EP3356083B1 - Substrat luminescent contenant des particules abrasives, et son procede de preparation - Google Patents

Substrat luminescent contenant des particules abrasives, et son procede de preparation Download PDF

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EP3356083B1
EP3356083B1 EP16777646.7A EP16777646A EP3356083B1 EP 3356083 B1 EP3356083 B1 EP 3356083B1 EP 16777646 A EP16777646 A EP 16777646A EP 3356083 B1 EP3356083 B1 EP 3356083B1
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EP
European Patent Office
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coating
substrate
abrasive
binder
abrasive particles
Prior art date
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EP16777646.7A
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German (de)
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EP3356083A1 (fr
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Mathieu Debourdeau
Amal Chabli
Fabrice Coustier
Bruno Laguitton
Jean-Pierre Simonato
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Thermocompact SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Thermocompact SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Publication of EP3356083A1 publication Critical patent/EP3356083A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B24D3/346—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties utilised during polishing, or grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0018—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by electrolytic deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means

Definitions

  • the present invention relates to a substrate, for example a wire, containing abrasive particles, as defined in the preamble of claim 1.
  • the field of use of the present invention relates in particular to the sawing and polishing of materials such as silicon, sapphire or silicon carbide.
  • the abrasive devices are manufactured by placing abrasive particles on a substrate by means of a binder.
  • abrasive device is for example known from the document WO 02/074492 A2 .
  • This technique makes it possible to obtain sawing or polishing devices, for example polishing mats, cutting or polishing wheels, or cutting wires.
  • the binder makes it possible to bond the abrasive particles and the substrate. It is usually made of resin or metal.
  • the present invention solves this problem by integrating a luminescent compound into an abrasive device.
  • the Applicant has developed an abrasive device incorporating at least one luminescent compound to facilitate control of its surface condition.
  • the coated abrasive particles of C2 are in contact with the binder C1 and with the coating C3.
  • the binder C1 completely covers the substrate
  • the coating C2 completely covers the abrasive particles
  • the coating C3 completely covers the binder C1 and the abrasive particles.
  • the substrate may especially be chosen from the group comprising: a steel wire; a textile; and a metal plate. It may be a saw wire, a polishing cloth, or a grinder disk for example.
  • the substrate is a wire comprising a steel core and having a circular cross section, advantageously a steel wire whose diameter is between 60 micrometers and 1.5 millimeters.
  • a core whose diameter is between 200 micrometers and 1 millimeter is particularly suitable for cutting silicon bricks into ingots.
  • a core whose diameter is between 70 and 200 microns is particularly suitable for cutting silicon wafers (better known as wafers in bricks).
  • the core of the wire is generally in the form of a wire whose tensile strength is advantageously greater than 2000 or 3000 MPa, but generally less than 5000 MPa.
  • the core may have an elongation at break, that is to say the increase in the length of the core before it breaks, advantageously greater than 1%, even more advantageously greater than 2%. However, it remains preferentially less than 10 or 5%.
  • the core of the wire is an electrically conductive material, that is to say a material whose resistivity is less than 10 -5 ohm.m at 20 ° C, and in particular steel.
  • the steel core may especially be of a material selected from the group consisting of carbon steel, ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, and brass steel. Carbon steel preferably contains between 0.6 and 0.8% by weight of this element.
  • the binder C1 makes it possible to bond the abrasive particles and the substrate.
  • the binder C1 is preferably metallic. It may especially consist of a layer of nickel and / or cobalt, for example a nickel / cobalt alloy whose cobalt content is between 20% and 85% by weight relative to the weight of the Ni / Co alloy. advantageously between 37 and 65%.
  • Layer means a film covering the substrate, of homogeneous composition.
  • the coating C3 is also metallic. It may especially consist of a layer of nickel and / or cobalt, for example a nickel / cobalt alloy whose cobalt content is between 10 and 90% by weight relative to the weight of the Ni / Co alloy, advantageously between 20% and 85%, more preferably between 37 and 65%.
  • the binder C1 and the coating C3 advantageously consist of metals or alloys of metals, for example Ni / Co, different from each other.
  • the binder C1 in contact with the substrate may have a hardness greater than that of the coating C3, to ensure the maintenance of the abrasive particles on the substrate.
  • the C3 coating is generally very resistant to abrasion, but also ductile to prevent cracking. This problem of cracking can be encountered when the substrate is a wire, and more precisely during the mechanical stressing of this wire. For this, it is preferable that the coating layer C3 has sufficient ductility. In this respect, it can be seen whether the ductility of the outer layer is sufficient, by subjecting the wire to a simple tensile test until it breaks.
  • the binder C1 and the coating C3 are made of a nickel / cobalt alloy, whose cobalt content is between 20% and 85% by weight relative to the weight of the Ni / Co alloy ( independently from C1 to C3).
  • the coating C3 is advantageously a Ni / Co alloy containing more cobalt than the binder C1.
  • the C3 coating exhibits superior abrasion resistance properties with respect to the high percentage of cobalt.
  • the C3 coating has higher hardness properties than the C1 binder alloy because of its adapted composition, the C3 layer being harder than the C1 layer because of a higher percentage of cobalt.
  • the hardness of the binder C1 or the coating C3, in particular of Ni / Co alloy can be improved by introducing sulfur.
  • This can in particular be carried out according to the method described hereinafter, by introducing sodium saccharinate (C 7 H 4 NO 3 S, Na 2 H 2 O) in an electrolyte bath making it possible to form the binder layer C1. or C3 coating.
  • the binder C1 and / or the coating C3, for example of Ni / Co alloy may contain from 100 to 1000 ppm (parts per million) by weight of sulfur, preferably from 300 to 700 ppm.
  • C1 binder contains sulfur. Indeed, the addition of sulfur increases the hardness of the binder, but it reduces the ductility.
  • a high sulfur content of the coating C3 can cause cracking thereof particularly when the substrate is a wire which is stretched in the cutting zone. This cracking passes water, and it electrolytically contacts the substrate with the binder. It follows a corrosion of the substrate which becomes progressively unusable.
  • the binder C1 and the coating C3 can in particular be obtained by successive electrolytic deposition of metals, and more particularly of metal alloys of Ni / Co type.
  • the metal layers constituting the binder C1 and the coating C3 advantageously have a hardness of between 300 and 800 Hv, advantageously between 300 and 500 Hv.
  • the hardness of a layer of metal or metal alloy is measured using a micro-durometer according to the techniques forming part of the general knowledge of those skilled in the art.
  • a Vickers indenter is generally used, with a load compatible with the thickness of the layer. This charge is generally between 1 gram-force and 100 gram-strength. If the impression left by the Vickers indenter is too big compared to the thickness of the layer (even with a low load), we can use a Knoop indenter (narrower), and convert the Knoop hardness value. in Vickers hardness, using a conversion table.
  • the abrasive particles are coated with a layer of C2.
  • This coating C2 is advantageously metallic, more preferably a material selected from the group comprising nickel, cobalt, iron, copper, and titanium.
  • the abrasive particles are advantageously made of a material chosen from the group comprising silicon carbide SiC; silica SiO 2 ; tungsten carbide WC; silicon nitride Si 3 N 4 ; cubic boron nitride cBN; CrO 2 chromium dioxide; Al 2 O 3 aluminum oxide; Diamonds ; and diamonds pre-coated with nickel, iron, cobalt, copper, or titanium, or their alloys.
  • the abrasive substrate may comprise several types of distinct abrasive particles.
  • the abrasive particles consist of grains coated with a coating C2, which may be distinct from the binder C1 and the coating C3. This coating C2 at least partially covers each grain, advantageously completely.
  • the materials covering the grains, such as grains of diamonds, are, for example, nickel, cobalt, iron, copper, or titanium.
  • the total diameter of the particles is advantageously between 1 micrometer and 500 micrometers.
  • the diameter of the particles is preferably less than one third of the diameter of the core of the steel wire.
  • the diameter of the particles may be between 10 and 22 microns for a wire whose core has a diameter of 0.12 mm.
  • Diameter means the largest diameter (or the largest dimension) of the particles when they are not spherical.
  • the coating C2 covering the grain is made of a ferromagnetic material at the manufacturing temperature of the abrasive wire (electrolytic deposition of the abrasive particles - see the method described below).
  • Nickel, iron, and cobalt are examples. These metals can be alloyed with each other, and they can also contain hardening elements such as sulfur and phosphorus. It should be noted that phosphorus decreases the ferromagnetism of nickel, and that, in this case, it is necessary to limit its concentration.
  • the material forming the coating C2 is advantageously electrically conductive.
  • the coating C2 at least partially covers the abrasive particles, advantageously completely.
  • the portion of the grain in contact with the material to be cut or polished is devoid of coating, the latter being eroded at the first cutting operations, the same way that the coating C3.
  • the mass of the coating C2, relative to the total mass of the coated particles, is advantageously between 10% and 60%, especially in the case of diamond grains.
  • This coating C2 may in particular be deposited on the grains prior to the use of grains / abrasive particles in the method of manufacturing the abrasive substrate according to the invention.
  • the techniques that can be implemented for the deposition of a coating C2 on each of the grains include sputtering, but also electrolysis, chemical vapor deposition (CVD). Vapor Deposition "), and electrochemical electroless plating (Electroless Nickel Plating).
  • the abrasive substrate according to the invention comprises at least one luminescent compound.
  • This compound is advantageously in the form of luminescent particles, advantageously inorganic luminescent particles, and still more advantageously inorganic fluorescent particles.
  • the inorganic luminescent particles may advantageously be chosen from the group comprising the particles based on, and advantageously constituted by, metal oxide; metallic sesquioxide; metal oxyfluoride; vanadate metal; of metal fluoride, and mixtures thereof.
  • the particles are advantageously doped with one or more active centers of the family of lanthanides or of the family of transition elements.
  • the luminescent particles can be used in mixtures to create a luminescent optical code.
  • the luminescent particles are doped with ions of the family of lanthanides, advantageously europium.
  • the intensity of the luminescence depends on the doping rate and can go through a maximum.
  • the doping of these particles may vary from 0.5 to 50% relative to the number of moles of metal constituting the particles, more preferably from 1 to 5%.
  • markers ie several types of luminescent particles can be used to mark the substrate.
  • the amount of each type of incorporated particles may be different.
  • each type of particle can have its own signature.
  • the authentication of the substrate may require the detection of several particles at different wavelengths.
  • the particles may comprise within the same particle different optical signatures detectable at different wavelengths. It is then diptych or triptych particles for example.
  • the particles may have a spherical, cubic, cylindrical, parallelepipedic shape.
  • the size of the particles is defined by their largest average size, that is to say by their diameter when they are spherical, their average length when they are rod-shaped.
  • the luminescent particles are particles whose average size is advantageously between 4 and 1000 nanometers.
  • the particles are nanoparticles.
  • the average size of the nanoparticles is advantageously between 4 and 100 nanometers, more preferably between 20 and 50 nanometers.
  • the particles, and more advantageously the nanoparticles can be encapsulated (coated), in particular in a polysiloxane or silicon oxide matrix.
  • the new polysiloxane or silica surface can then be functionalized with organosilane coupling agents, such as substituted alkoxysilanes such as aminopropyltriethoxysilane or derivatives of the same family.
  • organosilane coupling agents such as substituted alkoxysilanes such as aminopropyltriethoxysilane or derivatives of the same family.
  • these surface modifications of the particles can affect the hydrophilic / hydrophobic character of the particles and thus modify the affinity and diffusivity of the inorganic luminescent particles within the binder C1, the coating C2 or the coating C3. A better homogeneity of the distribution of the luminescent particles can thus be obtained.
  • the particles When the particles are coated, their average size also remains within the size ranges mentioned above. In general, the coating increases the average particle size of the order of 5 to 15 nanometers.
  • At least one luminescent compound is integrated with the abrasive substrate. As already indicated, it can be integrated in the binder C1 and / or in the coating C2 and / or in the coating C3.
  • a luminescent compound CL1 can be introduced into the bath B1 so as to be incorporated in the binder C1.
  • a luminescent compound CL2 may be introduced beforehand into the coating C2.
  • a luminescent compound CL3 can be introduced into the bath B2 so as to be incorporated in the coating C3.
  • the luminescent compound is introduced in the form of an aqueous solution of nanoparticles or luminescent nanocolloids in a homogeneous aqueous solution (bath B 1 and / or bath B 2 ).
  • a homogeneous aqueous solution bath B 1 and / or bath B 2 .
  • the resulting aqueous solution is then subjected to the application of a known method of electrolytic (or galvanic) deposition on a substrate.
  • the luminescent compound When the luminescent compound is incorporated in the binder C1 or the coating C3, its amount may represent 0.05 to 5% by weight relative to the weight of the binder C1 or the coating C3, advantageously 0.1 to 1%.
  • the luminescent compound may have a concentration of between 0.01 and 5 g / 100 in the bath B 1 or B 2 , advantageously 0.5 to 1 g / 100.
  • the luminescent compound When the luminescent compound is integrated in the coating C2, its amount may represent 0.05 to 5% by weight relative to the weight of the coating C2, advantageously 0.1 to 1%.
  • the luminescent compound CL2 is integrated in C2 by means of an electrolyte bath in which the abrasive particles coated with a metal layer advantageously deposited by CVD are immersed.
  • the electrolyte baths B 1 and B 2 comprise metal ions forming the binder C1 and the coating C2. They may in particular comprise at least cobalt ions and / or nickel ions.
  • Co 2+ and Ni 2+ ions are generally introduced into the baths B 1 and B 2 .
  • other oxidation levels can coexist, but, in general, they are very minor in concentration in the electrolysis baths.
  • the bath B 2 may have a composition of metal ions, such as nickel and cobalt ions, distinct from that of the bath B 1 .
  • the bath B 2 is advantageously devoid of abrasive particles.
  • the coating C3 may be pure cobalt metal that resists abrasion.
  • the coating C3 may be covered by one or more layers.
  • the layer or layers covering the coating C3 may be obtained either by reiteration of the passage in the bath B 2 , or by passage through at least one other electrolytic bath comprising ions Co II and Ni II.
  • the baths B 1 and B 2 comprise, independently of one another, between 1 and 150 g / l of cobalt II ions and between 50 and 150 g / l of nickel ions II.
  • the bath B 1 comprises between 1 and 100 g / l of abrasive particles.
  • the hardness of the binder C1 or the coating C3 can also be improved by incorporation of sulfur.
  • the sulfur can be introduced in particular by addition of sodium saccharinate (C 7 H 4 NO 3 S, Na 2 H 2 O) in the electrolyte bath B 1 or B 2 , advantageously only in B 1 .
  • the quantity introduced may be between 1 and 10 g / l, advantageously of the order of 5 g / l.
  • the temperature of the bath B 1 or B 2 is advantageously between 60 and 90 ° C.
  • the abrasive substrate Once the abrasive substrate has been formed, it can be subjected to a lapping step which makes it possible to improve the performance of the abrasive substrate at the output of manufacture by discovering the abrasive particles.
  • the invention also relates to the use of the abrasive substrate described above, for sawing or polishing a material that can be chosen especially from the group comprising silicon, sapphire, and silicon carbide.
  • the abrasive substrate can be used in the production of wafers of silicon.
  • the abrasive substrate according to the material to be cut or polished. More particularly, the abrasive particles are chosen to be harder than the material to be cut or polished.
  • the present invention provides important advantages in the regular control of the abrasive properties of the abrasive substrate according to the invention.
  • the abrasive particles (2) coated with C2 ( figure 2 ) are in contact with the binder C1 and with the coating C3.
  • the abrasive substrate comprises at least one luminescent compound CL in the binder C1 and / or in the coating C2 and / or in the coating C3.
  • the presence of the luminescent compound CL can be detected by different devices.
  • the quality control and wear control of the abrasive substrate can be monitored by these devices that can excite the luminescent compounds, coupled with the acquisition of images.
  • the system of acquisition / observation of luminescence comprises a camera C and a lens O provided with a bandpass filter for selecting the emission wavelength of the luminescent compound integrated in the abrasive substrate.
  • the emission of the luminescent compound can be ensured by exposing the abrasive substrate SA to a filtered light source SL.
  • the luminescence acquisition system comprises an optical fiber spectrometer S, the illumination (excitation of the luminescent compound) being carried out by a laser La with a chosen wavelength and a spectrum width sufficiently fine to avoid any spurious signal.
  • the abrasive substrate SA comprises a plurality of luminescent compounds
  • one or more excitation sources may be used to detect all the luminescent compounds present in the abrasive substrate SA.
  • an image acquisition system comprising one or more optical filters may be used, the filters only allowing the desired wavelengths for measuring the quality or wear of the abrasive substrate.
  • the quantification of the detected signal is ensured by a calibration of the system with wear standards of the abrasive substrate so as to define two main thresholds, high and low threshold.
  • abrasive substrate prior to measuring its luminescence.
  • This cleaning eliminates any unwanted signals from dirt cutting or polishing. It can be made by high-pressure water jet just before the acquisition zone which itself is outside the cutting or polishing zone.
  • the figure 5 corresponds to a particular embodiment of the invention in which the abrasive substrate comprises a luminescent compound CL1 in the binder C1.
  • the abrasive substrate is replaced as soon as the signal L1 reaches a predefined threshold corresponding to a wear rate that does not allow it to perform its sawing or polishing function.
  • a calibration of the control device makes it possible to define this threshold.
  • This configuration makes it possible to monitor the wear of the abrasive substrate by monitoring the appearance of the signal L1 corresponding to the emission of the luminescent compound CL1. This signal appears as soon as abrasive particles (2) are torn from the substrate (1).
  • This embodiment (CL1 in C1) is particularly suitable for a diamond grinding wheel type substrate which requires regular brightening to discover the abrasive particles so as to maintain its abrasive power.
  • the presence of a luminescent compound in the binder C1 makes it possible to indicate the end of life of the tool.
  • the figure 6 corresponds to a particular embodiment of the invention in which the abrasive substrate comprises a luminescent compound CL2 in the coating C2.
  • wear of the abrasive substrate can be monitored by monitoring the decrease of the L2 signal.
  • the small amount of the layer C2 and thus CL2 around the particles has the disadvantage of limiting the dynamics of the measurement.
  • This embodiment is particularly suitable for a textile substrate.
  • a luminescent compound in the coating C2 makes it possible to control the abrasive quality of the carpet.
  • a sharp decrease in the signal emitted by the luminescent compound then corresponds to a decrease in the abrasive properties resulting from the loss of abrasive particles. It is then necessary to replace the carpet.
  • the figure 7 corresponds to a particular embodiment of the invention in which the abrasive substrate comprises a luminescent compound CL3 in the coating C3.
  • the presence of the luminescent compound CL3 in the coating C3 makes it possible to create a contrast between CL3 and the abrasive particles C2.
  • the luminescence signal comes from the coating C3. No signal is observed at the level of the diamonds when they have been ground, that is to say without the C3 coating.
  • This configuration makes it possible to follow the wear of the wire thanks to a predefined low signal threshold commanding the stopping of the machine as soon as this threshold is reached.
  • the abrasive substrate according to the invention can also comprise simultaneously two or three luminescent compounds among CL1 (in C1), CL2 (in C2) and CL3 (in C3).
  • This embodiment makes it possible to improve the monitoring of the quality and wear of the abrasive substrate from its manufacture until its change.
  • the binder C1 and / or the coating C2 of the abrasive particles may respectively comprise the luminescent compounds CL1 and CL2.
  • the emission of CL1 and / or the absence or decrease of the emission of CL2 demonstrates the reduction of the abrasive power, triggering the replacement of the abrasive substrate.
  • the galvanic treatment is carried out on a brass substrate at a temperature of 50 ° C.
  • the galvanic deposition is carried out with mechanical stirring of the electrolyte bath so as to maintain the dispersion of the particles in solution.
  • Electrolytic deposition is accomplished by passing a current between two electrodes in the aqueous electrolyte bath.
  • the substrate to be covered corresponds to one of the electrodes (cathode).
  • the skilled person will use his knowledge to determine the nature (intensity, potential) of the current to be applied, depending on the geometry, the distance between electrodes, the nature of the metal ions or their concentration in solution ( see in particular: Galvanotechnical Treaty, Louis Lacourcelle, 1997, Galva-Conseils Edition ).
  • the current flow conditions, the reaction time and the geometry of the electrodes in the bath are interdependent and are fixed so as to obtain a layer 4 microns thick covering the surface of the cathode at the end of the deposition time ( 1 minute).
  • the solution thus prepared is homogeneous. It is not a dispersion requiring permanent agitation.
  • the cationic nanocolloid solution used has a migration behavior towards the cathode similar to that of the metal ions used in the solution to form a metal deposit under the influence of a galvanic current.
  • the resulting substrate has fluorescent zones but distributed very heterogeneously.
  • the solution of luminescent compounds does not interfere with the migration of ions and nanoparticles in homogeneous solution under the effect of the current. It is possible to form a smooth metal surface. On the other hand, the presence of particles in suspension disturbs the deposition of the metal layer, rendering it rough, heterogeneous and discontinuous.
  • the third curve of the figure 8 optimizes the excitation of the luminescent compound for better efficiency.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un substrat, par exemple un fil, contenant des particules abrasives, tel que défini dans le préambule de la revendication 1.
  • Le domaine d'utilisation de la présente invention concerne notamment le sciage et le polissage de matériaux tels que le silicium, le saphir ou le carbure de silicium.
    • ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
  • De manière générale, les dispositifs abrasifs sont fabriqués par mise en place de particules abrasives sur un substrat au moyen d'un liant. Un tel dispositif abrasif est par exemple connu du document WO 02/074492 A2 .
  • Cette technique permet d'obtenir des dispositifs de sciage ou de polissage, par exemple des tapis de polissage, des meules de découpe ou de polissage, ou des fils de découpe.
  • Le liant permet de solidariser les particules abrasives et le substrat. Il est généralement constitué de résine ou de métal.
  • Cependant, l'absence de contraste et de relief entre les particules et le substrat complique tout suivi précis de l'usure des dispositifs abrasifs.
  • La présente invention permet de résoudre ce problème en intégrant un composé luminescent au sein d'un dispositif abrasif.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Le Demandeur a mis au point un dispositif abrasif intégrant au moins un composé luminescent afin de faciliter le contrôle de son état de surface.
  • Ainsi, il est possible de contrôler l'état du dispositif abrasif à l'issue de sa fabrication, mais aussi au cours de son utilisation, et donc de procéder à son remplacement au moment opportun.
  • Plus précisément, la présente invention concerne un substrat abrasif de sciage ou de polissage, comprenant :
    • un substrat ;
    • un liant C1 recouvrant au moins une partie du substrat ;
    • des particules abrasives présentant un enrobage, au moins partiel, C2 ;
    • un revêtement C3 recouvrant au moins en partie le liant C1 et les particules abrasives enrobées de C2 ;
    • au moins un composé luminescent.
  • Dans ce substrat abrasif, les particules abrasives enrobées de C2 sont en contact avec le liant C1 et avec le revêtement C3.
  • En outre et de manière avantageuse, le liant C1 recouvre intégralement le substrat, l'enrobage C2 recouvre intégralement les particules abrasives, le revêtement C3 recouvre intégralement le liant C1 et les particules abrasives. Ces propriétés concernent bien évidemment un substrat abrasif neuf, avant toute utilisation.
  • Le substrat peut notamment être choisi dans le groupe comprenant : un fil en acier ; un textile ; et une plaque métallique. Il peut s'agir d'un fil de sciage, d'un textile de polissage, ou d'un disque de meuleuse par exemple.
  • De manière avantageuse, le substrat est un fil comprenant une âme en acier et présentant une section transversale circulaire, avantageusement un fil en acier dont le diamètre est compris entre 60 micromètres et 1,5 millimètre.
  • L'homme du métier saura adapter le diamètre de l'âme du fil en acier en fonction du matériau devant être découpé. Ainsi, une âme dont le diamètre est compris entre 200 micromètres et 1 millimètre est particulièrement adaptée pour découper des briques de silicium dans des lingots. En revanche, une âme dont le diamètre est compris entre 70 et 200 micromètres est particulièrement adaptée pour découper des tranches de silicium (mieux connues sous l'expression anglo-saxonne « wafers » dans des briques. L'âme du fil se présente généralement sous la forme d'un fil dont la résistance à la traction est avantageusement supérieure à 2000 ou 3000 MPa, mais généralement, inférieure à 5000 MPa.
  • D'autre part, l'âme peut présenter un allongement à la rupture, c'est-à-dire l'augmentation de la longueur de l'âme avant que celle-ci ne casse, avantageusement supérieur à 1%, encore plus avantageusement supérieur à 2%. Toutefois, il reste préférentiellement inférieur à 10 ou 5%.
  • De manière avantageuse, l'âme du fil est en un matériau conducteur électrique, c'est-à-dire un matériau dont la résistivité est inférieure à 10-5ohm.m à 20°C, et notamment l'acier.
  • L'âme en acier peut notamment être en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'acier au carbone, l'acier inoxydable ferritique, l'acier inoxydable austénitique, et l'acier laitonné. L'acier au carbone contient préférentiellement entre 0.6 et 0.8% en poids de cet élément.
  • Le liant C1 permet de solidariser les particules abrasives et le substrat.
  • Le liant C1 est préférablement métallique. Il peut notamment être constitué d'une couche en nickel et/ou en cobalt, par exemple un alliage nickel/cobalt dont la teneur en cobalt est comprise entre 20% et 85% en poids par rapport au poids de l'alliage Ni/Co, avantageusement entre 37 et 65%.
  • Par « couche », on entend une pellicule recouvrant le substrat, de composition homogène.
  • De manière avantageuse, le revêtement C3 est également métallique. Il peut notamment être constitué d'une couche en nickel et/ou en cobalt, par exemple un alliage nickel/cobalt dont la teneur en cobalt est comprise entre 10 et 90% en poids par rapport au poids de l'alliage Ni/Co, avantageusement entre 20% et 85%, plus avantageusement entre 37 et 65%.
  • Cependant, le liant C1 et le revêtement C3 sont avantageusement constitués de métaux ou d'alliages de métaux, par exemple Ni/Co, différents les uns des autres.
  • Ainsi, le liant C1, en contact avec le substrat, peut présenter une dureté supérieure à celle du revêtement C3, afin d'assurer le maintien des particules abrasives sur le substrat.
  • Le revêtement C3 est généralement très résistant à l'abrasion, mais aussi ductile afin d'éviter sa fissuration. Ce problème de fissuration peut être rencontré lorsque le substrat est un fil, et plus précisément lors de la mise sous tension mécanique de ce fil. Pour cela, il est préférable que la couche de revêtement C3 ait une ductilité suffisante. A cet égard, on peut observer si la ductilité de la couche externe est suffisante, en soumettant le fil à un simple essai de traction, jusqu'à sa rupture.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le liant C1 et le revêtement C3 sont réalisés en un alliage nickel/cobalt, dont la teneur en cobalt est comprise entre 20% et 85% en poids par rapport au poids de l'alliage Ni/Co (indépendamment de C1 à C3). Dans ce cas, le revêtement C3 est avantageusement en un alliage Ni/Co contenant plus de cobalt que le liant C1. Ainsi, le revêtement C3 présente des propriétés de résistance à l'abrasion supérieures eu égard au fort pourcentage de cobalt. En outre, le revêtement C3 présente des propriétés de dureté supérieures à celles de l'alliage du liant C1 en raison de sa composition adaptée, la couche C3 étant plus dure que la couche C1 en raison d'un pourcentage plus élevé en cobalt.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, la dureté du liant C1 ou du revêtement C3, notamment en alliage Ni/Co, peut être améliorée par introduction de soufre. Ceci peut notamment être mis en oeuvre selon le procédé décrit ci-après, par introduction de saccharinate de sodium (C7H4NO3S, Na, 2H2O) dans un bain d'électrolyte permettant de former la couche de liant C1 ou de revêtement C3.
  • Ainsi, le liant C1 et/ou le revêtement C3, par exemple en alliage Ni/Co, peut contenir de 100 à 1000 ppm (parties par million) en poids de soufre, de préférence de 300 à 700 ppm.
  • Il est préférable que seul le liant C1 contienne du soufre. En effet, l'addition de soufre augmente la dureté du liant, mais elle en diminue la ductilité. Une teneur en soufre élevée du revêtement C3 peut provoquer une fissuration ce celui-ci notamment lorsque le substrat est un fil qui est tendu dans la zone de découpe. Cette fissuration laisse passer de l'eau, et elle met en contact électrolytique le substrat, avec le liant. Il s'ensuit une corrosion du substrat qui devient progressivement inutilisable.
  • Le liant C1 et le revêtement C3 peuvent notamment être obtenus par dépôts électrolytiques successifs de métaux, et plus particulièrement d'alliages métalliques de type Ni/Co.
  • Les couches métalliques constituant le liant C1 et le revêtement C3 présentent avantageusement une dureté comprise entre 300 et 800 Hv, avantageusement entre 300 et 500 Hv.
  • La dureté d'une couche de métal ou d'alliage de métaux (C1 et C3) est mesurée à l'aide d'un micro-duromètre selon les techniques faisant partie des connaissances générales de l'homme du métier. Un indenteur Vickers est généralement employé, avec une charge compatible avec l'épaisseur de la couche. Cette charge est généralement comprise entre 1 gramme-force et 100 grammes-force. Si l'empreinte laissée par l'indenteur Vickers a une taille trop grosse par rapport à l'épaisseur de la couche (même avec une faible charge), on peut employer un indenteur Knoop (plus étroit), et convertir la valeur de dureté Knoop en dureté Vickers, à l'aide d'une table de conversion.
  • Comme déjà indiqué, les particules abrasives sont enrobées d'une couche de C2. Cet enrobage C2 est avantageusement métallique, plus avantageusement en un matériau choisi dans le groupe comprenant le nickel, le cobalt, le fer, le cuivre, et le titane.
  • D'autre part, les particules abrasives sont avantageusement en un matériau choisi dans le groupe comprenant le carbure de silicium SiC ; la silice SiO2 ; le carbure de tungstène WC ; le nitrure de silicium Si3N4 ; le nitrure de bore cubique cBN ; le dioxyde de chrome CrO2 ; l'oxyde d'aluminium Al2O3 ; les diamants ; et les diamants pré-revêtus de nickel, fer, cobalt, cuivre, ou titane, ou de leurs alliages.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le substrat abrasif peut comprendre plusieurs types de particules abrasives distinctes.
  • L'homme du métier saura choisir la combinaison adéquate liant C1/particules abrasives en fonction de l'utilisation du substrat abrasif, par exemple en fonction du matériau à découper lorsque le substrat abrasif est un fil abrasif.
  • Les particules abrasives sont constituées de grains recouverts d'un enrobage C2, qui peut être distinct du liant C1 et du revêtement C3. Cet enrobage C2 recouvre au moins partiellement chaque grain, avantageusement intégralement. Les matériaux recouvrant les grains, tels que des grains de diamants, sont par exemple le nickel, le cobalt, le fer, le cuivre, ou bien le titane.
  • Le diamètre total des particules, c'est-à-dire du grain et de l'enrobage C2, est avantageusement compris entre 1 micromètre et 500 micromètres. Lorsque le substrat est un fil en acier, le diamètre des particules est préférentiellement inférieur au tiers du diamètre de l'âme du fil en acier. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le diamètre des particules peut être compris entre 10 et 22 micromètres pour un fil dont l'âme présente un diamètre de 0.12mm.
  • Par diamètre, on entend le plus grand diamètre (ou la plus grande dimension) des particules lorsque celles-ci ne sont pas sphériques.
  • De manière avantageuse, l'enrobage C2 recouvrant le grain est en un matériau ferromagnétique à la température de fabrication du fil abrasif (dépôt électrolytique des particules abrasives - voir le procédé décrit ci-après). Le nickel, le fer, et le cobalt en sont des exemples. Ces métaux peuvent être alliés entre eux, et ils peuvent aussi contenir des éléments durcissant comme le soufre et le phosphore. Il est à noter que le phosphore diminue le ferromagnétisme du nickel, et que, dans ce cas, il faut en limiter la concentration.
  • En outre, le matériau formant l'enrobage C2 est avantageusement conducteur électrique.
  • L'enrobage C2 recouvre au moins partiellement les particules abrasives, avantageusement intégralement. Cependant, au cours de l'utilisation du substrat abrasif selon l'invention, la partie du grain au contact du matériau à découper ou à polir est dépourvue d'enrobage, celui-ci étant érodé dès les premières opérations de découpe, de la même manière que le revêtement C3.
  • La masse de l'enrobage C2, rapportée à la masse totale des particules enrobées, est avantageusement comprise entre 10% et 60%, notamment dans le cas de grains de diamant.
  • Cet enrobage C2 peut notamment être déposé sur les grains préalablement à l'utilisation des grains/particules abrasives dans le procédé de fabrication du substrat abrasif selon l'invention. Les techniques pouvant être mises en oeuvre pour le dépôt d'un enrobage C2 sur chacun des grains incluent notamment la pulvérisation cathodique (« sputtering »), mais également l'électrolyse, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD de l'anglais « Chemical Vapor Deposition »), et le dépôt électrochimique sans courant (« Electroless Nickel Plating »).
  • De manière générale, 5 à 50% de la surface du substrat abrasif sont occupés par des particules abrasives, elles-mêmes étant éventuellement recouvertes par le revêtement C3 lorsque le fil est neuf.
  • Comme déjà indiqué, le substrat abrasif selon l'invention comprend au moins un composé luminescent. Ce composé se présente avantageusement sous la forme de particules luminescentes, avantageusement des particules inorganiques luminescentes, et encore plus avantageusement des particules inorganiques fluorescentes.
  • Les particules inorganiques luminescentes peuvent être avantageusement choisies dans le groupe comprenant les particules à base, et avantageusement constituées, d'oxyde métallique ; de sesquioxyde métallique ; d'oxyfluorure métallique ; de vanadate métallique ; de fluorure métallique, et leurs mélanges.
  • Il peut notamment s'agir de particules inorganiques choisies dans le groupe comprenant Y2O3 ; YVO4 ; Gd2O3 ; Gd2O2S ; LaF3 ; et leurs mélanges.
  • Les particules sont avantageusement dopées par un ou plusieurs centres actifs de la famille des lanthanides ou bien de la famille des éléments de transition.
  • En outre, les particules luminescentes peuvent être utilisées en mélanges pour créer un code optique luminescent.
  • De manière avantageuse, les particules luminescentes sont dopées avec des ions de la famille des lanthanides, avantageusement de l'europium. L'intensité de la luminescence dépend du taux de dopage et peut passer par un maximum. Ainsi, le dopage de ces particules peut varier de 0,5 à 50 % par rapport au nombre de moles de métal constituant les particules, plus avantageusement de 1 à 5 %.
  • Plusieurs marqueurs, c'est à dire plusieurs types de particules luminescentes peuvent être utilisées pour marquer le substrat. Dans ce cas, la quantité de chaque type de particules incorporées peut être différente. En outre, chaque type de particules peut avoir sa propre signature. En d'autres termes, l'authentification du substrat peut nécessiter la détection de plusieurs particules à différentes longueurs d'ondes.
  • Ainsi, en faisant varier la proportion de chacun des différents marqueurs, plusieurs codes optiques peuvent être créés eu égard à l'intensité relatives des signaux de luminescence.
  • Selon un mode de réalisation particulier, les particules peuvent comprendre au sein d'une même particule différentes signatures optiques détectables à différentes longueurs d'onde. Il s'agit alors de particules diptyques ou triptyques par exemple.
  • De manière générale, les particules peuvent présenter une forme sphérique, cubique, cylindrique, parallélépipédique.
  • On définit la taille des particules par leur dimension moyenne la plus importante, c'est-à-dire par leur diamètre lorsqu'elles sont de forme sphérique, leur longueur moyenne lorsqu'elles sont de forme de bâtonnets.
  • Ainsi, dans le cadre de l'invention, les particules luminescentes sont des particules dont la taille moyenne est avantageusement comprise entre 4 et 1000 nanomètres.
  • Selon un mode de réalisation préféré, les particules sont des nanoparticules.
  • La taille moyenne des nanoparticules est de manière avantageuse comprise entre 4 et 100 nanomètres, plus avantageusement encore entre 20 et 50 nanomètres.
  • En outre, les particules, et plus avantageusement les nanoparticules, peuvent être encapsulées (enrobées), notamment dans une matrice de polysiloxane ou d'oxyde de silicium. La nouvelle surface de polysiloxane ou de silice peut alors être fonctionnalisée avec des agents de couplage organosilane, tels que des alkoxysilanes substitués comme l'aminopropyltriéthoxysilane ou des dérivés de la même famille. La formation de la surface de polysiloxane ou la fonctionnalisation de cette surface permet d'améliorer la dispersion dans le solvant et la stabilité des particules dans les dispersions. Par ailleurs, ces modifications de surface des particules peuvent affecter le caractère hydrophile/hydrophobe des particules et ainsi modifier l'affinité et la diffusivité des particules inorganiques luminescentes au sein du liant C1, de l'enrobage C2 ou du revêtement C3. Une meilleure homogénéité de la répartition des particules luminescentes peut ainsi être obtenue.
  • Lorsque les particules sont enrobées, leur taille moyenne reste également comprise dans les fourchettes de taille mentionnées ci-avant. De manière générale, l'enrobage augmente la taille moyenne des particules de l'ordre de 5 à 15 nanomètres.
  • Le substrat abrasif selon l'invention peut comprendre un ou plusieurs composés luminescents. Ainsi, selon sept modes de réalisation particuliers, le substrat abrasif peut comprendre l'une des combinaisons suivantes :
    • un composé luminescent CL1 dans le liant C1 ;
    • un composé luminescent CL2 dans l'enrobage C2 ;
    • un composé luminescent CL3 dans le revêtement C3 ;
    • deux composés luminescents CL1 et CL2 respectivement dans le liant C1 et dans l'enrobage C2 ; CL1 et CL2 étant distincts l'un de l'autre ;
    • deux composés luminescents CL1 et CL3 respectivement dans le liant C1 et dans le revêtement C3 ; CL1 et CL3 étant distincts l'un de l'autre ;
    • deux composés luminescents CL2 et CL3 respectivement dans l'enrobage C2 et dans le revêtement C3 ; CL2 et CL3 étant distincts l'un de l'autre ;
    • trois composés luminescents CL1, CL2 et CL3 respectivement dans le liant C1, l'enrobage C2, et le revêtement C3 ; CL1, CL2 et CL3 étant distincts les uns des autres.
  • La présente invention concerne également un procédé permettant de préparer le substrat abrasif selon l'invention. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
    • formation d'un substrat abrasif par dépôt électrolytique sur un substrat d'un liant C1 et de particules abrasives éventuellement magnétiques, par passage dans un bain B1 d'électrolyte contenant des particules abrasives,
      • ▪ lesdites particules abrasives présentant un enrobage, au moins partiel, C2,
      • ▪ le liant C1 recouvrant au moins partiellement le substrat, avantageusement intégralement ;
    • dépôt électrolytique d'un revêtement C3, par passage dans un bain B2 d'électrolyte,
      • ▪ le revêtement C3 recouvrant au moins partiellement le liant C1 et les particules abrasives, avantageusement intégralement,
      • ▪ les particules abrasives étant en contact avec le liant C1 et le revêtement C3 ;
    • intégration d'au moins un composé luminescent dans au moins une couche parmi le liant C1, l'enrobage C2 ou le revêtement C3.
  • Dans ce procédé, au moins un composé luminescent est intégré au substrat abrasif. Comme déjà indiqué, il peut être intégré dans le liant C1 et/ou dans l'enrobage C2 et/ou dans le revêtement C3.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un composé luminescent CL1 peut être introduit dans le bain B1 de manière à être incorporé dans le liant C1.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, un composé luminescent CL2 peut être préalablement introduit dans l'enrobage C2.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, un composé luminescent CL3 peut être introduit dans le bain B2 de manière à être incorporé dans le revêtement C3.
  • De manière générale, le composé luminescent est introduit sous la forme d'une solution aqueuse de nanoparticules ou de nanocolloïdes luminescents dans une solution aqueuse homogène (bain B1 et/ou bain B2). La solution aqueuse résultante est ensuite soumise à l'application d'un procédé connu de dépôt électrolytique (ou galvanique) sur un substrat.
  • Lorsque le composé luminescent est intégré au liant C1 ou au revêtement C3, sa quantité peut représenter 0,05 à 5% en poids par rapport au poids du liant C1 ou du revêtement C3, avantageusement 0,1 à 1%.
  • De manière à assurer ce dopage, le composé luminescent peut présenter une concentration comprise entre 0,01 et 5 g/100 dans le bain B1 ou B2, avantageusement 0,5 à 1g/100.
  • Lorsque le composé luminescent est intégré à l'enrobage C2, sa quantité peut représenter 0,05 à 5% en poids par rapport au poids de l'enrobage C2, avantageusement 0,1 à 1%.
  • Le composé luminescent CL2 est intégré dans C2 grâce à un bain d'électrolyte dans lequel on plonge les particules abrasives recouvertes d'une couche métallique avantageusement déposée par CVD.
  • De manière avantageuse, les bains B1 et B2 d'électrolyte comprennent des ions métalliques formant le liant C1 et le revêtement C2. Ils peuvent notamment comprendre au moins des ions cobalt et/ou des ions nickel.
  • Dans la pratique, des ions Co2+ et Ni2+ sont généralement introduits dans les bains B1 et B2. Cependant, d'autres degrés d'oxydation peuvent coexister, mais, de manière générale, ils sont très minoritaires en concentration dans les bains d'électrolyse.
  • De manière avantageuse, le procédé peut également comprendre au moins l'une des étapes suivantes, avant le dépôt électrolytique :
    • dégraissage du substrat en milieu alcalin ;
    • décapage du substrat en milieu acide.
  • Le bain B2 peut présenter une composition en ions métalliques, tels que des ions nickel et cobalt, distincte de celle du bain B1. Le bain B2 est avantageusement dépourvu de particules abrasives.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le revêtement C3 peut être en cobalt pur, métal qui résiste bien à l'abrasion.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le revêtement C3 peut être recouvert par une ou plusieurs couches. La ou les éventuelles couches recouvrant le revêtement C3 peuvent être obtenues soit par réitération du passage dans le bain B2, soit par passage dans au moins un autre bain électrolytique comprenant des ions Co II et Ni II.
  • De manière avantageuse, les bains B1 et B2, et le cas échéant les autres bains, comprennent, indépendamment les uns des autres, entre 1 et 150 g/L d'ions cobalt II et entre 50 et 150 g/L d'ions nickel II.
  • D'autre part, le bain B1 comprend entre 1 et 100 g/L de particules abrasives.
  • Comme déjà indiqué, la dureté du liant C1 ou du revêtement C3 peut également être améliorée par incorporation de soufre.
  • Ainsi, le soufre peut être introduit notamment par addition de saccharinate de sodium (C7H4NO3S, Na, 2H2O) dans le bain d'électrolyte B1 ou B2, avantageusement uniquement dans B1. La quantité introduite peut être comprise entre 1 et 10 g/L, avantageusement de l'ordre de 5 g/L.
  • Lors de la formation du liant C1 ou du revêtement C3, la température du bain B1 ou B2 est avantageusement comprise entre 60 et 90°C.
  • Pour plus de détails sur les étapes du procédé ainsi que le dispositif mis en oeuvre, l'homme du métier pourra faire appel à ses connaissances techniques et particulièrement au contenu du document FR 2 988 628 .
  • Une fois, le substrat abrasif formé, il peut être soumis à une étape de rodage qui permet d'améliorer la performance du substrat abrasif en sortie de fabrication en découvrant les particules abrasives.
  • L'invention concerne également l'utilisation du substrat abrasif décrit ci-dessus, pour scier ou polir un matériau pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant le silicium, le saphir, et le carbure de silicium. Le substrat abrasif peut être mis en oeuvre dans le cadre de la production de tranches (wafers) de silicium.
  • L'homme du métier saura adapter le substrat abrasif en fonction du matériau à découper ou à polir. Plus particulièrement, les particules abrasives sont choisies de manière à être plus dures que le matériau à découper ou à polir.
  • L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des figures et exemples suivants donnés afin d'illustrer l'invention et non de manière limitative.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
    • La figure 1 illustre un fil abrasif conventionnel.
    • La figure 2 illustre une particule abrasive enrobée.
    • La figure 3 illustre un premier dispositif permettant de détecter la luminescence du fil abrasif selon l'invention.
    • La figure 4 illustre un deuxième dispositif permettant de détecter la luminescence du fil abrasif selon l'invention.
    • La figure 5 illustre la luminescence d'un fil abrasif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
    • La figure 6 illustre la luminescence d'un fil abrasif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
    • La figure 7 illustre la luminescence d'un fil abrasif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
    • La figure 8 correspond aux spectres d'émission d'une plaque traitée avec une solution de dépôt galvanique contenant des particules fluorescentes.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • La présente invention procure d'importants avantages dans le contrôle régulier des propriétés abrasives du substrat abrasif selon l'invention.
  • La figure 1 représente un substrat (1) comprenant abrasif de sciage ou de polissage, comprenant :
    • un substrat (1) ;
    • un liant C1 recouvrant le substrat (1) ;
    • des particules abrasives (2) présentant un enrobage C2 ;
    • un revêtement C3 recouvrant le liant C1 et les particules abrasives (2) enrobées de C2.
  • Les particules abrasives (2) enrobées de C2 (figure 2) sont en contact avec le liant C1 et avec le revêtement C3.
  • Dans la présente invention, le substrat abrasif comprend au moins un composé luminescent CL dans le liant C1 et/ou dans l'enrobage C2 et/ou dans le revêtement C3.
  • Ainsi, de manière à obtenir différentes informations sur le substrat abrasif, on peut dissocier le signal de fluorescence sur les trois couches C1, C2 et C3.
  • Comme illustré par les figures 3 et 4, la présence du composé luminescent CL peut être détectée grâce à différents dispositifs. Le contrôle qualité et le contrôle d'usure du substrat abrasif peuvent être suivis grâce à ces dispositifs pouvant exciter les composés luminescents, couplés à l'acquisition d'images. Ainsi, il est possible de vérifier le nombre de diamants à l'issue de la fabrication ou lors de l'utilisation du substrat abrasif.
  • Le système d'acquisition/observation de la luminescence selon la figure 3 comprend une caméra C et un objectif O muni d'un filtre passe bande pour sélectionner la longueur d'onde d'émission du composé luminescent intégré au substrat abrasif.
  • L'émission du composé luminescent peut être assurée par exposition du substrat abrasif SA à une source lumineuse filtrée SL.
  • Le système d'acquisition de la luminescence selon la figure 4 comprend un spectromètre S à fibre optique, l'éclairage (excitation du composé luminescent) étant réalisé par un laser La avec une longueur d'onde choisie et une largeur de spectre suffisamment fine pour éviter tout signal parasite.
  • Lorsque le substrat abrasif SA comprend une pluralité de composés luminescents, une ou plusieurs sources d'excitation peuvent être utilisées de manière à détecter tous les composés luminescents présents dans le substrat abrasif SA. Dans ce cas, un système d'acquisition d'images comprenant un ou plusieurs filtres optiques peut être utilisé, les filtres ne laissant passer que les longueurs d'onde désirées pour la mesure de la qualité ou de l'usure du substrat abrasif.
  • La quantification du signal détecté est assurée par un étalonnage du système avec des étalons d'usure du substrat abrasif de manière à définir deux seuils principaux, seuil haut et bas.
  • D'autre part, il est préférable de nettoyer le substrat abrasif préalablement à la mesure de sa luminescence. Ce nettoyage permet de s'affranchir d'éventuels signaux parasites issus de saletés de découpe ou de polissage. Il peut être réalisé par jet d'eau à haute pression juste avant la zone d'acquisition qui elle-même se situe en dehors de la zone de découpe ou de polissage.
  • Ainsi, la mesure de la luminescence du substrat abrasif peut être réalisée à partir d'un dispositif, par exemple selon la figure 3 ou 4, installé :
    • en sortie de la machine de fabrication, en stoppant le défilement pendant le temps d'acquisition pour suivre la qualité du substrat abrasif ; ou
    • dans la zone de découpe ou de polissage pour suivre l'usure du substrat abrasif. Pour un fil abrasif, il peut s'agir de la chambre de bobinage et dé-bobinage d'une machine de découpe industrielle à fils (par exemple pour les tranches (wafers) solaires), la mesure de luminescence pouvant se produire à chaque changement de sens du fil lors de la coupe.
  • La figure 5 correspond à un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel le substrat abrasif comprend un composé luminescent CL1 dans le liant C1.
  • De manière générale, le substrat abrasif est remplacé dès que le signal L1 atteint un seuil prédéfini correspondant à un taux d'usure ne lui permettant pas d'assurer sa fonction de sciage ou de polissage. Un étalonnage du dispositif de contrôle permet de définir ce seuil.
  • Cette configuration permet de suivre l'usure du substrat abrasif en surveillant l'apparition du signal L1 correspondant à l'émission du composé luminescent CL1. Ce signal apparait dès que des particules abrasives (2) sont arrachées du substrat (1).
  • Ce mode de réalisation (CL1 dans C1) est particulièrement adapté à un substrat de type meule diamantée qui nécessite un avivage régulier pour découvrir les particules abrasives de manière à conserver son pouvoir abrasif. La présence d'un composé luminescent dans le liant C1 permet d'indiquer la fin de vie de l'outil.
  • La figure 6 correspond à un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel le substrat abrasif comprend un composé luminescent CL2 dans l'enrobage C2.
  • Au cours de son utilisation, l'usure du substrat abrasif peut être suivie en supervisant la baisse du signal L2. Cependant, la faible quantité de la couche C2 et donc de CL2 autour des particules présente l'inconvénient de limiter la dynamique de la mesure.
  • Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à un substrat en textile. Par exemple, dans un tapis de polissage, la présence d'un composé luminescent dans l'enrobage C2 permet de contrôler la qualité abrasive du tapis. Une forte diminution du signal émis par le composé luminescent correspond alors à une baisse des propriétés abrasives résultant de la perte de particules abrasives. Il est alors nécessaire de remplacer le tapis.
  • La figure 7 correspond à un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel le substrat abrasif comprend un composé luminescent CL3 dans le revêtement C3.
  • Dans cette configuration, la présence du composé luminescent CL3 dans le revêtement C3 permet de créer un contraste entre CL3 et les particules abrasives C2.
  • Le signal de luminescence provient du revêtement C3. Aucun signal n'est observé au niveau des diamants lorsqu'ils ont été rodés c'est-à-dire dépourvus du revêtement C3. Cette configuration permet de suivre l'usure du fil grâce à un seuil de signal bas prédéfini commandant l'arrêt de la machine dès que ce seuil est atteint.
  • Le substrat abrasif selon l'invention peut également comprendre simultanément deux ou trois composés luminescents parmi CL1 (dans C1), CL2 (dans C2) et CL3 (dans C3).
  • Ce mode de réalisation permet d'améliorer le suivi de la qualité et de l'usure du substrat abrasif depuis sa fabrication jusqu'à son changement.
  • Ce mode de réalisation est particulièrement adapté aux substrats de type supports de polissage diamantés. Dans ce cas, le liant C1 et/ou l'enrobage C2 des particules abrasives peuvent respectivement comprendre les composés luminescents CL1 et CL2. L'émission de CL1 et/ou l'absence ou diminution de l'émission de CL2 met(tent) en évidence la diminution du pouvoir abrasif, déclenchant le remplacement du substrat abrasif.
    • EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
  • Les exemples ci-après illustrent la formation, sur un substrat métallique, a) d'un liant C1 comprenant un composé luminescent CL1, b) d'un revêtement C3 comprenant un composé luminescent CL3.
    1. a) Formation d'un liant C1 comprenant des particules abrasives et un composé luminescent CL1 (INV-1).
  • Une solution contenant des particules abrasives, un composé luminescent et des ions métalliques a été préparée de la manière suivante :
    • préparation d'une première solution contenant 500ml d'eau dé-ionisée, 600g/l de sel de nickel (sulfate de nickel) et 5 à 60g/l de particules abrasives ;
    • préparation d'une deuxième solution aqueuse de 200ml de solution de nanocolloïdes cationiques (YVO4:Eu) à 4g/l ;
    • formation d'un bain électrolyte par mélange de la première et de la deuxième solutions ;
    • ajustement à pH = 2 par addition d'acide sulfamique.
  • Une fois les première et deuxième solutions mélangées, on procède au traitement galvanique sur un substrat en laiton, à une température de 50°C.
  • Le dépôt galvanique est réalisé sous agitation mécanique du bain électrolyte de manière à maintenir la dispersion des particules en solution.
  • Le dépôt électrolytique est réalisé par passage d'un courant entre deux électrodes dans le bain électrolyte aqueux. Le substrat à recouvrir correspond à l'une des électrodes (cathode). L'homme du métier saura faire appel à ses connaissances pour déterminer la nature (intensité, potentiel) du courant à appliquer, en fonction de la géométrie, de la distance entre électrodes, de la nature des ions métalliques ou de leur concentration en solution (voir notamment : Traité de Galvanotechnique, Louis Lacourcelle, 1997, Galva-Conseils Edition).
  • Les conditions de passage du courant, le temps de réaction et la géométrie des électrodes dans le bain sont interdépendants et sont fixées de manière à obtenir une couche de 4 micromètres d'épaisseur recouvrant la surface de la cathode à la fin du temps de dépôt (1 minute).
  • Ces conditions permettent d'obtenir un dépôt homogène de liant C1 comprenant des particules abrasives et un composé luminescent CL1.
    b) Formation d'un revêtement C3 comprenant un composé luminescent CL3 (INV-2, figure 8).
  • Le protocole décrit pour le liant C1 a été suivi, mais en l'absence de particules abrasives dans la première solution contenant le sel de nickel.
  • La solution ainsi préparée est homogène. Il ne s'agit pas d'une dispersion nécessitant une agitation permanente. En outre, la solution de nanocolloïdes cationiques utilisée présente un comportement de migration vers la cathode similaire à celui des ions métalliques mis en oeuvre dans la solution pour former un dépôt métallique sous influence d'un courant galvanique.
  • Ces conditions permettent d'obtenir un dépôt homogène de revêtement C2 comprenant un composé luminescent CL2.
    c) Contre-exemple (CE, figure 8).
  • Ce contre-exemple consiste à :
    • mélanger une dispersion de poudres de composés luminescents de dispersité sub-micrométrique et micrométrique ;
    • maintenir la dispersion en solution par voie d'agitation ; et
    • procéder au dépôt galvanique sur un substrat en laiton.
  • Le substrat résultant présente des zones fluorescentes mais réparties de manière très hétérogène.
  • Il ressort des exemples a) à c) l'importance de préparer le bain d'électrolyte par mélange entre les composés luminescents sous forme d'une solution aqueuse et une solution contenant les sels métalliques précurseurs du dépôt métallique.
  • La solution de composés luminescents ne perturbe pas la migration des ions et des nanoparticules en solution homogène sous l'effet du courant. Il est possible de former une surface métallique lisse. En revanche, la présence de particules en suspension perturbe le dépôt de la couche métallique, la rendant rugueuse, hétérogène et discontinue.
  • La troisième courbe de la figure 8 permet d'optimiser l'excitation du composé luminescent pour une meilleure efficacité.

Claims (10)

  1. Substrat abrasif de sciage ou de polissage, comprenant :
    - un substrat (1) ;
    - un liant C1 recouvrant au moins une partie du substrat ;
    - des particules abrasives (2) présentant un enrobage, au moins partiel, C2 ;
    - un revêtement C3 recouvrant le liant C1 et les particules abrasives enrobées de C2 ;
    les particules abrasives enrobées de C2 étant en contact avec le liant C1 et avec le revêtement C3;
    où le substrat abrasif est caractérisé par au moins un composé luminescent.
  2. Substrat abrasif selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
    - le substrat est choisi dans le groupe comprenant : un fil en acier ; un textile ; et une plaque métallique ;
    - le liant C1 est constitué d'au moins une couche en alliage nickel/cobalt dont la teneur en cobalt est comprise entre 20% et 85% en poids par rapport au poids de l'alliage Ni/Co ;
    - l'enrobage C2 des particules abrasives est en un matériau choisi dans le groupe comprenant le nickel ; le cobalt ; le fer ; le cuivre ; et le titane ;
    - le revêtement C3 est constitué d'au moins une couche en alliage nickel/cobalt dont la teneur en cobalt est comprise entre 10% et 90% en poids par rapport au poids de l'alliage Ni/Co.
  3. Substrat abrasif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un composé luminescent CL1 dans le liant C1.
  4. Substrat abrasif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un composé luminescent CL2 dans l'enrobage C2.
  5. Substrat abrasif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un composé luminescent CL3 dans le revêtement C3.
  6. Substrat abrasif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le substrat comprend :
    - un composé luminescent CL1 dans le liant C1 ;
    - un composé luminescent CL2 dans l'enrobage C2 ;
    - un composé luminescent CL3 dans le revêtement C3 ;
    CL1, CL2 et CL3 étant distincts les uns des autres.
  7. Substrat abrasif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les particules abrasives sont en un matériau choisi dans le groupe comprenant le carbure de silicium SiC ; la silice SiO2 ; le carbure de tungstène WC ; le nitrure de silicium Si3N4 ; le nitrure de bore cubique cBN ; le dioxyde de chrome CrO2 ; l'oxyde d'aluminium Al2O3 ; les diamants ; et les diamants pré-revêtus de nickel, fer, cobalt, cuivre, ou titane, ou de leurs alliages.
  8. Substrat abrasif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le composé luminescent est choisi dans le groupe constitué d'oxyde métallique ; de sesquioxyde métallique ; d'oxyfluorure métallique ; de vanadate métallique ; de fluorure métallique ; et leurs mélanges.
  9. Procédé de fabrication d'un substrat abrasif (1)
    - objet de l'une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes :
    - formation d'un substrat abrasif par dépôt électrolytique sur un substrat d'un liant C1 et de particules abrasives (2) , par passage dans un bain B1 d'électrolyte contenant des particules abrasives,
    ▪ lesdites particules abrasives présentant un enrobage, au moins partiel, C2,
    ▪ le liant C1 recouvrant au moins partiellement le substrat ;
    - dépôt électrolytique d'un revêtement C3, par passage dans un bain B2 d'électrolyte,
    ▪ le revêtement C3 recouvrant au moins partiellement le liant C1 et les particules abrasives,
    ▪ les particules abrasives étant en contact avec le liant C1 et le revêtement C3 ;
    - où le procédé de fabrication est caractérisé par l'intégration d'au moins un composé luminescent dans au moins une couche parmi le liant C1, l'enrobage C2 ou le revêtement C3.
  10. Procédé de fabrication d'un substrat abrasif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé luminescent est introduit sous la forme d'une solution aqueuse de nanoparticules ou de nanocolloïdes luminescents dans le bain B1 ou B2.
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