KR101822807B1

KR101822807B1 - 표면 개질된 연마재 입자를 포함하는 정밀 와이어

Info

Publication number: KR101822807B1
Application number: KR1020127004635A
Authority: KR
Inventors: 티모시 덤; 칸-인 응
Original assignee: 다이아몬드 이노베이션즈, 인크.
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2018-01-29
Also published as: EP2459338B1; US9095914B2; CN102470463B; JP5833550B2; MY160162A; WO2011014884A1; CA2768826A1; US20140165804A1; KR20120038516A; ES2541598T3; CA2768826C; EP2459338A1; CN102470463A; JP2013500870A

Abstract

표면 및 결합 기지에 의하여 상기 표면에 결합하는 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어로서, 상기 와이어는 각 다이아몬드 입자가 약 0.60 ~ 약 0.80 의 표면 거칠기 및 약 0.25 ~ 약 0.50 의 구형도를 가진다.

Description

표면 개질된 연마재 입자를 포함하는 정밀 와이어{PRECISION WIRE INCLUDING SURFACE MODIFIED ABRASIVE PARTICLES}

관련 출원에 대한 설명

본 발명은 2008 년 9 월 16 일자에 출원한 미국 가특허 출원 제 61/097,422 및 2009 년 6 월 17 일자에 출원한 미국 가특허 출원 제 61/187,789 의 이점을 주장하고, 상기 출원들은 그 전체가 본원에 참조된다.

도면의 간단한 설명

도 1a 는 종래의 다이아몬드 코팅된 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 1b 는 사용된 후의 종래의 다이아몬드 코팅된 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 2a 는 종래의 다이아몬드 코팅된 와이어에 사용된 종래의 다이아몬드 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 2b 는 종래의 다이아몬드 코팅된 와이어의 종래의 다이아몬드 입자를 도시한다.

도 3a 는 표면 개질된 다이아몬드 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 3b 는 코팅된 와이어 사용에서 표면 개질된 다이아몬드 입자를 도시한다.

도 4a 는 종래의 다이아몬드 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 4b 는 표면 개질된 다이아몬드 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 5a 는 예 1 에 따라 만들어진 종래의 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 5b 는 예 1 에 따라 만들어진 표면 개질된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 5c 는 사용된 후에 예 1 에 따라 만들어진 종래의 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

도 5d 는 사용된 후에 예 1 에 따라 만들어진 표면 개질된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

정의

본 발명의 기재 및 청구시에, 다음의 용어는 이하에서 설명되는 정의에 따라 사용될 것이다.

여기에서 사용된 바와 같이, "연마재" 라는 용어는, 보다 연성의 소재를 마모시키는데 사용된 어떠한 소재를 나타낸다.

여기에서 사용된 바와 같이, "와이어" 라는 용어는, 원통형의 기다란 스트링 (string) 소재를 나타낸다. 상기 소재는 금속, 복합 소재, 또는 금속 및/또는 복합 소재의 조합물일 수 있다. 복합 소재는 캐블라 (KEVLAR) 재, 탄소재 및 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 와이어는 단일 가닥일 수 있거나 다중 가닥을 포함할 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, "노출" 이라는 용어는,

상대적인 노출 = 100(t_c0-t_b0)/t_c0

절삭지점과 결합면 사이의 공간 = t_c0-t_b0

여기서 t_c0 는 와이어 표면으로부터 작업물과 접촉하는 입자의 최외부 팁까지의 연마재 입자의 초기 높이이고, t_b0 는 결합층의 초기 평균 두께이다.

여기에서 사용된 바와 같이, "화학 결합" 이라는 용어는, 금속성 분자 그룹 또는 유기 분자 그룹이 화학적으로 흡착된 표면을 나타낸다.

여기에서 사용된 바와 같이, "결합" 또는 "결합 기지" 라는 용어는, 와이어에 연마재 입자를 부착하기 위하여 사용되는 소재를 나타낸다. 부착은 기계적, 화학적, 또는 이들의 조합일 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, "코팅" 이라는 용어는, 부분적으로나 전체적으로 연마재 입자를 덮는 소재를 나타낸다. 코팅은 층에 의하여 또는 혼합물에 의하여 금속제, 중합체, 유리질 또는 이들의 조합물일 수도 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, "종래의 다이아몬드" 라는 용어는, 미국 가특허 출원 제 61/097,422 호 및/또는 미국 가특허 출원 제 61/187,789 호에 교시된 공정에 적용되지 않은 어떠한 다이아몬드를 나타낸다.

여기에서 사용된 바와 같이, "표면 거칠기" 라는 용어는, CLEMEX 이미지 분석기, Clemex Vision User's Guide PE 3.5 ⓒ 2001 에 명시된 바와 같이 대상의 경계 또는 가장자리의 피트 (pit) 또는 스파이크 (spike) 의 범위 또는 정도를 정량화하는, 2 차원 이미지의 측정을 나타낸다. 표면 거칠기는 둘레로 나누어진 볼록한 둘레의 비에 의하여 결정된다.
여기서 사용되는 용어 "둘레 (Perimeter)" 는 닫은 평면도형 경계, 또는 2차원 화상의 모든 경계(border)의 합계를 가리킨다.
여기서 사용되는 용어 “볼록한 둘레 (ConvexPerimeter)" 는 페렛트 접점을 연결하는 선을 가리켜, 여기서 페렛트는 이차원 화상 또는 대상물의 각변의 경계에 접하는 둘의 평행한 접선 간의 거리이다.

피트 또는 스파이크의 정도가 증가할수록, 표면 거칠기 인자는 감소한다는 것을 주목한다.
"구형도" 라는 용어는,

로 정의되며,
상기 A 는 2 차원 이미지 또는 대상의 폐쇄된 영역을 나타내고,

상기 p 는 둘레 (Perimeter) 를 나타낸다.

삭제

여기에서 사용된 바와 같이, "표면적" 이라는 용어는 입자의 외부 표면을 나타낸다. 다수의 입자, 즉, 분말로 사용될 때, 비표면적이라는 용어가 사용되고, 비표면적이라는 용어는 분말의 1 그램당 표면적으로서 알려졌다.

비록 상기 정의된 용어가 현미경 측정 기술을 사용하는 2 차원의 입자 프로파일의 측정을 나타낼지라도, 그 특징은 3 차원의 형태로 확장되는 것으로 이해된다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 입자 크기 및 형상의 자동 이미지 분석은 입자 특성을 측정하는 안정적이고 재현가능한 방법으로서 그 기술 분야의 숙련된 이에 의하여 알려진다. 비록 CLEMEX 이미지 분석기가 사용될지라도, 데이터를 재현할 수 있는 유사한 장치는 이용가능하다.

다이아몬드 코팅된 와이어에 의해 결합 기지 밖으로 빠져나오기 위하여 저항력 있는 다이아몬드 입자에 대한 필요성이 존재한다. 추가로, 종래의 다이아몬드 입자에 대하여 비교된 연장된 시간 간격 동안 결합 기지 내에 남아 있을 다이아몬드 입자에 대한 필요성이 존재한다. 추가로, 보다 효과적으로는, 향상된 속도에서, 실리콘 잉곳과 같은 절삭 소재에 대한 필요성이 존재한다. 비교도 1a 는 전기 도금된 결합 기지 (6) 로부터 돌출하는 종래의 다이아몬드 입자 (4) 를 포함하는 와이어 (2) 를 도시한다. 비교도 1b 는, 실리콘 절삭용으로 사용된 후의 와이어 (2) 를 도시한다. 사용된 와이어 내의 종래의 다이아몬드 입자의 부재 및 종래의 다이아몬드 입자가 빠져 나온 얽은 자국 (8) 을 주목한다.

종래의 다이아몬드 코팅된 와이어를 볼 때, 종래의 다이아몬드 입자가 기계적으로 유지된다는 것은 매우 명백하다. 비교도 1a 및 1b 에서 보여진 바와 같이 전기 도금된 결합 기지의 경우, 전기 도금된 니켈 결합 기지는 종래의 다이아몬드 입자의 표면과 화학적으로 결합하지 않고, 유사하게, 수지는 다이아몬드의 탄소와 화학적으로 결합하지 않는다.

비교도 2a 에 참조하여, 종래의 다이아몬드 입자의 표면은 도면 부호 10 으로 도시된다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 입자는, 미크론 크기의 다이아몬드 입자를 제조하는데 사용된 밀링 공정 및 마이크로나이징 공정에 때문에 결정면을 따른 파쇄의 결과로서 비교적 매끄럽다. 비교도 2b 는 결합 기지 (20) 에 의해 표면에 결합된 종래의 다이아몬드 입자 (18) 를 포함하는 표면 (16) 을 갖는 와이어 (14) 를 도시한다. 도 2b 에서 도시된 바와 같이, 종래의 다이아몬드 입자 (18) 의 비교적 매끈한 표면 (22) 때문에, 적어도 입자 직경 절반만큼 두꺼운 결합 기지의 상당한 두께는 결합 기지 (20) 내에 종래의 다이아몬드 입자 (18) 를 충분하게 고정하기 위하여 필요하다. 상기 경우에서, 종래의 다이아몬드 입자의 노출은 적어도 약 50 % 이하이다.

도 3a 에서, 표면 개질된 다이아몬드 입자는 도면부호 12 로 도시된다. 도 3a 의 표면 개질된 다이아몬드 입자 (12) 는 결합 기지를 침투하도록 허용하는 채널, 입구 및 구멍을 가지고 결합 기지의 표면 개질된 다이아몬드 입자에 대해 보다 강한 기계적인 고정을 제공하도록 채널, 입구 및 구멍을 채운다.

표면 개질된 다이아몬드 입자 (12) 는, 실리콘, 석영, 세라믹 등과 같은 단단한 소재의 절삭, 슬라이싱, 내면 연삭, 다이싱 (dicing) 및 잉곳 절삭에 사용하기 위하여 고정된 연마재를 갖는 고정된 연마재 와이어로 사용될 수 있다.

표면 개질된 다이아몬드 입자에 의해 제공된 보다 큰 노출은 종래의 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어보다 더 좋은 쾌삭성을 제공하고, 절삭지점에서 절감된 열 생성을 야기한다. 연마재의 절삭지점과 결합면 사이의 증가된 영역은 절삭물 및 스와프 (swarf) 제거를 위해 보다 큰 채널을 제공하고 종래의 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어 보다 덜 부식될 것으로 또한 기대된다.
일 실시형태로서, 상기 다이아몬드 입자의 평균 노출이 약 30 % ~ 약 60 % 사이인 와이어를 들 수 있다.
다른 실시형태로서, 상기 다이아몬드 입자의 평균 노출이 적어도 약 20 % 인 와이어를 들 수 있다.

종래의 다이아몬드 입자보다 높은 기계적인 제거율을 갖는 표면 개질된 다이아몬드 입자를 사용하는 전체적인 효과는, 보다 낮은 다이아몬드 입자의 농도가 와이어 상에 사용될 수 있는 것이다. 이는, 다이아몬드 입자를 부착하기 위하여 보다 적은 결합 소재를 사용하는 능력과 관련하여, 와이어 생산 비용을 상당히 줄인다.

표면 개질된 다이아몬드 입자를 사용함으로써, 종래의 다이아몬드 입자의 사용과는 대조적으로 동일한 양의 절삭/소재 제거를 달성하는데 보다 적은 입자가 요구된다.

도 3b 는 결합 기지 (30) 에 의하여 표면 (26) 에 결합된 표면 개질된 다이아몬드 입자 (28) 및 표면 (26) 을 갖는 와이어 (24) 를 도시한다. 각 표면 개질된 다이아몬드 입자는 약 0.60 ~ 약 0.80 의 표면 거칠기 및 약 0.25 ~ 약 0.50 의 구형도를 가진다. 도 3b 에 도시된 바와 같이, 도 3a 에 비해 보다 적은 결합 기지 소재가 요구된다. 그 이점은 이하에서 추가로 논의된다.

와이어가 절삭 용도로 사용되고 스와프가 발생함에 따라, 결합층은 통상적으로 다이아몬드 입자가 마모되는 것보다 더 빠른 속도로 부식될 것이다. 상기 도 3a 의 경우에서, 결합 소재가 마모될수록, 종래의 다이아몬드 입자의 노출은 다소 증가할 수 있지만, 어떤 점에서, 입자를 고정하기 위한 결합 소재의 양이 충분하지 않기 때문에 입자는 결합 소재의 밖으로 간단하게 빠져나올 수 있다.

적합한 와이어 소재는 금속, 금속의 합금, 폴리머 (합성 또는 천연), 탄소, 직물, 유기 섬유 또는 무기 섬유, 실크 및 이들의 조합물을 포함한다. 일 실시형태에서, 피아노 줄과 같은 강 와이어는 사용될 수 있다. 다른 대안의 실시형태는 텅스텐 와이어 또는 몰리브덴 와이어와 같은 금속 와이어를 포함한다. 일 실시형태에서, 와이어는 금속 도금된, 즉 니켈 도금된 결합 기지인 결합 기지 또는 코팅을 포함한다. 결합 기지로서 사용될 수 있는 다른 대안의 소재는 금속성의 소재, 중합체의 수지, 혼성 시스템 (유리질 및 폴리머), 전해 니켈 코팅, 무전해 니켈 코팅, 땜납 결합 시스템, 열 경화성 수지 및/또는 UV 경화가능한 수지를 추가로 포함할 수 있는 수지 결합 시스템을 포함한다. 추가로, 상기 결합 기지 소재의 조합물은 사용될 수 있다.
다른 대안의 실시형태에서, 금속 와이어의 금속은 철, 강, 스테인리스 강, 니켈 및/또는 합금 및 이들의 조합물의 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.

결합 기지에 더하여, 일 실시형태에서, 와이어는 금속 또는 수지와 같은 추가의 코팅을 포함할 수 있다. 상기 금속 및 수지 및 이들의 조합물은 상기 전술된 것들로부터 선택될 수 있다.

와이어는 약 1cm ~ 약 1000 km 또는 대안으로 약 200 km ~ 약 600 km 사이의 길이를 가질 수 있다. 일 실시형태에서 와이어는 연속 루프이다. 와이어의 두께는 약 10 um ~ 약 500 um 또는 대안으로 약 50 um ~ 약 200 um 사이일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 사용된 초연삭재는 미국 가특허 출원 제 61/097,422 호 및/또는 미국 가특허 출원 제 61/187,789 호에 교시된 표면 개질된 다이아몬드 입자이고, 이들 문헌은 그 전체가 여기에 참조된다.

와이어 상에/에 사용된 연마재는 코팅된 연마재일 수 있다. 상기 코팅은 금속 코팅, 금속 합금 코팅 및 이들의 조합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 코팅의 예는 크롬, 티타늄, 구리, 몰리브덴, 니켈 및 텅스텐을 포함한다.

본 발명의 몇몇의 실시형태는 이하를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다:

와이어 내로, 적어도 부분적으로, 결합된 표면 개질된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어.

와이어 내로, 적어도 부분적으로, 결합된 종래의 다이아몬드 입자 및 표면 개질된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어.

와이어의 표면에 결합된 표면 개질된 다이아몬드 입자를 갖는 표면을 포함하는 와이어. 표면 개질된 다이아몬드 입자는 결합 기지에 의하여 와이어 표면의 표면에 결합된다.

와이어의 표면에 적어도 부분적으로 결합된 종래의 다이아몬드 입자 및 표면 개질된 다이아몬드 입자를 갖는 표면을 포함하는 와이어. 표면 개질된 다이아몬드 입자는 결합 기지에 의하여 와이어의 표면에 적어도 부분적으로 결합된다.

와이어에 연마재 입자를 부착하거나 또는 와이어 내로 적어도 부분적으로 다이아몬드를 밀어넣는 어떠한 방법이 사용될 수 있다. 고정된 연마재 와이어는 전기도금, 와이어 내로 다이아몬드를 물리적으로 밀어 넣는 것, 레이저 컨디셔닝, 납땜질, 수지를 사용하는 입자 부착, 및 와이어 내로 다이아몬드를 주입하는 것과 같은 방법에 의하여 만들어진다.

일 실시형태에서, 직접적으로 와이어 기판을 향하여 연마재를 증착시키도록 전기 화학적 증착법이 사용될 수 있다. 전기 화학 증착법은 전기적으로 대전된 와이어를 반대로 대전된 액체 용액의 금속 화합물에서 연마재 입자 층에 위치시키기 위하여 통상적으로 요구된다. 와이어 상에 금속이 석출하므로, 얇은 금속층 내의 연마재 입자를 포획하고 따라서 연마재를 와이어에 결박한다. 예컨대, 슈미드 (Schmid) 등에 대한 미국 특허 제 5,438,973 호는 눈물 방울형 단면 스테인레스 강 와이어 코어의 절삭면에 니켈 도금으로 고정된 다이아몬드 연마재 입자를 개시하고 있다.

일 실시형태에서, 연마재 입자는 납땜 금속 결합에 의하여 와이어에 또한 부착될 수 있고, 여기서 입자는 미국 특허 제 6,102,024 호에 교시된 바와 같이 사전에 선택된 표면 분배로 와이어의 표면상에 배치된다.

일 실시형태에서, 연마재 입자는 수지 결합에 의하여 와이어에 부착될 수 있다. 적합한 수지 결합의 예는 미국 특허 제 6,463,921 호에 교시된다.

개선된 결합 강도 및 연마재 노출에 더하여, 표면 개질된 다이아몬드 입자의 사용은 종래의 다이아몬드 입자보다 실질적으로 더 많은 입자당 절삭지점을 또한 제공한다. 도 4a 에 도시된 바와 같이, 개질 공정을 사용하여 생산되는 다이아몬드 입자는, 도 4b 에 도시된 바와 같이, 종래의 밀링된 다이아몬드 입자보다 2 ~ 3 배 절삭지점의 수를 보여준다. 이러한 추가의 절삭지점은 각 표면 개질된 다이아몬드 입자에 종래의 단결정 다이아몬드 입자보다 훨씬 높은 소재 제거 능력을 제공한다. 또한, 표면 개질된 다이아몬드 입자의 전체적인 파쇄성 또는 인성은 개질 공정 후에 5 ~ 10 퍼센트만큼만 감소된다는 것이 증명되었다. 그러므로 공구 내의 다이아몬드 입자의 유효 수명은 감소되지 않을 것이다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 보다 적은 결합 기지 소재가 도 3a 에 도시된 비교예에 대한 것보다 요구된다. 도 3b 에서, 결합 기지 소재는 결합 기지 소재내에 입자를 고정시키는 표면 개질된 다이아몬드 입자의 구멍 및 옴폭한 곳을 충전한다. 그 결과, 보다 적은 결합 기지 소재가 요구된다. 보다 적은 결합 기지 소재를 사용하는 것은 다이아몬드 입자의 노출된 끝 부분과 결합 기지의 표면 사이의 더 큰 거리를 제공한다. 상기 거리는 보다 많은 입자 노출을 허용할 것이고, 또한 작업물과 와이어 사이에 스와프 및 냉각제 (coolant) 가 통과하는 보다 많은 공간을 허용할 것이다.

표면 개질된 다이아몬드 입자의 극도의 거칠기는 종래의 단결정 다이아몬드 입자보다 실질적으로 더 큰 고정 위치를 제공하기 때문에, 표면 개질된 다이아몬드 입자를 와이어에 우수하게 결합하기 위해서는 낮은 레벨의 결합 기지가 요구될 것이라는 것은 분명하다.

고정된 연마재 와이어는 어떠한 소재를 절삭하는데 사용될 수 있다. 일반적인 기판 물질은, 다른 소재 사이에서, 실리콘, 사파이어, 탄화 규소, 질화 알루미늄, 텔루르, 실리카, 갈륨 비소, 인화 인듐, 황화 카드뮴, 게르마늄, 황화 아연, 회주석, 셀레늄, 붕소, 옥화은 및 안티몬화 인듐을 포함한다.

일 실시형태는 기판을 절삭하기 위한 방법을 포함하고, 이 방법은, 표면 개질된 다이아몬드 입자를 갖는 절삭 와이어를 포함하는 와이어 쏘 (wire saw) 를 제공하는 단계; 소재를 통하여 와이어를 드래깅함으로써 상기 소재의 표면을 통하여 절삭하는 단계; 와이어가 절삭 영역을 형성하는 상기 소재를 통하여 연속해서 절삭하도록 와이어 또는 대상을 인덱싱하는 단계; 및 절삭 와이어에 냉각제 (coolant) 또는 윤활제 (lubricant) 를 바르는 단계; 절삭 와이어와 기판의 표면을 접촉시키는 단계; 및 절삭 작동과 결합하는 절삭 와이어와 표면의 상대 위치를 조작하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 와이어의 절삭 속도는 초당 0.1 m ~ 초당 20 m 일 수 있다.

일 실시형태에서, 표면 개질된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어, 및 냉각제 또는 윤활제가 사용될 수 있다. 냉각제 또는 윤활제는 수성이거나 비수성일 수 있다. 적합한 유체는 물 및 알킬렌 글리콜을 포함한다. 본 발명과 관련하여 사용된 알킬렌 글리콜은 에틸렌 글리콜 (EG), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 및 폴리 프로필렌 글리콜 (PPG) 를 포함한다.

일 실시형태에서, 결합 기지는 연마재, 즉 7 보다 큰 모스 경도 또는 약 100 보다 큰 절대 경도를 갖는 소재 및 약 3000 kg/mm² 을 초과하는 누프 경도를 갖는 초 연마재의 그룹으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 변환 목적으로 누프와 모스 경도 값을 비교하는 것은 표준 핸드북에서 이용가능하다.

결합 기지에 대한 다른 첨가제는 중합 섬유, 무기 섬유, 윤활제, 경화제, 충전제, 공극제, 금속 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 와이어는 미국 특허 제 6,372,002 호에서 교시된 것들과 같은 기능화된 다이아몬드 입자를 포함할 수 있고, 이 문헌은 그 전체가 여기에 참조된다. 기능화된 다이아몬드 입자는 표면 개질된 다이아몬드 입자와 함께 와이어 상에 존재할 수 있다. 선택적으로, 표면 개질된 다이아몬드 입자는 미국 특허 제 6,372,002 호에 의하여 교시된 것과 같은 기능화 공정을 받을 수 있다.

실시예

예 1

강 와이어는 이하의 절차를 사용하여 명목상 20 ~ 30 미크론 평균 크기 다이아몬드 입자로 코팅되었다.

배쓰 ( Bath ) 준비:

1. 2 리터의 유리 비커에, 다음의 것이 첨가된다:

a. MacDermind Co. Denver, CO. 에 의해 판매되는 60 ml Niklad AR767 (황산 니켈 용액); 및

b. 800 ml 의 탈염수

2. 비커는 고온 플레이트 위에 위치되고 용액은 70 ℃ 까지 가열된다.

3. 용액이 70 ℃ 에 도달될 때, 150 ml 의 Niklad B (차아인산 나트륨) 용액이 첨가된다.

4. 배쓰가 85 ~ 90 ℃ 의 소망 온도까지 가열되었을 때, 코팅용 와이어를 준비하도록 그 온도에서 유지한다.

와이어 세정:

1. 0.150 mm 지름 고탄소강 (C 1085 강) 와이어의 몇몇 부분은 약 3 피트의 길이로 절삭된다.

2. 와이어의 그룹은 중량이 측정되고 중량은 복합 소재 코팅 (니켈 + 다이아몬드) 의 중량 % 를 결정하기 위하여 기록된다.

3. 와이어는 250 ml HCL 과 250 ml 탈염수를 포함하는 1 리터 비커 내에 배치된다.

4. 와이어는, 산 용액이 노란색으로 색깔이 변할 때까지, (중량 손실을 최소화하기 위하여) 대략 5 분 동안 산/탈염수 용액 내에 담근다.

"세정된" 와이어는 비커로부터 서둘러 제거되어 탈염수로 세척되고 뜨거운 니켈 배쓰 용액 내에 위치된다.

코팅 공정:

1. 니켈 용액 비커 내에 위치될 때, 와이어 코일은 비커의 하부에서 팽창된다.

2. GMM 20 ~ 30 종래의 합성 공업 다이아몬드 분말 20 그램이 배쓰에 첨가되고 코팅 시작 시간이 기록된다.

3. 매 5 분 마다, 와이어로부터 떨어지고 배쓰 내에서 부유한 다이아몬드를 얻기 위하여 용액은 유리 막대로 수동으로 교반된다. 간단한 교반 후에, 다이아몬드는 와이어 향하여 다시 정착되도록 허용된다.

4. 매 15 분 마다, 6 ml 의 Niklad 767 AR 와 6 ml 의 Niklad 767HpH (차아인산 나트륨 용액) 는 배쓰를 보충하기 위하여 첨가된다.

5. 코팅 공정은 총 3 시간 동안 계속된다.

6. 3 시간 후에, 와이어는 배쓰로부터 제거되고 고온 플레이트는 끈다.

7. 코팅된 와이어는 탈염수로 세척되고, 건조, 중량 측정되고, 복합 소재 코팅 (니켈 + 다이아몬드) 의 무게 % 를 결정하기 위하여 기록된다.

그런 다음 와이어의 몇몇 길이는 상기와 같이 동일한 절차를 따르는 20 ~ 30 um 의 표면 개질된 다이아몬드를 사용하여 코팅된다.

주사 전자 현미경 이미지는 각 와이어의 부분으로 취해진다. 도 5a 는 종래의 20 ~ 30 미크론 다이아몬드 입자로 만들어진 코팅된 와이어를 도시하고 도 5b 는 표면 개질된 20 ~ 30 미크론 다이아몬드 입자로 만들어진 코팅된 와이어를 도시한다. 도 5a 에서 나타날 수 있는 것처럼, 종래의 다이아몬드 입자는 니켈 기지 내에 완전히 매립되는 것에서부터 니켈의 표면을 바로 접촉하는 것에 걸치도록 나타난다. 종래의 다이아몬드 입자는 와이어의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되도록 나타난다. 평균적으로, 와이어의 표면으로부터 돌출하는 종래의 다이아몬드 입자의 수가 비교적 많은 것으로 나타나는데, 적어도 50 % 의 종래의 다이아몬드 입자가 니켈 코팅으로부터 노출된다.

도 5b 는 또한 와이어 표면에 걸친 표면 개질된 다이아몬드 입자의 양호한 보급 및 와이어 표면으로부터의 표면 개질된 다이아몬드 입자의 양호한 돌출을 도시한다. 표면 개질된 다이아몬드 입자는 도 5a 의 종래의 다이아몬드 입자와는 명백하게 상이하다. 도 5b 는, 니켈이 표면 개질된 다이아몬드 입자의 공극, 구멍 및 빈공간 내로 침투한다는 것을 분명하게 보여준다. 종래의 다이아몬드 입자와 비교하여 각각의 표면 개질된 다이아몬드 입자와 관련된 추가의 절삭지점은 도 5b 로부터 또한 보여질 수 있다.

예 2

간단한 쏘잉 테스트는

a) 종래의 20 ~ 30 um 다이아몬드 입자를 함유하는 와이어;

b) 표면 개질된 20 ~ 30 um 다이아몬드 입자를 함유하는 와이어를 사용하여 실시된다.

각 와이어는 핸드쏘 (hand saw) 내에 고정되고 폴리 실리콘 블록을 절삭하기 위하여 사용된다.

상기 테스트는, 이하의 단체들을 포함한다:

1) 대략 16 인치의 와이어 한 가닥은 각 유형의 다이아몬드에 대하여 얻어진다 (a) 및 b)).

2) 와이어 a) 의 일 단부는 핸드쏘의 일 단부 상에 느슨해진 볼트를 중심으로 고리 모양으로 감아지고 꽉 조여진다.

3) 와이어 a) 의 다른 단부는 다른 느슨해진 볼트를 중심으로 고리 모양으로 감아지고, 단단히 당겨지고 볼트는 꽉 조여진다.

4) 와이어는 쏘의 상부에서 조절 나사를 회전시킴으로써 추가로 꽉 조여진다. 쏘가 실리콘 블록에 유지될 때 대략 1 ~ 2 mm 의 편향이 관찰되도록 와이어 a) 는 신장이 조절된다.

5) 와이어 a) 가 쏘 내에 고정된 후에, 와이어는 바이스로 유지되는 1/2 인치 × 2인치 × 3인치 블록의 폴리실리콘에 위치한다. 홈은 코너에 대해 와이어를 감아 올림으로써 블록의 코너 상에 형성된다. 홈이 형성될 때, 어느 정도의 물방울은 냉각제로서 작동하도록 상기 영역을 향하여 위치된다.

6) 절삭은 약 8 인치의 스트로크를 사용하는 쏘를 전진 및 후퇴함으로써 폴리실리콘 블록 내에 형성된다. 쏘의 중량만이 하강 압력으로써 사용된다.

7) 100 개의 스트로크가 완료될 때까지 절삭은 물의 임시의 추가로 지속된다.

8) 테스트가 완료된 후에, 와이어 a) 는 물로 세척되고 쏘의 중간 부분의 작은 일부는 SEM 분석을 위하여 떼어낸다.

9) 상기 테스트는 상기 단계들을 사용하여 와이어 b) 에 대하여 반복된다.

도 5c 및 도 5d 에서 와이어의 테스트된 주사 전자 사진으로부터 볼 수 있듯이, 와이어가 폴리실리콘 블록을 향하여 마모되는 양 와이어의 접촉면은 명백하게 보여진다. 도 5c 는 종래의 밀링된 20 ~ 30 um 다이아몬드 입자가 사용된 와이어 상에 남겨진 다이아몬드가 실질적으로 없다는 것을 보여준다. 와이어의 측면 상에 많은 입자가 금속 결합의 밖으로 빠져나온다는 것은 또한 명백하다. 도 5d 는 폴리실리콘을 대향하는 와이어의 가공 측면상에 여전히 남아있는 다이아몬드 입자를 보여준다. 또한, 비록 몇몇의 표면 개질된 다이아몬드 입자가 결합 기지의 밖으로 빠져나오더라도, 일반적인 다이아몬드 와이어보다 훨씬 더 기지 내에 여전히 매립된다.

등가물

비록 본 발명은 소정의 예시적인 실시 형태와 관련하여 기술되었을지라도, 개시된 발명에는 전술한 상세한 설명과 일치하는 방식으로 많은 대안, 수정 및 변화가 만들어질 수 있다는 것은 당 분야에서 통상의 기술을 가진 사람들에게 명백할 것이다. 또한, 다양한 공개된 예시적인 실시형태의 특정한 측면이 어떠한 다른 공개된 실시형태 또는 추가로 생산하기 위한 그들의 대안의 측면과 함께 결합하여 사용될 수 있다는 것은 당 분야의 통상의 기술을 가진 이들에게 명백할 것이지만, 여기서는 명백하게 설명되지 않고, 실시형태는 청구된 본 발명을 포함하지만 의도된 용도는 성능 필요 조건에 보다 밀접하게 적합하지 않다. 따라서, 본 발명의 사상에 포함된 상기 모든 대안, 수정 및 변화는 첨부된 청구항의 범위의 내에 포함된다.

Claims

표면; 및
결합 기지에 의하여 상기 표면에 결합하는 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어로서,
각 다이아몬드 입자가 0.60 ~ 0.80 의 표면 거칠기 및 0.25 ~ 0.50 의 구형도를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 와이어가 금속, 폴리머 (합성 또는 천연), 탄소 및 금속 합금, 직물, 유기섬유 또는 무기섬유, 실크 및 이들의 조합물의 그룹으로부터 선택된 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 2 항에 있어서,
상기 금속이 철, 강, 스테인리스 강, 니켈 또는 이들의 조합물의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 결합 기지가 금속성의 소재, 중합체의 수지, 혼성 시스템 (유리질 + 폴리머) 및 이들의 조합물의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 와이어의 길이가 1 cm ~ 1000 km 사이인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 5 항에 있어서,
상기 와이어의 길이가 200 cm ~ 600 km 사이인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 와이어가 연속 루프인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 와이어가 10 um ~ 500 um 사이의 직경 또는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 8 항에 있어서,
상기 와이어가 50 um ~ 200 um 사이의 직경 또는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
코팅을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 입자가 코팅을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 11 항에 있어서,
상기 코팅은 금속 또는 수지인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 입자의 평균 노출이 적어도 20 % 인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 13 항에 있어서,
상기 다이아몬드 입자의 평균 노출이 30 % ~ 60 % 사이인 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 입자가 표면 기능화된 다이아몬드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
연마재, 초연마재, 표면 기능화된 다이아몬드 입자, 중합섬유, 무기섬유, 윤활제, 경화제, 충전제, 공극제, 금속 및 금속 합금, 및 이들의 조합물의 그룹으로부터 선택되는 상기 결합 기지 내의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어.
와이어에 결합된 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어로서,
각 다이아몬드 입자는 0.60 ~ 0.80 의 표면 거칠기 및 0.25 ~ 0.50 의 구형도를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 입자는 상기 와이어에 결합된 것을 특징으로 하는 와이어.
와이어를 제공하는 단계;
와이어를 세정하는 단계;
0.60 ~ 0.80 의 표면 거칠기 및 0.25 ~ 0.50 의 구형도를 갖는 초연마재 입자로 상기 와이어를 코팅하는 단계를 포함하는 초연마재 입자를 갖는 와이어를 제조하는 방법.
삭제
표면, 및 결합 기지에 의하여 상기 표면에 결합되며 각각 0.60 ~ 0.80 의 표면 거칠기 및 0.25 ~ 0.50 의 구형도를 가지는, 다이아몬드 입자를 포함하는 와이어를 제공하는 단계;
소재를 통하여 와이어를 드래깅함으로써 상기 소재의 표면을 통하여 절삭하는 단계;
와이어가 절삭 영역을 형성하는 상기 소재를 통하여 연속해서 절삭하도록 와이어 또는 대상을 인덱싱하는 단계; 및
상기 와이어가 상기 소재를 절삭하는 동안 상기 절삭 영역내로 냉각제 또는 윤활제를 제공하는 단계를 포함하는 소재를 절삭하는 방법.
제 21 항에 있어서,
와이어의 절삭 속도는 초당 0.1 m ~ 초당 20 m 인 것을 특징으로 하는 소재를 절삭하는 방법.