所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其特征在于，将金属基胎体与液体石蜡混合2小时后加入石墨球，再混合3小时后加入金刚石混合1小时，接着过筛。

5.根据权利要求1所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀，其特征在于，机械加工包括内孔和外圆磨床加工和双端面减薄加工。

6.权利要求1所述法拉第旋转片用40微米超薄金属结合剂金刚石划片刀在切割法拉第旋转片中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，切割法拉第旋转片时，进刀速度为0.5㎜/s。

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