CN110405641B - 一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮及其制备方法,树脂砂轮主要由以下体积份数原料制成:金刚石25~35份、碳化硅15~25份、氧化铈5~10份、酚醛树脂37‑50份;制备方法包括以下步骤:1)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入溶剂内并超声分散,超声分散的时间为30~40分钟,得预处理料;2)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,得颗粒;3)将酚醛树脂与颗粒混合,得混合料;4)将混合料热压成型,得毛坯;5)将毛坯硬化,加工,即得;本发明的树脂砂轮通过特定体积份数的金刚石、碳化硅、氧化铈和酚醛树脂及喷雾分散工艺提高树脂砂轮的质量,减少氧化铝陶瓷基板在切割过程中的应力集中,减少并减小基板的崩口,提高基板的垂直度。

Description

一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域,具体涉及一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮及其制备方法。
背景技术
氧化铝陶瓷基板是电子工业中最常用的基板材料,不同于其他氧化物陶瓷,氧化铝陶瓷基板在机械、热、电性能上具有许多独特的优点。但氧化铝陶瓷基板非常脆,切割时极容易破碎,加之氧化铝陶瓷基板的厚度极薄,一般仅为0.4mm左右,现有技术中的砂轮质量不高,在使用砂轮对氧化铝陶瓷基板进行精密切割和切槽过程中存在许多问题,如存在切割后崩口多、尺寸大,垂直度低,严重制约了氧化铝陶瓷基板切割质量的提升。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,以解决氧化铝陶瓷基板切割中产生的崩口多、尺寸大,垂直度低的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,以提高树脂砂轮质量。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,主要由以下体积份数的原料制成:金刚石25~35份、碳化硅15~25份、氧化铈5~10份、酚醛树脂37~50份。
本发明发现,通过对氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的配方进行调整,能够优化氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的性能,提高氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的质量,达到提高氧化铝陶瓷基板在切割后质量的效果。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮中各原料之间作用机理如下所示:
首先,通过选用25~35体积份数的金刚石作为主要磨料,并选用15~25体积份数的碳化硅作为辅助磨料,通过特定体积份数的金刚石和碳化硅之间的相互配合,使得树脂砂轮形成适当的切割力,能够有效地切割氧化铝陶瓷基板,减少氧化铝陶瓷基板切口上的应力集中程度,进而减少氧化铝陶瓷基板切口在切割过程中的崩口,提高氧化铝陶瓷基板的垂直度;选用5~10体积份数的氧化铈,利用氧化铈的抛光作用,从而将切割过程中产生的小裂纹去除掉,减少氧化铝陶瓷基板切割后的崩口。
其次,通过选用37-50体积份数的酚醛树脂,不仅将金刚石、碳化硅和氧化铈粘结在一起,形成适当的把持力,且使得树脂砂轮具有一定的韧性,当切割过程中氧化铝陶瓷基板上产生过大的应力时,树脂砂轮通过变形将一定量的应力吸收,以免氧化铝陶瓷基板上产生较大、较多崩口。
综上所述,本发明的树脂砂轮通过特定体积份数的金刚石、碳化硅、氧化铈和酚醛树脂之间的相互配合作用,提高树脂砂轮的质量,用于切割氧化铝陶瓷基板时可以减少氧化铝陶瓷基板在切割过程中的应力集中,减小和降低氧化铝陶瓷基板的崩口,提高氧化铝陶瓷基板的垂直度进而提高树脂砂轮的切割质量。
使用本发明的树脂砂轮在切割0.4mm厚的氧化铝陶瓷基板后,氧化铝陶瓷基板的最大崩边尺寸仅为13.9~48.5μm,氧化铝陶瓷基板的垂直度为11.5~32.6μm。
为进一步提高树脂砂轮的切割力,避免氧化铝陶瓷基板在切割过程中的应力集中,优选的,金刚石的粒度为7~10μm。
为与金刚石形成协同作用,进一步提高树脂砂轮的切割力,避免氧化铝陶瓷基板在切割过程中的应力集中,优选的,碳化硅的粒度为3~5μm。
为进一步提高树脂砂轮的抛光作用,优选的,氧化铈的D50为4.2μm。
一种如前所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,包括以下步骤:
1)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入溶剂内并超声分散,超声分散的时间为30~40分钟,得预处理料;所述溶剂为丙酮、酒精、水中的任意一种;
2)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,得颗粒;
3)将酚醛树脂与颗粒混合,得混合料;
4)将混合料热压成型,得毛坯;
5)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮。
本发明发现,通过对氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的制备方法进行调整,能够优化氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的性能,提高氧化铝陶瓷基板切割用砂轮的质量,达到提高氧化铝陶瓷基板在切割后质量的效果。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,选用了特定组成的原料,即选用以下体积份数的原料:金刚石20~30份、碳化硅15~20份、氧化铈5~8份、酚醛树脂25~45份,使得各原料之间产生相互配合和协同作用,提高砂轮的质量,使得氧化铝陶瓷基板在切割过程中的崩口少、尺寸小,提高氧化铝陶瓷基板的垂直度。将金刚石、碳化硅、氧化铈加入溶剂内并超声分散30~40分钟,使得金刚石、碳化硅、氧化铈之间均匀分散;此后继续超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,使得颗粒间不团聚,制备得到的粉料流动性和均匀性得到了显著的提高,进一步提高了砂轮的质量,使得氧化铝陶瓷基板在切割过程中的崩口少、尺寸小,氧化铝陶瓷基板的垂直度得到了进一步的提高。
使用本发明的树脂砂轮在切割0.4mm厚的氧化铝陶瓷基板后,氧化铝陶瓷基板的最大崩边尺寸仅为13.9~25.1μm,氧化铝陶瓷基板的垂直度为11.5~24.5μm。
为进一步提高颗粒的流动性和均匀性,优选的,步骤1)和步骤2)中超声分散的功率为600W;步骤2)中喷雾分散的压力为2~5MPa,喷雾分散的温度为150~180℃。
为进一步提高树脂砂轮各物料之间的结合强度,优选的,步骤4)中所述热压成型为两步,第一步为在190~200℃的温度和2-10Mpa的压力下压制20~30秒,第二步为在190~200℃的温度和2-10Mpa的压力下压制5~10分钟。
为进一步提高树脂砂轮的硬度和强度,优选的,步骤5)中所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至120~130℃并保温0.5~1小时,以1.17℃/分钟的升温速率从120~130℃升温至190~200℃并保温5~8小时,自然降温。
附图说明
图1为本发明实施例2的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备工艺流程图;
图2为本发明实施例6制备得到的树脂砂轮切割后的氧化铝陶瓷基板崩口显微结构图;
图3为本发明实施例6制备得到的树脂砂轮切割后的氧化铝陶瓷基板的垂直度显微结构图;
图4为本发明对比例2制备得到的树脂砂轮切割后的氧化铝陶瓷基板崩口显微结构图;
图5为本发明对比例2制备得到的树脂砂轮切割后的氧化铝陶瓷基板垂直度显微结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中,金刚石、碳化硅、氧化铈、酚醛树脂、溶剂、丙酮、酒精、水,超声分散、喷雾分散、混合、过筛、热压成型法等设备和原料均可通过市售常规渠道获得。超声分散使用的设备为宁波新芝生物科技公司JY92-II超声波细胞粉碎机。热压成型使用的设备为热压机。加工为按照图纸的形状要求加工硬化后的毛坯,开刃。酚醛树脂为河南邦得化工有限责任公司生产的PF2123。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,包括以下步骤:
1)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入溶剂内并超声分散,超声分散的时间为30~40分钟,得预处理料;所述溶剂为丙酮、酒精、水中的任意一种;
2)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,得颗粒;
3)将酚醛树脂与颗粒混合,得混合料;
4)将混合料热压成型,得毛坯;
5)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮。
为防止原料中出现大颗粒团聚,优选的,分别将碳化硅、氧化铈和酚醛树脂过280目筛,取筛下料作为原料使用。
为得到混合均匀的预处理料,优选的,步骤1)中金刚石、碳化硅、氧化铈的体积总和与所述溶剂的体积比为1:(5~8);
为防止混合料中的团聚大颗粒,优选的,步骤3)中将酚醛树脂与颗粒混合后,还有过200目筛,取筛下料的步骤。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例1
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,由以下体积份数的原料采用热压成型法制成:金刚石25份、碳化硅20份、氧化铈5份、50份酚醛树脂PF2123。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法实施例2
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,各原料的用量如本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例1所示,制备工艺流程图如图1所示,包括以下步骤:
1)将碳化硅、氧化铈、酚醛树脂PF2123分别过280目筛,取筛下料;
2)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入丙酮内并超声分散30分钟,得预处理料;金刚石、碳化硅、氧化铈的体积总和与所述溶剂的体积比为1:5;超声分散的功率为600W;
3)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,喷雾分散的压力为2MPa,喷雾分散的温度为150℃,得颗粒;超声分散的功率为600W;
4)将酚醛树脂PF2123与颗粒混合三遍,过200目筛,取筛下料,得混合料;
5)将混合料热压成型;热压成型的过程为两步,第一步为在200℃的温度和2Mpa的压力下压制30秒,放气后进行第二步,第二步为在200℃的温度和2Mpa的压力下压制10分钟,卸模具,得毛坯;
6)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮;所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至130℃并保温1小时,以1.17℃/分钟的升温速率从130℃升温至200℃并保温8小时,自然降温至50℃,出炉;所述加工为按照图纸加工成要求形状并开刃。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例3
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,由以下体积份数的原料采用热压成型法制成:金刚石30份、碳化硅25份、氧化铈8份、37份酚醛树脂PF2123。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法实施例4
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,各原料的用量如本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例3所示,包括以下步骤:
1)将碳化硅、氧化铈、酚醛树脂PF2123分别过280目筛,取筛下料;
2)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入酒精内并超声分散35分钟,得预处理料;金刚石、碳化硅、氧化铈的体积总和与所述溶剂的体积比为1:7;超声分散的功率为600W;
3)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,喷雾分散的压力为3MPa,喷雾分散的温度为150℃,得颗粒;超声分散的功率为600W;
4)将酚醛树脂PF2123与颗粒混合三遍,过200目筛,取筛下料,得混合料;
5)将混合料热压成型;热压成型的过程为两步,第一步为在195℃的温度和7Mpa的压力下压制25秒,放气后进行第二步,第二步为在195℃的温度和7Mpa的压力下压制8分钟,卸模具,得毛坯;
6)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮;所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至125℃并保温0.75小时,以1.17℃/分钟的升温速率从125℃升温至195℃并保温6.5小时,自然降温至50℃,出炉;所述加工为按照图纸加工成要求形状并开刃。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例5
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,由以下体积份数的原料采用热压成型法制成:金刚石35份、碳化硅15份、氧化铈10份、40份酚醛树脂PF2123。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法实施例6
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,各原料的用量如本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的实施例5所示,包括以下步骤:
1)将碳化硅、氧化铈、酚醛树脂PF2123分别过280目筛,取筛下料;
2)将金刚石、碳化硅、氧化铈、加入水内并超声分散40分钟,得预处理料;金刚石、碳化硅、氧化铈的体积总和与所述溶剂的体积比为1:8;超声分散的功率为:600W;
3)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,喷雾分散的压力为5MPa,喷雾分散的温度为180℃,得颗粒;超声分散的功率为600W;
4)将酚醛树脂PF2123与颗粒混合三遍,过200目筛,取筛下料,得混合料;
5)将混合料热压成型;热压成型的过程为两步,第一步为在190℃的温度和10Mpa的压力下压制20秒,放气后进行第二步,第二步为在190℃的温度和10Mpa的压力下压制5分钟,卸模具,得毛坯;
6)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮;所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至120℃并保温0.5小时,以1.17℃/分钟的升温速率从120℃升温至190℃并保温5小时,自然降温至50℃,出炉;所述加工为按照图纸加工成要求形状并开刃。
对比例1
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的对比例1
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,由以下体积份数的原料采用热压成型法制成:金刚石35份、碳化硅15份、氧化铈10份、40份酚醛树脂PF2123。
本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法对比例2
本实施例的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,各原料的用量如本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的对比例1所示,包括以下步骤:
1)将碳化硅、氧化铈、酚醛树脂PF2123分别过280目筛,取筛下料;
2)将金刚石、碳化硅、氧化铈、酚醛树脂PF2123混合均匀,得混合料;
3)将混合料热压成型;热压成型的过程为两步,第一步为在190℃的温度和10Mpa的压力下压制20秒,放气后进行第二步,第二步为在190℃的温度和10Mpa的压力下压制5分钟,卸模具,得毛坯;
4)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮;所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至120℃并保温0.5小时,以1.17℃/分钟的升温速率从120℃升温至190℃并保温5小时,自然降温至50℃,出炉;所述加工为按照图纸加工成要求形状并开刃。
试验例:
切割性能试验:
将上述实施例2、4、6及对比例2中所得的树脂砂轮用于切割0.4mm厚的氧化铝陶瓷基板,切割工艺参数为:主轴转速2000rpm、切割速度5mm/s。垂直度为高出切割面的高度。
切割性能试验结果如下:
实施例2:最大崩边尺寸为25.1μm,垂直度为24.5μm;
实施例4:最大崩边尺寸为18.3μm,垂直度为16.6μm;
实施例6:最大崩边尺寸如图2所示为13.9μm,垂直度如图3所示为11.5μm;
对比例2:最大崩边尺寸如图4所示为48.5μm,垂直度如图5所示为32.6μm。
由上述结果可以看出:本发明的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮,切割后的氧化铝陶瓷基板最大崩边尺寸较小,仅为13.9~25.1μm,切割后的氧化铝陶瓷基板垂直度较小,仅为11.5~24.5μm,切割后的氧化铝陶瓷基板品质得到了明显的提升。

Claims (7)

1.一种氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,所述氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮主要由以下体积份数的原料制成:金刚石25~35份、碳化硅15~25份、氧化铈5~10份、酚醛树脂37-50份;所述制备方法包括以下步骤:
1)将金刚石、碳化硅、氧化铈加入溶剂内并超声分散,超声分散的时间为30~40分钟,得预处理料;所述溶剂为丙酮、酒精、水中的任意一种;
2)将预处理料继续进行超声分散,且在超声分散的过程中进行喷雾分散,得颗粒;
3)将酚醛树脂与颗粒混合,得混合料;
4)将混合料热压成型,得毛坯;
5)将毛坯硬化,加工,即得氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮。
2.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,金刚石的粒度为7~10μm。
3.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,碳化硅的粒度为3~5μm。
4.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,氧化铈的D50为4.2μm。
5.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,步骤1)和步骤2)中超声分散的功率为600W;步骤2)中喷雾分散的压力为2~5MPa,喷雾分散的温度为150~180℃。
6.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,步骤4)中所述热压成型为两步,第一步为在190~200℃的温度和2-10Mpa的压力下压制20~30秒,第二步为在190~200℃的温度和2-10Mpa的压力下压制5~10分钟。
7.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板切割用树脂砂轮的制备方法,其特征在于,步骤5)中所述硬化为,以1.58℃/分钟的升温速率从室温升温至120~130℃并保温0.5~1小时,以1.17℃/分钟的升温速率从120~130℃升温至190~200℃并保温5~8小时,自然降温。
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