TW201417972A - 具張力次表面殘留應力之定型式鋸切線 - Google Patents

Abstract

一種定型式鋸切線被設計來切割硬質材料，其包含一鋼線，其具有彎折處(bends)且在彎折處之間具有線段(segments)。該鋼線具有次表面張力殘留應力，用來在鋸切的同時保持該鋼線的形狀。該鋸切線從進入向前的切割到該鋼線離開鋸切處理都保持其形狀，這提供一明顯改善的切割效率。

Description

具張力次表面殘留應力之定型式鋸切線

本發明係關於被用來切割硬質材料的鋼線。 尤其是，本發明係關於被用來切割諸如矽錠、矽晶圓、燒結的碳化物、磁性材料、石英棒、藍寶石及陶瓷等材料的鋼線。

在光伏打及半導體領域中之硬質材料的多鋼線鋸切係如下所述地被實施：1.將單一鋼線導引至被驅動的絞盤上以形成多個環圈(loops)；2.該絞盤上設有多個溝槽，用來將諸環圈間的鋼線偏移：藉以形成一鋼線網狀物(web)；3.使用一鬆散的研磨泥漿作為切割劑，其在工件被緩慢地送入到該鋼線網狀物中的同時被饋送至該鋼線網狀物上；4.該鋼線被(來回地)往復移動於兩個捲筒之間或者該鋼線一直移動於同一方向上。

很明顯地，該鋼線在鋸切處理中扮演重要的角色。該鋼線的功能是在把研磨泥漿拉入到切口內的同時對著該工件磨擦。在該泥漿中的研磨粒將該工件以及該鋼線的一部分磨削掉。該鋼線必須能夠一直保持一定的張力，因為此張力被轉變成正向力，研磨顆粒藉此正向力而被推入到該工件中。

對於直的鋼線而言，許多專利揭露了低內應力(中立的或壓縮的)或零殘留應力梯度在鋸切期間維持該鋼線的筆直性的好處。然而，當該鋼線磨損及因而使得鋼線在具有研磨泥漿的鋸切處理中的使用期間直徑變小時，必須在鋼線受到張力斷裂之前更換該鋼線。此外，當該直的鋼線在切割期間是繞著其縱軸轉動時，一開始即被夾在該鋼線和該工件之間的研磨顆粒會從該鋼線和該工件之間被推出來。因此，研磨顆粒在該向前的切割的一開始即被耗損。如果在該鋼線和該工件之間有較少的研磨顆粒的話，則切割即會減小且該鋼線和該工件之間就會開始產生摩擦。雖然在小於400mm或更小的切割長度(例如，矽錠的切割)的情形中此耗損不是特別嚴重的問題，但當需要切割更長的長度時這就會變成問題了。因此，找尋可將足夠的研磨顆粒拖引至切口中使得鋸切動作被維持直到該切口的出口為止的方法是在鋸切線領域中不曾間斷的議題。

韓國專利KR100888026 B1號揭露一種直的鋼線，其在一特定的區域內具有殘留應力，用以將該筆直的 形狀轉變成一小的波浪形狀，用以補償在該鋸切處理期間因為鋼線直徑減小所造成的切割效能降低。如上文所提到的，該直的鋼線在鋸切處理期間被磨損且直徑逐漸地減小。因此，泥漿拖引能力以及切割效率被逐步地降低。藉由小心地選擇施加在此一直的鋼線上的殘留應力，當鋸切在實施時，該直的鋼線即轉變成一具有小的波浪形狀的結構化鋸切線，用以將更多泥漿拖引至該切口內，進一步提高切割效率。因此，該切割作用被維持。但，問題是，製造此一特殊的筆直的鋼線很難，因為該殘留應力必須被很精準地控制。否則的話，將會得到完全相反的結果。

很顯然地，在鋸切期間將更多的研磨泥漿拖 引至該切口內的解決方案之一是用鋼線本身來形成結構，亦即，將該筆直的鋼線作成上文中提到之定型式鋼線。

WO2006067062號公開專利案揭露一種其上設 有多個皺褶(crimps)的單絲鋸切線，每一皺褶具有一節距長度及一振幅，該等皺褶被設置在至少兩個不同的平面內。該鋸切線的一被周界的包體(circumscribed enveloping)直徑‘D’係介於鋼線本身的直徑‘d’的1.05和1.5倍之間。

WO2012069314號公開專利案揭露一種具有螺旋形狀的鋸切線，其包含一些線段，在這些線段之間有彎折處。該等彎折處對於該螺旋形狀而言係徑向朝外。該鋸切線的此形狀中被建構成和該等研磨顆粒有良好的配合。此種定型式鋸切線對於研磨顆粒的拖引及動作有顯著的改 善。

然而，在每一種結構化的鋸線鋼線中，其形 狀註定會因為鋼線磨損及被施加的張力而在鋸切處理中劣化。而且，當該鋼線重複進入該切口時，對該鋼線會有拉直的作用，在它每次進入該錠塊(其次數多達上千次甚至更多)的時候就如同它被拉引通過一孔洞。這造成該形狀無法從該鋸切的一開始一直到該鋸切結束都被保持。從上文的說明中很清楚的是，研磨顆粒的拖引性以及鋼線的切割效率在該鋸切處理期間隨著時間的過去會被降低。

本發明的一個目的是要提供一定型式鋸切線，其中上述先前技術的缺點的至少一者可被減輕。

本發明的另一個目的是要提供一種定型式鋼線，其在鋸切處理中從進入切口一直到該鋼線離開該切口都保持其形狀。

依據本發明的第一態樣，一種鋸切線被提出，其特別適合用來鋸切硬質且易碎的材料，譬如像是矽、鍺、碳化矽、石英及玻璃、陶瓷材料、藍寶石、稀土磁石、天然石頭，譬如大理石及類此者。

本發明的鋸切線的最平常的形式是一鋼線，其具有彎折處且在彎折處之間有線段(segments)。在彎折處之間的該等線段是實質上筆直的。這表示該等線段可顯示出一些曲度(curvature)，其在任何情況下都小於該 鋸切線在彎折處的曲度。一彎折處具有一內曲度及一外曲度。‘內曲度’係指該彎折處在兩個相鄰的線段之間的部分，而‘外曲度’係指在圓周上和該‘內曲度’相反且是遠離相鄰的線段。本發明的鋸切線進一步具有次表面張力殘留應力，用來在鋸切時保持該鋸切線的形狀。‘次表面(subsurface)’一詞應被理解為一離該鋸切線的外表面一很小的距離，如，離該外表面5至10微米的深度，的表面。為了此申請案的目的，該定型式鋸切線的該次表面張力殘留應力可在鋸切期間保持該鋸切線的形狀以避免形狀變形。

在該等線段內的該次表面殘留應力較佳地為至少1500MPa，例如大於1800MPa，且在本質上是張力。

較佳地，該定型式鋸切線在該等彎折處的內曲度中具有次表面張力殘留應力。這是本發明的基本工作原理：當該等彎折處的最突出的部分(即，該彎折處的外曲度)在鋸切處理期間逐步地被磨損時，在該等彎折處的徑向外曲度內的次表面張力殘留應力會隨著材料的磨耗而消失掉。因為在該等彎折處的內曲度內有次表面張力殘留應力，所以一彎折扭矩在該彎折處發生，其至少維持該彎折程度，這可獲得一顯著的形狀升級的結果。它可補償該定型式鋸切線在鋸切處理時因為鋸切線磨損、切口的拉直效應及被施加的張力所造成的形狀劣化。因此，該鋸切線的形狀在鋸切時被維持，使得該鋸切作用被持續直到離開該切口為止。

一具有次表面張力殘留應力的鋸切線具有此 等有利的特性是很卓越的。大體上，(從本案說明書的〔先前技術〕中可明顯地看出的是)殘留壓縮應力或低程度的張力殘留應力對於一鋸切線來說是較佳的。本案發明的長處是要藉由進入完全相反的方向來顛覆此一被普遍地接受的教導。

較佳地，在該定型式鋸切線的該等彎折處的 內曲度的次表面張力殘留應力至少是2000MPa。如果該應力小於2000MPa的話，則會因為鋸切時在彎折處的外曲度材料的消耗而使得在該等彎折處的內曲度的應力不夠大到足以維持該彎折的程度，這表示該定型式鋸切線的形狀在鋸切處理中會劣化。在此同時，吾人可觀察到該鋸切線的切割效能將降低。

依據一較佳的實施例，該定型式鋸切線本身 具有一軸線及一在一或多個平面內的波浪形狀，該一或多個平面包含該軸線。有一個在一平面內的波浪形狀係指一種諸彎折處的彎折方向交替於連續的線段之間的形狀。波浪形狀可以是例如藉由讓該鋸切線起皺褶來賦予該鋸切線皺褶以獲得波浪形狀。

較佳地，依據本發明的該定型式鋸切線具有 在第一平面及在一第二平面內的波浪形狀，其中該第二平面不同於該第一平面。如圖1a所示的鋸切線10具有改良的研磨材料拖引特性。該等皺褶確實提供該鋸切線更多研磨材料可陷於其內的凹陷部。

或者，該定型式鋸切線亦被建構成使得該一 或多個平面相對於一包含該軸線之固定的平面的角度沿著該定型式鋸切線的該軸線的長度而改變。這就像是，當沿著該鋸切線的長度前進時，構成該波浪形狀的該一或多個平面係繞著該定型式鋸切線的該軸線轉動。

較佳地，該一或多個平面相對於該包含該軸 線之固定的平面的角度係沿著該鋸切線的軸向長度加大或減小。這例如可在給予該鋸切線一在一或多個平面內的波浪形狀之後藉由將該鋸切線繞著它本身的軸線扭轉來獲得。

此一具有在一個平面上的單一皺褶之定型式 鋸切線的一個可能的例子(其中該平面具有一相對於包含該定型式鋸切線的該軸線的固定的平面之加大角度)在從該鋸切線的軸線的長度觀看時看起來像一朵‘花’，如圖1b所示。

或者，該介於該一或多個平面相對於一固定 的平面之間的角度在一長度上交替地增加且接下來沿著一第二長度交替地減小。這就像是該一或多個平面首先在一第一長度上係轉動於第一方向上，之後在一第二長度上則是轉動於相反方向上。例如，該平面在沿著該鋸切線的第一距離係轉動於順時鐘方向上，之後接著的是在沿著該鋸切線的第二距離係轉動於逆時鐘方向上。

依據一更佳的實施例，該定型式鋸切線本身具有一繞著該定型式鋸切線的軸線的螺旋形狀且該鋸切線 的該等彎折處被設置成徑向地朝外(沒有在一平面上的波浪變形)，即，遠離該螺旋形狀的對稱軸。螺旋形狀是一在一特定角度的轉動下結合平移而保持不變(invariant)的空間曲線。螺旋線(helix)是一特殊的螺旋形狀，其在任何轉動角度下配合一相關連的平移保持不變的曲線。

該鋸切線較佳地具有一介於50至500微米之 間(更佳地介於80至150微米之間)的直徑，而典型的直徑為80、90、100、110、120、130、140及150微米。

較佳地，在上面的實施例中提到的所有形狀 中，沿著該定型式鋸切線的該軸線之介於該等彎折處之間的距離是該鋸切線本身的直徑‘d’的10到100倍之間。結合該鋸切線的軸向運動，這將造成該等彎折處彼此係空間地分開來。如果介於沿著該定型式鋸切線的該軸線的該等彎折處之間的距離是該鋸切線本身的直徑‘d’的100倍的話，則該等皺褶提供該鋸切線太遠的凹陷，導致將研磨材料拖引至該切口內的能力不足。相反地，如果介於沿著該定型式鋸切線的該軸線的該等彎折處之間的距離小於該鋸切線本身的直徑‘d’的10倍的話，則該彎折的程度太大且該鋸切線將在使用期間拉長太多。更佳地，介於沿著該定型式鋸切線的該軸線的該等彎折處之間的距離是該鋸切線本身的直徑‘d’的25到50倍之間，例如是該鋸切線的直徑‘d’的30倍。

較佳地，該定型式鋸切線具有一周界直徑 (circumscribed diameter)‘D’且D/d比係介於1.04至1.4 之間。較佳地，該D/d比係介於1.05至1.2之間，如，1.10。該D/d比是一用作為製造控制的一方便的度量。它是該鋸切線的光學直徑(相當於該周界圓柱的直徑)對該鋸切線的直徑的比率。大的D/d值(譬如，約2.0)是較不好的，因為該定型式鋸切線將在低負荷時獲得一太大的伸長量，這對於在切割時的弓形態(bow formation)是不利的。該鋸切弓顯示一太大的弓形高(sagittaso)，使得該工件的該等側邊區段在中間部分仍未被切穿的時候就已被切割。

當在一軸向長度‘L’上測量時，該鋸切線的中 心線具有一長度‘S’，且較佳地(S-L)/L係介於0.006至0.6%之間。此(S-L)/L為‘額外長度’，它是因為該鋸切線的形狀而被內建(build-in)於該鋸切線中。如果此‘額外長度’低於0.006%的話，則該鋸切線的變形就不足以將顆粒拖引至該鋸切線的彎折處內，造成研磨顆粒的拉引力不足。如果此‘額外長度’大於0.6%的話，則該鋸切線將在使用期間拉伸的太長，這將造成該鋸切線在該鋸切處理期間被鬆弛。

用於鬆散的研磨鋸切的研磨顆粒是微砂礫 型。這些顆粒係藉由篩選、空氣分類或水分類而被分類成不同尺寸的類別。關於什麼是每一類別的最小尺寸、中型尺寸及最大尺寸存在有不同的標準(EFPA、JIS及ANSI)。大體上，用於研磨的‘線鋸’的範圍典型地為FEPA500(12.8微米)至600(9.3微米)或JIS800(14 微米)至JIS2000(6.7微米)。在括號內的數值係指中型顆粒的尺寸。該中型顆粒尺寸是該等顆粒的一半的尺寸比它大而該等顆粒的另一半的尺寸比它小的尺寸。對於大跨距切割而言，較大的顆粒尺寸是較佳的，譬如FEPA360(22.8微米)至FEPA230(53.0微米)。最佳的是FEPA320，其具有29.2微米的中型顆粒尺寸。

更佳地，如果(S-L)/L是在0.01至0.5%之 間的話，則該鋸切線設有足夠大的凹陷來接納並拖引研磨材料，同時保持該鋸切線必要的伸長特性。

這有助於研磨顆粒的拖引，如果該鋸切線的 表面比該鋸切線的核心軟的話，但在該鋸切線的表面的裸鋼並沒有因此被排除或是較不偏好的。軟的表面可藉由處理該鋸切線的表面來獲得。例如，該鋸切線可被塗覆一比鋼線核心軟的塗層。適合的塗層是鐵或低碳鋼塗層、銅、鋅、鎳、鈷、或錫塗層或一種包含兩種或更多種前述金屬的合金塗層，例如黃銅(銅-鋅)或青銅(銅-錫)塗層。

較佳地，該塗層可進一步包含選自於包含鑽石、立方氮化硼、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、碳化鎢或它們的混合物的研磨顆粒。藉由將這些顆粒附著到該鋸切線上，它們可沿著該切口的長度將該鋸切線維持的更好。以此方式，該等顆粒被更佳地饋入該切口。

10‧‧‧鋸切線

d‧‧‧鋸切線直徑

D‧‧‧周界直徑

S‧‧‧中心線的長度

L‧‧‧軸向長度

110‧‧‧定型式鋸切線的第一實施例

112‧‧‧凸峰

114‧‧‧凸峰

120‧‧‧定型式鋸切線的第二實施例

130‧‧‧定型式鋸切線的第三實施例

132‧‧‧彎折處

210‧‧‧筆直的鋼線

212‧‧‧張力次表面層

214‧‧‧核心

220‧‧‧定型式鋸切線

222‧‧‧彎折處

224‧‧‧彎折處

226‧‧‧非彎折的線段

230‧‧‧鋼線

232‧‧‧材料

I1‧‧‧第一較佳實施例

I2‧‧‧第二較佳實施例

I3‧‧‧第三較佳實施例

R1‧‧‧參考鋸切線

R2‧‧‧參考鋸切線

R3‧‧‧參考鋸切線

本發明現將藉由參考附圖更詳細地加以描 述，其中：圖1a顯示本發明的定型式鋸切線的第一實施例。

圖1b顯示本發明的定型式鋸切線的第二實施例。

圖1c顯示本發明的定型式鋸切線的第三實施例。

圖2例示依據本發明的定型式鋸切線的一般性工作原理。

圖3例示參考鋸切線及本發明的鋸切線的切割效能。

依據本發明的定型式鋸切線係從一筆直的鋼線開始製造。

該筆直的鋼線係如下所述地製造。啟始產品是一鋼線棒。此鋼線棒具有下列的鋼成分：0.65%的最小碳含量、0.40%至0.70%的範圍內的錳含量、0.15%至0.30範圍內的矽含量、0.03%的最大硫含量、0.30%的最大磷含量、所有百分比都是重量百分比。用於高張力鋼線的典型鋼線成分具有約0.80重量%(例如，0.78-0.82重量%)的最小碳含量。

該鋼線棒在數個連續的步驟中被抽拉直到獲得所需要的最終直徑及所需要的殘留應力為止。該等抽拉 步驟可被一或多個的熱處理步驟(譬如，退火處理)中斷。該鋼線的殘留應力情況會受到該抽拉模具順序規劃的影響。最終的抽拉步驟的縮小率小於前面抽拉步驟的縮小率通常將會造成大的張力殘留應力的情況。而且，藉由改變模具角度，該張力殘留應力可進一步被變大(更大的模具角度會給出更高的張力殘留應力)。

檢測鋼線的殘留應力的傳統方法包含下列步驟：‧切下約85mm長的鋼線樣本。此樣本可顯示出一些曲度，其並不應被拉直；‧將該鋼線樣本浸泡在用16公克的(NH₄)₂S₂O₈及120mL的NH₄OH及以一公升的去礦物質水稀釋的酸浸溶液中10分鐘；‧用水沖洗30秒及用空氣乾燥1分鐘；‧把一端摺疊並形成約90°的清除角(clear angle)，用以形成一70±1mm的尾部。該摺疊處應在該鋼線樣本所在平面內從該鋼線樣本順著該曲度徑向朝內地彎折；‧用釉質指甲油將該短的摺疊部分(15mm)塗上亮漆並空氣乾燥1分鐘；‧用釉質漆將該鋼線表面的內側塗上亮漆並空氣乾燥1分鐘。該鋼線的剖面的約一半的圓周應被該釉質漆覆蓋；‧將該樣本的形狀複製到一紙上；‧在50±2℃的溫度下在蝕刻溶液中根據下面的公式 蝕刻該樣本一段時間：時間(秒)=186.7×鋼線直徑(mm)-12.9

其中該蝕刻溶液是用一份的HNO₃及一份的去礦物質水製成。一大約是鋼線的直徑‘d’的10%的層從該未被覆蓋的部分被蝕刻掉。

‧用水沖洗5秒及用空氣乾燥1分鐘；‧將該經過蝕刻的樣本的該摺疊部分放在該紙張複本上它原來的位置上。取得該樣本的另一影本(photocopy)作為參考。該第二影本顯示該鋼線在蝕刻前及蝕刻後的形狀；‧藉由在該彎折處畫出一切線圓來決定該樣本在蝕刻之前的曲度半徑‘ρ₀’及在蝕刻之後的曲度半徑‘ρ₁’，其中該切線圓的圓心和該短的摺疊部分對齊。在蝕刻之後，當該鋼線尾部彎折於該短的疊部分的方向上時，在該鋼線的外層內的殘留應力的本質是拉伸力。在蝕刻之後，當該鋼線尾部彎折於遠離該短的疊部分的方向上時，在該鋼線的外層內的殘留應力的本質是壓縮力。

當對於使用在本發明的鋸切線中的鋼線實施一實驗時，該鋼線在蝕刻後的形狀是一指環(circlet)。在本申請案中，一用來估算次表面殘留應力‘σ₁’的公式係如下所示：

在上面的公式中， d₀是蝕刻之前該鋼線原始的鋼線直徑(以mm來表示)，d₁是蝕刻之後該鋼線的直徑(單位mm)，E是材料的模數，其對於鋼而言是200000N/mm²，ρ₀是原始鋼線的曲度半徑(單位mm)，ρ₁是蝕刻之後該鋼線的曲度半徑(單位mm)。

例如，一直徑為120微米(0.120mm)的鋼線(其在蝕刻之前顯示出188mm的曲度半徑及在蝕刻掉外周邊的一半之後其顯示出一具有12mm的曲度半徑之縮小的直徑96微米(0.096mm))具有1550N/mm²的次表面殘留應力。

基本原則(即，不將本發明侷限於此的非束縛性原則)是在次實驗中形成的該指環的直徑必需小於該鋼線的直徑‘d’的200倍，用以在蝕刻之前離開一鋼線(其具有一至少是該鋼線的半徑‘d’的1000倍的曲度半徑)時獲得1500N/mm²或更大的次表面殘留應力。這適用於半徑在50至300微米的鋼線。

此一具有張力次表面殘留應力的筆直鋼線然後被處理成為一定型式鋸切線。有數種方式可將彎折處形成在該鋸切線上。波浪形式可藉由該筆直的鋼線引導通過至少一對交互重疊(intermeshing)之帶齒的輪子來獲得。以此方式，一鋸齒狀的皺褶被形成在一單一平面內。該等皺褶亦可用一組凸輪來獲得。

當將該等皺褶結合在彼此不同的平面內時 (例如，垂直的平面內時)，可獲得本發明的定型式鋸切線的第一實施例110，如圖1a所示。在XZ平面的彎折產生凸峰112。在YZ平面的彎折產生凸峰114。該鋼線具有直徑‘d’且一具有在Z方向上的軸線的周界圓柱則具有直徑‘D’。

如圖1b所示之本發明的定型式鋸切線的第二實施例120是藉由在給予該鋼線一在一個平面內的波浪形狀之後將該鋼線繞著它自身的軸線扭轉來獲得。再次地，該鋼線具有直徑‘d’且一具有在Z方向上的軸線的周界圓柱則具有直徑‘D’。

此外，如圖1c所示，本發明的定型式鋸切線的第三實施例130具有連續的彎折處，其可藉由將該鋼線推抵一帶齒的輪子，再加上該鋼線的一軸向運動及一轉動運動來形成。以此方式，該等彎折處132被配置成相對於該軸線徑向朝外且具有一以螺旋為主的形狀。

應注意的事實是，在圖1a至1c中，該鋼線的直鏡‘d’及該周界圓形的直徑‘D’並未按照實際比例：實際上，該鋼線的直徑相對於該周界圓形的直徑‘D’要更大一些。

該定型式鋸切線的形狀可用KEYENCE LS 3034雷射掃描系統配合KEYENCE LS 3100處理單元來測量，如WO 95/16816中所描述的。在此系統中，一約20公分長的結構化鋸切線被一個1±0.2N的力保持拉緊。然後，一二極體雷射頭沿著該鋼線的長度(Z軸方向)掃描 該鋼線且該鋼線的下及上邊緣被記錄為在分開的位置‘z_i’(‘i’是索引)的長度的函數。該下及上邊緣數值的平均值以‘z_i’的函數(如，x(z_i))來提供該鋼線的中心沿X軸(其垂直於該Z軸)的位置。然後，該等固定點被轉90度且該掃描被重複。這獲得以‘z_i’的函數(如，y(z_i))的形式表示之該鋼線的中心沿著Y軸的位置。因此，參數函數(x(z_i)，y(z_i)，z_i)界定該鋼線在三個尺度上的中心的形狀。藉由載入空白表格程式(spreadsheet program)，吾人可以一放大的圖式中將該軌跡視覺化，這是有必要的，因為該等凹痕(indentations)是相當的小。吾人可藉由對它施加一旋轉轉換來轉動它，且從任何所想要的角度來觀察它。

而且，該直徑‘D’的測量可單純地藉由將該鋼 線的直徑‘d’加至該等被測得的軌跡的凸峰至凸峰的振幅來實施於該軌跡上。此外，該鋼線的中心的長度‘S’可藉由將該鋼線的分開的線段的個別長度加在該定型式鋸切線的中心軸長度‘L’來決定。

該鋼線的次表面張力殘留應力從開始(該筆 直的剛線)到該鋸切處理(該定型式鋸切線)的分布被例示於圖2的‘a’至‘c’中。

一具有張力殘留應力的筆直鋼線210係如圖 2a所示地被獲得。該內應力分布使得一張力次表面層212存在(用‘+’符號來標示)。因為應力平衡必需保持在零(否則該鋼線將不會靜止)，所以該鋼線的核心214具有 壓縮殘留應力(用‘-’符號來標示)。

此筆直的鋼線然後被加工成為波浪形狀，以 獲得圖2b中所示的定型式鋸切線220。該鋸切線在彎折處的內側具有‘r₁’的曲度半徑，其係因為內應力分布不再是徑向對稱所造成的。在彎折期間的塑性變形造成一減小的但仍是張力的殘留次表面應力於該等彎折處222的徑向外曲度內及一增大的張力殘留應力於該等彎折處224的徑向內曲度內的結果，如圖2b所示。這不平衡造成該鋼線永久變形的結果。在無彎折處的線段226內的次表面殘留應力則保持著和該筆直的鋼線的次表面殘留應力一樣。當此一定型式鋸切線被使用於鋸切處理中時，該等彎折處的最突出的部分(彎折處的外曲度)被磨損，逐步地形成如圖2c所示的鋼線230。在該等彎處的的徑向外曲度內的次表面張力殘留應力隨著材料232被磨耗而消失。換言之，在該鋼線本身內部的應力平衡被打破且在該等彎折處的徑向內曲度內的次表面張力殘留應力開始施加一彎曲扭矩藉以減小或至少保持該鋼線在該彎折處的曲度半徑‘r₂’。一新的扭矩平衡將形成在該鋼線的剖面上。此機制抵銷了該定型式鋸切線在切割處理期間因為鋼線磨損、切口入口的拉直作用及所施加的拉伸力所造成的形狀劣化。 因此，在鋸切的同時，該鋸切線的形狀被保持，使得在到達該切口的出口之前，該切割作用都保持的很好。

依據第一較佳的實施例I1，一被電鍍了 0.12mm的黃銅塗層之具有1550Mpa的次表面殘留張力應 力的高張力鋼線被設置有多個在兩個不同的平面(即，x-y平面及x-z平面)內的皺褶。在第一平面內，該鋸切線包含皺褶，其具有3.6mm的波長及用雷射掃描所測得之30微米的凸峰至凸峰(即，雙振幅)數值。在第二平面內，該鋸切線包含皺褶，其具有3.1mm的波長及28微米的凸峰至凸峰數值。此樣本顯示1.34的‘D/d’數值，其在該較佳範圍內。此鋸切線(S-L)/L的比率為0.029%。

在第二較佳實施例I2及第三較佳實施例I3 中，藉由在抽拉期間使用不同的模具角度，該次表面殘留張力應力被進一步加大。這在形成皺褶之前在該等筆直的鋼線上分別造成約1600MPa及約1700MPa之更高的張力殘留應力的結果。該等鋼線用類似於第一較佳實施例的方式被形成皺褶。

接下來，參考鋸切線R1、R2及R3被製造。 參考鋸切線R3是具有中立至壓縮的殘留應力的傳統的鋸切線，其沒有被形成皺褶或彎折處。次表面殘留壓縮應力或中立應力可藉由將該鋼線引導通過一拉直器裝置來獲得，如美國專利US4612792中所說明的。

參考鋸切線R1是用鋼線R3製成的，但在單 一平面內被形成皺褶，其具有約3.1mm的波長及對於中心線而言的一35微米的凸峰至凸峰的數值。

參考鋸切線R2是用筆直的鋼線R3製成的， 但在兩個彼此大致垂直的平面內被形成有皺褶。在鋸切前及鋸切後在該鋸切線上所獲得的形狀參數係如表1中所 列：

關於上面的表1，本發明的鋸切線I1、I2及 I3在該鋸切處理的第一切割之前及之後顯示出一良好的形狀穩定性：鋸切之前及之後的凸峰至凸峰數值有減小，但減小的程度遠小於在鋸切線R1或R2上觀察到的程度。

參考鋸切線‘R1’及‘R2’及‘R3’以及本發明的鋸 切線‘I1’、‘I2’及‘I3’在一單一線鋸機(RTS 480)上在16N的張力下以600m/s的鋸切線速度於該鋸切線(來來回回)的往復模式183中進行測試。該鋸切線以1.0mm/min的速度被降低通過一125×125mm²的單晶矽塊。一用1：0.9重量比混了JIS 1500碳化矽的PEG混合物被用作為切割泥漿。平均顆粒尺寸是10微米。形成在該切口的端部的弓高度或弓形高(sagita)(‘BH’單位mm)被用作為該鋸切線的鋸切效率的度量。在該切口的端部處，該弓高度愈低代表切割效率愈好。

當讓不同的鋸切線進行一鋸切作業時，被觀 察到的是，對於本發明的鋸切線而言，在該切口的端部的弓高度要比傳統皺褶式參考鋸切線R1及R2顯著低很多。

圖3顯示參考鋸切線R1、R2、R3及本發明的鋸切線I1、I2、I3在用同一鋸切線的1(C1)或2(C2)後續的切割之後的效能。所有鋸切在重複使用之後顯示一變大的弓，這可歸咎於該鋸切線的形狀改變。從圖3可清楚地看出，本發明之具有包的張力次表面殘留應力的鋸切線在六個鋸切線中有最好的鋸切效率。這和表1所示之該等鋸切線有較佳的形狀維持是相符合的。具有高的張力次表面殘留應力的該等定型式鋸切線在鋸切時可以把它們的形狀維持得更好，藉以獲得更好的切割效率。

因此，在切割之後顯示出的凸峰至凸峰的數值比切割之前的凸峰至凸峰的數值的一半還大的該等定型式鋸切線是落在本發明的申請專利範圍內。

230‧‧‧鋼線

232‧‧‧材料

Claims (16)

1. 一種定型式鋸切線，其包含一鋼線，其具有彎折處(bends)，在彎折處之間具有線段(segments)，其特徵在於該鋼線具有次表面張力殘留應力，用來在鋸切的同時保持該定型式鋸切線的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中在該等線段內的該次表面殘留應力係至少1500MPa。
3. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中該鋸切線在該等彎折處的內曲度內具有次表面張力殘留應力。
4. 如申請專利範圍第3項之定型式鋸切線，其中在該等彎折處的內曲度之次表面張力殘留應力係至少2000MPa。
5. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中該定型式鋸切線具有一軸線及其中該鋼線具有在一或多個平面內的波浪形狀，該一或多個平面包含該軸線。
6. 如申請專利範圍第5項之定型式鋸切線，其中該鋼線具有在第一平面及在一第二平面內的波浪形狀，該第二平面不同於該第一平面。
7. 如申請專利範圍第5項之定型式鋸切線，其中該一或多個平面相對於一包含該軸線之固定的平面的角度係沿著該定型式鋸切線的該軸線的長度改變。
8. 如申請專利範圍第7項之定型式鋸切線，其中該角度係沿著該鋸切線的軸向長度加大或減小。
9. 如申請專利範圍第8項之定型式鋸切線，其中該 角度係交替地在一第一長度上增加及接下來沿著一第二長度減小。
10. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中該鋼線具有一繞著該定型式鋸切線的該軸線的螺旋形狀及其中該鋼線的該等彎折處被設置成徑向地朝外。
11. 如申請專利範圍第5至10項中任一項之定型式鋸切線，其中沿著該軸線之介於該等彎折處之間的距離是該鋼線的直徑‘d’的10到100倍之間。
12. 如申請專利範圍第11項之定型式鋸切線，其中該定型式鋸切線具有一周界直徑‘D’及其中D/d比率係介於1.04至1.40之間。
13. 如申請專利範圍第5至10項中任一項之定型式鋸切線，其中當在一軸向長度‘L’上測量時，該鋼線具有一長度‘S’，及其中(S-L)/L係介於百分之0.006至0.6之間。
14. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中該鋼線的表面是裸鋼。
15. 如申請專利範圍第1項之定型式鋸切線，其中該鋼線的該表面被覆蓋一塗層，其包含來自於一由銅、鋅、錫、鎳、鈷或它們的合金所組成的群組的至少一者。
16. 如申請專利範圍第15項之定型式鋸切線，其中該塗層更包含選自於由鑽石、立方氮化硼、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、碳化鎢或它們的混合物所組成的群組的研磨顆粒。