金剛石絲鋸精密切割及其制備技術(shù)

1、康仁科康仁科 教授教授精密與特種加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室精密與特種加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院超硬材料分會(huì)第四次常務(wù)理事會(huì)，深圳，超硬材料分會(huì)第四次常務(wù)理事會(huì)，深圳，2011.5.24康仁科簡(jiǎn)歷康仁科簡(jiǎn)歷 1962年年11月出生。博士、教授、博士生導(dǎo)師。月出生。博士、教授、博士生導(dǎo)師。 大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所所長(zhǎng)，精密特種加工大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所所長(zhǎng)，精密特種加工與微制造教育部國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。與微制造教育部國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)磨粒技術(shù)委員會(huì)副主任、精密工程委員會(huì)委員、切中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)磨粒技術(shù)委

2、員會(huì)副主任、精密工程委員會(huì)委員、切削委員會(huì)委員，中國(guó)刀協(xié)切削與先進(jìn)制造技術(shù)研究會(huì)常務(wù)理事。削委員會(huì)委員，中國(guó)刀協(xié)切削與先進(jìn)制造技術(shù)研究會(huì)常務(wù)理事。 1984年和年和1987年于西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)獲學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，年于西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)獲學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，1999年于西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)獲工學(xué)博士學(xué)位年于西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)獲工學(xué)博士學(xué)位 。19872001年于西北工業(yè)大學(xué)任副教授、教授，年于西北工業(yè)大學(xué)任副教授、教授，2001年年4月被評(píng)為博月被評(píng)為博士生導(dǎo)師。士生導(dǎo)師。2002年年3月調(diào)入大連理工大學(xué)。月調(diào)入大連理工大學(xué)。 主要研究方向：精密超精密加

3、工技術(shù)、難加工材料高效加工技術(shù)、特主要研究方向：精密超精密加工技術(shù)、難加工材料高效加工技術(shù)、特種和復(fù)合加工技術(shù)的研究。種和復(fù)合加工技術(shù)的研究。 Tel13074133688 Email：半導(dǎo)體硅片半導(dǎo)體硅片的制備的制備拉單晶拉單晶磨外圓磨外圓切割切割研磨研磨拋光拋光磨削磨削多線切割多線切割集成電路集成電路的制造的制造 半導(dǎo)體硅片是集成電路半導(dǎo)體硅片是集成電路芯片制作的重要襯底材料芯片制作的重要襯底材料硅太陽能電池板硅太陽能電池板的制造的制造半導(dǎo)體照明等光電子器件半導(dǎo)體照明等光電子器件Telecom-SoS Optical / Laser

4、LEDs and Lighting 高溫超導(dǎo)與紅外探測(cè)等光電子器件高溫超導(dǎo)與紅外探測(cè)等光電子器件高溫超導(dǎo)器件的基礎(chǔ)材料高溫超導(dǎo)器件的基礎(chǔ)材料光電晶體基片光電晶體基片釓鎵石榴石（釓鎵石榴石（GGGGGG）磁光薄膜專用基片磁光薄膜專用基片鋁酸鑭（鋁酸鑭（LaAl lO3）最重要的工業(yè)化、最重要的工業(yè)化、大尺寸高溫超導(dǎo)薄膜單晶基片大尺寸高溫超導(dǎo)薄膜單晶基片鈦酸鍶（鈦酸鍶（SrTiOSrTiO3 3）應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣的優(yōu)秀高溫超導(dǎo)單晶基片之一的優(yōu)秀高溫超導(dǎo)單晶基片之一紅外探測(cè)器的基礎(chǔ)材料紅外探測(cè)器的基礎(chǔ)材料光電晶體基片光電晶體基片半導(dǎo)體和光電晶體精密切割的加工要求半導(dǎo)體和光電晶體精密切割的加工要求高效

5、率高效率低成本低成本高精度高精度窄切縫窄切縫小翹曲變形小翹曲變形低表面損傷低表面損傷低碎片率低碎片率無環(huán)境污染無環(huán)境污染 精密切割加工（精密切割加工（slicing）是制備半導(dǎo)體和光電晶體基片）是制備半導(dǎo)體和光電晶體基片的主要加工工藝之一，在微電子、光電子器件的制造過程的主要加工工藝之一，在微電子、光電子器件的制造過程中占有很重要的地位。中占有很重要的地位。 隨著微電子和光電子技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體和光電晶體隨著微電子和光電子技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體和光電晶體的切割加工提出更高要求。的切割加工提出更高要求。硬脆材料的切割方法硬脆材料的切割方法硬脆晶體材料切割方法硬脆晶體材料切割方法線鋸線鋸帶鋸帶

6、鋸圓鋸圓鋸鋼鋼 帶帶 鋸鋸金剛石帶鋸金剛石帶鋸鋼鋼 片片 鋸鋸金剛石外圓鋸金剛石外圓鋸金剛石內(nèi)圓鋸金剛石內(nèi)圓鋸鋼鋼 絲絲 鋸鋸金剛石串珠鋸金剛石串珠鋸金金 剛剛 石石 絲絲 鋸鋸金剛石外圓鋸（金剛石外圓鋸（ODOD）切割技術(shù)）切割技術(shù) 應(yīng)用較早的切割方法，外圓周上電鍍金剛石的圓鋸片直徑應(yīng)用較早的切割方法，外圓周上電鍍金剛石的圓鋸片直徑一般在一般在200mm左右，最大可達(dá)左右，最大可達(dá)400mm。多用于寶石、石英、。多用于寶石、石英、鐵氧體、陶瓷等材料的切斷、切槽等。鐵氧體、陶瓷等材料的切斷、切槽等。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作容易操作容易刀片價(jià)格便宜刀片價(jià)格便宜缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：刀片較厚刀片較厚

7、鋸口寬、材料損耗較大鋸口寬、材料損耗較大切割面的平行度較差切割面的平行度較差切割小直徑或較薄工件切割小直徑或較薄工件金剛石外圓薄鋸片切割加工金剛石外圓薄鋸片切割加工IC制造中的劃片（制造中的劃片（Dicing）將硅片超精密切割成分離的芯片將硅片超精密切割成分離的芯片金剛石內(nèi)圓鋸（金剛石內(nèi)圓鋸（ID）切割技術(shù)）切割技術(shù) 內(nèi)孔圓周上電鍍金剛內(nèi)孔圓周上電鍍金剛石薄鋸片周邊張緊固定石薄鋸片周邊張緊固定在一個(gè)框架上，利用圓在一個(gè)框架上，利用圓鋸片內(nèi)圓進(jìn)行切割。鋸片內(nèi)圓進(jìn)行切割。金剛石內(nèi)圓鋸切割技術(shù)金剛石內(nèi)圓鋸切割技術(shù) 刀片剛性好，可做得很薄，刀片剛性好，可做得很薄，0.1mm0.1mm； 切片精度高，直

8、徑切片精度高，直徑200mm200mm晶片的厚度差僅為晶片的厚度差僅為0.01mm0.01mm； 設(shè)備低廉，同規(guī)格級(jí)線切割機(jī)價(jià)格的設(shè)備低廉，同規(guī)格級(jí)線切割機(jī)價(jià)格的1/31/31/41/4； 每片都可以進(jìn)行徑向調(diào)整和切片厚度調(diào)整；每片都可以進(jìn)行徑向調(diào)整和切片厚度調(diào)整； 小批量多規(guī)格加工時(shí)，具有靈活的可調(diào)性。小批量多規(guī)格加工時(shí)，具有靈活的可調(diào)性。 切片表面損傷層較大；切片表面損傷層較大； 刀口寬，材料損失大；刀口寬，材料損失大； 生產(chǎn)率低，每次只切割一片；生產(chǎn)率低，每次只切割一片； 只能切割直線，無法切曲面；只能切割直線，無法切曲面； 直徑小于直徑小于200mm200mm的晶體。的晶體。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)帶

9、鋸切割帶鋸切割電鍍金剛石磨?；蜩偤附饎偸療Y(jié)塊的環(huán)形鋸條為切割工具。電鍍金剛石磨?；蜩偤附饎偸療Y(jié)塊的環(huán)形鋸條為切割工具。出現(xiàn)于出現(xiàn)于2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，我國(guó)于年代，我國(guó)于8080年代才開始研制出該類設(shè)備。年代才開始研制出該類設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：鋸切速度快，刀具材料消耗小、噪音小等。優(yōu)點(diǎn)：鋸切速度快，刀具材料消耗小、噪音小等。缺點(diǎn)：鋸口大，切割精度低，對(duì)荒料要求規(guī)整，不能進(jìn)行多片切割。缺點(diǎn)：鋸口大，切割精度低，對(duì)荒料要求規(guī)整，不能進(jìn)行多片切割。線線 鋸鋸按照磨料使用形式的不同可分為四種：按照磨料使用形式的不同可分為四種： 使用游離磨料的絲鋸使用游離磨料的絲鋸 固結(jié)金剛石磨料的絲鋸固結(jié)金剛石磨

10、料的絲鋸 釬焊金剛石串珠的繩鋸釬焊金剛石串珠的繩鋸 不使用磨料的電火花線鋸不使用磨料的電火花線鋸游離磨粒多線切割游離磨粒多線切割The Multi-Wire Saw Slicing with slurry利用一根鋼絲纏繞在一組鋸絲導(dǎo)輪上，形成一排按一定間隔排列的切利用一根鋼絲纏繞在一組鋸絲導(dǎo)輪上，形成一排按一定間隔排列的切割線，鋼絲按一定方向運(yùn)動(dòng)，將含有碳化硅等游離磨料的切割液帶向工割線，鋼絲按一定方向運(yùn)動(dòng)，將含有碳化硅等游離磨料的切割液帶向工件，在一定壓力下對(duì)工件材料產(chǎn)生切割作用，形成切縫。件，在一定壓力下對(duì)工件材料產(chǎn)生切割作用，形成切縫。游離磨粒線鋸切割的材料去除機(jī)理游離磨粒線鋸切割的材料

11、去除機(jī)理游離磨粒的滾壓游離磨粒的滾壓嵌入模型嵌入模型 游離磨粒多線切割設(shè)備游離磨粒多線切割設(shè)備Meyer+Burger公司最近為切割太陽能公司最近為切割太陽能硅片而開發(fā)的硅片而開發(fā)的DS262型線鋸。具有同時(shí)型線鋸。具有同時(shí)切割切割4 根長(zhǎng)根長(zhǎng)520mm、截面為、截面為153mm 153mm 或直徑為或直徑為6in 的硅棒的能力。的硅棒的能力。一組切片數(shù)最高可達(dá)一組切片數(shù)最高可達(dá)4400片，這相當(dāng)于片，這相當(dāng)于50臺(tái)切片機(jī)一天的工作量或臺(tái)切片機(jī)一天的工作量或1臺(tái)高質(zhì)量臺(tái)高質(zhì)量的切片機(jī)的切片機(jī)50天的工作量。天的工作量。多線鋸與金剛石內(nèi)圓鋸的比較多線鋸與金剛石內(nèi)圓鋸的比較游離磨粒多線切割技術(shù)的特

12、點(diǎn)游離磨粒多線切割技術(shù)的特點(diǎn) 片厚一致性好，切片厚度由排線輪的加工精度所保證；片厚一致性好，切片厚度由排線輪的加工精度所保證； 節(jié)約原材料，切縫窄，線鋸直徑為節(jié)約原材料，切縫窄，線鋸直徑為0.080.080.18mm,0.18mm,而內(nèi)而內(nèi)圓鋸片的刀口厚度為圓鋸片的刀口厚度為8mm0.38mm； 能切割大尺寸晶體；能切割大尺寸晶體； 切片量大；切片量大； 切片薄，線鋸受力均勻、干擾因素少、切割過程穩(wěn)定；切片薄，線鋸受力均勻、干擾因素少、切割過程穩(wěn)定； 切片殘余應(yīng)力和撓曲變形小，表面亞表面損傷層小。切片殘余應(yīng)力和撓曲變形小，表面亞表面損傷層小。 切片厚度調(diào)節(jié)困難；切片厚度調(diào)節(jié)困

13、難； 不適合小批量生產(chǎn)；不適合小批量生產(chǎn)； 使用成本高，鋼絲和排線輪也同時(shí)磨損使用成本高，鋼絲和排線輪也同時(shí)磨損, , 壽命較短；壽命較短； 維修困難。維修困難。固結(jié)金剛石磨粒線鋸固結(jié)金剛石磨粒線鋸（Fixed-Diamond Wire Saw）電鍍金剛石線鋸電鍍金剛石線鋸樹脂固結(jié)金剛石線鋸樹脂固結(jié)金剛石線鋸釬焊金剛石線鋸釬焊金剛石線鋸金剛石線鋸的形式金剛石線鋸的形式單線切割 往復(fù)式金剛石線鋸 環(huán)形回轉(zhuǎn)式金剛石線鋸多線切割 往復(fù)式金剛石線鋸 環(huán)形回轉(zhuǎn)式金剛石線鋸環(huán)形回轉(zhuǎn)式金剛石線鋸環(huán)形回轉(zhuǎn)式線鋸焊接為環(huán)形，環(huán)形回轉(zhuǎn)式線鋸焊接為環(huán)形，可通過導(dǎo)輪實(shí)現(xiàn)循環(huán)切割?？赏ㄟ^導(dǎo)輪實(shí)現(xiàn)循環(huán)切割。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：整

14、個(gè)鋸絲長(zhǎng)度均可參與切割整個(gè)鋸絲長(zhǎng)度均可參與切割使用壽命長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng)切割速度高切割速度高( (可達(dá)可達(dá)1020m/s)1020m/s)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在線鋸切割內(nèi)曲面時(shí)必須先切在線鋸切割內(nèi)曲面時(shí)必須先切割一條引線槽。割一條引線槽。單線往復(fù)式金剛石線鋸切割機(jī)單線往復(fù)式金剛石線鋸切割機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好，可進(jìn)行內(nèi)、外表面的切可進(jìn)行內(nèi)、外表面的切割加工。割加工。 可以自由改變切割方向可以自由改變切割方向及傾斜角度，進(jìn)行精確及傾斜角度，進(jìn)行精確的復(fù)雜輪廓切割。的復(fù)雜輪廓切割。 鋸絲的有效工作長(zhǎng)度受鋸絲的有效工作長(zhǎng)度受到限制，鋸絲利用率不到限制，鋸絲利用率不高，切割速度較低高，切割速度較

15、低(一一般為般為23m/s)。美國(guó)美國(guó)Diamond Wire Technology 公司公司生產(chǎn)的單線往復(fù)式線鋸切割機(jī)生產(chǎn)的單線往復(fù)式線鋸切割機(jī)多線往復(fù)式金剛石線鋸多線往復(fù)式金剛石線鋸 能進(jìn)行大尺寸工件切片。能進(jìn)行大尺寸工件切片。 能多件、多片同時(shí)切割，產(chǎn)量高。能多件、多片同時(shí)切割，產(chǎn)量高。 切縫窄，適合切割貴重材料。切縫只比鋸絲直徑大切縫窄，適合切割貴重材料。切縫只比鋸絲直徑大0.010.010.015mm0.015mm。 切割軟脆材料，保證邊緣不破損。切割軟脆材料，保證邊緣不破損。 線鋸使用壽命長(zhǎng)。線鋸使用壽命長(zhǎng)。 切割時(shí)溫度低，切片加工變質(zhì)層淺，可用來切割易炸裂材料。切割時(shí)溫度低，切片

16、加工變質(zhì)層淺，可用來切割易炸裂材料。 環(huán)境污染小。環(huán)境污染小。游離磨料與固結(jié)磨料線鋸切割的游離磨料與固結(jié)磨料線鋸切割的材料去除機(jī)理材料去除機(jī)理 游離磨料線鋸切割：游離磨料線鋸切割：三體摩擦磨損，游離磨粒的滾動(dòng)三體摩擦磨損，游離磨粒的滾動(dòng)嵌嵌入作用，類似于研磨加工。入作用，類似于研磨加工。 固結(jié)磨料線鋸切割：固結(jié)磨料線鋸切割：兩體摩擦磨損，磨粒的耕犁作用，類兩體摩擦磨損，磨粒的耕犁作用，類似于微細(xì)粒度砂輪磨削。在單顆磨粒切削深度足夠小的情似于微細(xì)粒度砂輪磨削。在單顆磨粒切削深度足夠小的情況下，可實(shí)現(xiàn)塑性域切削。況下，可實(shí)現(xiàn)塑性域切削。游離磨料與固結(jié)磨料線鋸切割表面質(zhì)量游離磨料與固結(jié)磨料線鋸切割表

17、面質(zhì)量金剛石線鋸的制備技術(shù)金剛石線鋸的制備技術(shù) 滾壓嵌入方式滾壓嵌入方式 擠壓或沖壓方式擠壓或沖壓方式 金屬結(jié)合劑固結(jié)（釬焊）金屬結(jié)合劑固結(jié)（釬焊） 金屬結(jié)合劑固結(jié)（電鍍）金屬結(jié)合劑固結(jié)（電鍍） 樹脂粘結(jié)劑固結(jié)樹脂粘結(jié)劑固結(jié)（a）電鍍）電鍍 （b）滾壓嵌入磨粒滾壓嵌入磨粒 （c）釬焊）釬焊 （d d）樹脂固結(jié)）樹脂固結(jié) 金剛石磨粒金剛石磨粒的固結(jié)方式的固結(jié)方式滾壓嵌入方法滾壓嵌入方法 這種方法是直接將超硬磨粒通過機(jī)械作用滾壓嵌這種方法是直接將超硬磨粒通過機(jī)械作用滾壓嵌入到鋼絲基體中。入到鋼絲基體中。 美國(guó)專利美國(guó)專利44857574485757曾提出一種用滾壓嵌入方式制備曾提出一種用滾壓嵌入方

18、式制備連續(xù)金剛石線的工藝。連續(xù)金剛石線的工藝。 此種工藝制備的金剛石涂層直徑均勻而厚度及線此種工藝制備的金剛石涂層直徑均勻而厚度及線徑不均勻，很難生產(chǎn)出大于徑不均勻，很難生產(chǎn)出大于120120米長(zhǎng)的金剛石線。米長(zhǎng)的金剛石線。 通過機(jī)械作用將超細(xì)磨料強(qiáng)制嵌入到鋼絲基體中，通過機(jī)械作用將超細(xì)磨料強(qiáng)制嵌入到鋼絲基體中，大大降低了鋼絲的強(qiáng)度。大大降低了鋼絲的強(qiáng)度。 擠壓或沖壓方法擠壓或沖壓方法 通過兩維以上的沖擠壓頭模，將金剛石顆粒擠壓、沖壓進(jìn)通過兩維以上的沖擠壓頭模，將金剛石顆粒擠壓、沖壓進(jìn)入鋼絲線的表面以下，然后在沖擠壓形成的金剛石線的表入鋼絲線的表面以下，然后在沖擠壓形成的金剛石線的表面，涂敷一

19、層面，涂敷一層1 110m10m厚的金屬、非金屬材料。厚的金屬、非金屬材料。 可以形成自動(dòng)化生產(chǎn)線，制備長(zhǎng)度可達(dá)可以形成自動(dòng)化生產(chǎn)線，制備長(zhǎng)度可達(dá)6060公里以上的直徑公里以上的直徑均勻、抗磨性好的連續(xù)金剛石線鋸。均勻、抗磨性好的連續(xù)金剛石線鋸。 金剛石線鋸生產(chǎn)成本低。金剛石線鋸生產(chǎn)成本低。 缺點(diǎn)跟滾壓方式一樣，缺點(diǎn)跟滾壓方式一樣，優(yōu)于金剛石顆粒直接沖優(yōu)于金剛石顆粒直接沖壓進(jìn)入鋼絲線的表面會(huì)壓進(jìn)入鋼絲線的表面會(huì)降低鋼絲的強(qiáng)度。降低鋼絲的強(qiáng)度。 樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸 樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的線樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的線徑已小于徑已小于0.2mm0.2mm。 制程溫度遠(yuǎn)低于硬焊，線

20、材制程溫度遠(yuǎn)低于硬焊，線材不會(huì)因高溫而產(chǎn)生變質(zhì)造成不會(huì)因高溫而產(chǎn)生變質(zhì)造成抗拉強(qiáng)度的衰減，對(duì)于縮小抗拉強(qiáng)度的衰減，對(duì)于縮小線徑有很大的幫助。線徑有很大的幫助。 雖然其結(jié)合劑對(duì)金剛石磨粒雖然其結(jié)合劑對(duì)金剛石磨粒的把持力不如硬焊好，但有的把持力不如硬焊好，但有制程成本低、線徑小、耗材制程成本低、線徑小、耗材率低等優(yōu)勢(shì)。率低等優(yōu)勢(shì)。 樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造工藝樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造工藝熱固性樹脂固結(jié)方法熱固性樹脂固結(jié)方法 日本大阪府的住友電氣工業(yè)株式會(huì)社和大阪金剛石工業(yè)株式會(huì)社的上岡勇夫等人共同申請(qǐng)一項(xiàng)發(fā)明專利。 該線鋸的特征是：在高強(qiáng)度的芯線上由粘結(jié)劑固定磨料顆粒和填料，磨料尺寸不小于樹脂

21、粘結(jié)劑層厚的三分之二、但不超過芯線直徑的一半，填料尺寸小于粘結(jié)劑厚度三分之二。 線鋸制作中的樹脂固化需要加熱和燒結(jié)工序，因此，線鋸制造速度只能提高到每分鐘數(shù)十米左右。樹脂結(jié)合劑線鋸橫斷面樹脂結(jié)合劑線鋸橫斷面1-金剛石線鋸；金剛石線鋸；2-芯線；芯線；3-金剛石顆粒；金剛石顆粒；4-填料；填料；5-樹樹脂粘結(jié)劑層脂粘結(jié)劑層 樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造工藝樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造工藝光固化樹脂固結(jié)方法光固化樹脂固結(jié)方法為降低樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造成本，即提高生為降低樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸的制造成本，即提高生產(chǎn)速度，日本的本俊之等人研究開發(fā)出結(jié)合劑采用快產(chǎn)速度，日本的本俊之等人研究開發(fā)出結(jié)合劑采

22、用快速固化性優(yōu)異的紫外線固化樹脂的金剛石線鋸。速固化性優(yōu)異的紫外線固化樹脂的金剛石線鋸。結(jié)合劑采用紫外線固化樹脂時(shí)，磨粒層與芯線的附著結(jié)合劑采用紫外線固化樹脂時(shí)，磨粒層與芯線的附著強(qiáng)度低，線鋸耐磨性顯著下降，但在采用芯線和磨粒強(qiáng)度低，線鋸耐磨性顯著下降，但在采用芯線和磨粒層之間設(shè)有紫外線固化粘接劑層的雙層磨粒層結(jié)構(gòu)后，層之間設(shè)有紫外線固化粘接劑層的雙層磨粒層結(jié)構(gòu)后，線鋸的耐磨性得到了改善。線鋸的耐磨性得到了改善。為了進(jìn)一步提高線鋸的耐磨性和抗扭曲強(qiáng)度，在結(jié)合為了進(jìn)一步提高線鋸的耐磨性和抗扭曲強(qiáng)度，在結(jié)合劑中添加氧化鋁粉末，得到的線鋸與傳統(tǒng)熱固性樹脂劑中添加氧化鋁粉末，得到的線鋸與傳統(tǒng)熱固性樹脂

23、線鋸相比，線鋸制造速度可提高線鋸相比，線鋸制造速度可提高1010倍以上。倍以上。樹脂固化不需加熱，斷裂扭曲強(qiáng)度較熱固性樹脂線鋸樹脂固化不需加熱，斷裂扭曲強(qiáng)度較熱固性樹脂線鋸有所提高。有所提高。 雙結(jié)合層金剛石線鋸雙結(jié)合層金剛石線鋸國(guó)外的樹脂結(jié)合劑線鋸國(guó)外的樹脂結(jié)合劑線鋸Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI) reported the development of PWS (Precision Wire Saw)切割速度與磨粒尺寸切割速度與磨粒尺寸切割速度與磨粒含量切割速度與磨粒含量樹脂結(jié)合劑線鋸的應(yīng)用樹脂結(jié)合劑線鋸的應(yīng)用 所有的樹脂結(jié)合劑線鋸都存在有磨

24、粒把持強(qiáng)度不高，耐所有的樹脂結(jié)合劑線鋸都存在有磨粒把持強(qiáng)度不高，耐熱性差，耐磨性低，加工時(shí)線鋸磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)。熱性差，耐磨性低，加工時(shí)線鋸磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)。 電鍍金剛石線鋸電鍍金剛石線鋸金剛石線鋸與內(nèi)圓切割鋸的比較金剛石線鋸與內(nèi)圓切割鋸的比較國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸美國(guó)美國(guó) Saint-Gobain AbrasivesFaster Slicing with Fixed-Diamond Wire slice sapphire workpieces up to 100 mm (4-in.) in diameter and 100 mm long, in 14 hours國(guó)內(nèi)外電鍍金剛

25、石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸美國(guó)美國(guó) Diamond Materials Tech, Inc.國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸 日本日本 Asahi Diamond Industrial Co., Ltd.國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸德國(guó)LOG-O-MATIC 公司國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸天津市曼德工貿(mào)公司天津市曼德工貿(mào)公司Tianjin Mande Industry and Trade Co.,LTD. 國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸國(guó)內(nèi)外電鍍金剛石線鋸長(zhǎng)沙岱勒新材料科技有限公司長(zhǎng)沙岱勒新材料科技有限公司0.12mm0.26mm0.34mm序號(hào)序號(hào)線徑規(guī)格線徑規(guī)格/m

26、m/mm允許線徑偏允許線徑偏差差/(mm/10m)/(mm/10m)破斷拉破斷拉力力/N/N適合切割對(duì)象適合切割對(duì)象10.120.00525硅切片2 20.0050.0053030硅切片硅切片30.260.01570藍(lán)寶石切片4 49595切硅芯、硅開方切硅芯、硅開方50.340.030145硅開方、切斷6 60.34(0.34(波紋波紋0.0300.030130130硅開方、切斷硅開方、切斷70.360.030150硅開方、切斷8 80.370.370.0300.030180180硅開方、切斷硅開方、切斷復(fù)合電鍍技術(shù)復(fù)合電鍍技術(shù) 通過金屬電化學(xué)沉積的方法，將一種或數(shù)通過金屬電化學(xué)沉積的方法，

27、將一種或數(shù)種不溶性的固體顆粒，均勻地夾雜到金屬種不溶性的固體顆粒，均勻地夾雜到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層就是復(fù)合鍍層。鍍層中所形成的特殊鍍層就是復(fù)合鍍層。這種制備復(fù)合鍍層的方法，稱為復(fù)合電鍍這種制備復(fù)合鍍層的方法，稱為復(fù)合電鍍(composite plating)。這種技術(shù)在國(guó)外也還有一些其他名稱。例這種技術(shù)在國(guó)外也還有一些其他名稱。例如彌散電鍍?nèi)鐝浬㈦婂?dispersion plating)、鑲嵌電、鑲嵌電鍍、分散電鍍或組合電鍍等等鍍、分散電鍍或組合電鍍等等 超硬材料復(fù)合電鍍工藝超硬材料復(fù)合電鍍工藝 以超硬材料作為分散微粒，與金屬形成的復(fù)合鍍層，稱為超以超硬材料作為分散微粒，與金屬形成的復(fù)

28、合鍍層，稱為超硬材料復(fù)合鍍層。硬材料復(fù)合鍍層。 超硬材料復(fù)合鍍層的電鍍不是一步完成的。對(duì)于大多數(shù)超硬超硬材料復(fù)合鍍層的電鍍不是一步完成的。對(duì)于大多數(shù)超硬材料電鍍制品來說，一般包括預(yù)鍍、上砂鍍、加厚鍍和光亮材料電鍍制品來說，一般包括預(yù)鍍、上砂鍍、加厚鍍和光亮鍍等幾個(gè)步驟鍍等幾個(gè)步驟 。 超硬材料復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)，比一般復(fù)合鍍層更復(fù)雜一些，包括超硬材料復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)，比一般復(fù)合鍍層更復(fù)雜一些，包括底鍍層、上砂鍍層、加厚鍍層和光亮鍍層四個(gè)組成部分。底鍍層、上砂鍍層、加厚鍍層和光亮鍍層四個(gè)組成部分?；?體底 鍍 層上 砂 鍍 層加 厚 鍍 層光 亮 鍍 層分 散 微 粒電鍍金剛石線鋸基體材料的選擇和鍍前處理

29、工藝電鍍金剛石線鋸基體材料的選擇和鍍前處理工藝 鋼基體鍍鎳或鎳鈷合金的鍍鋼基體鍍鎳或鎳鈷合金的鍍前處理常用工藝流程：前處理常用工藝流程：磨光磨光拋光拋光堿化學(xué)除油堿化學(xué)除油熱水洗熱水洗冷水洗冷水洗冷水洗冷水洗強(qiáng)浸強(qiáng)浸蝕蝕冷水洗冷水洗冷水洗冷水洗浸稀堿液浸稀堿液冷水洗冷水洗絕緣處理絕緣處理上掛具上掛具電化學(xué)除油電化學(xué)除油熱水洗熱水洗冷水洗冷水洗冷水洗冷水洗弱浸蝕弱浸蝕冷水洗冷水洗冷水冷水洗洗入槽電鍍。入槽電鍍。 未經(jīng)過鍍前處理的鍍層顯微照片未經(jīng)過鍍前處理的鍍層顯微照片 電鍍液的選擇電鍍液的選擇鍍鎳溶液可分為：氯化銨型、瓦特型、氨磺酸鍍鎳溶液可分為：氯化銨型、瓦特型、氨磺酸型和氯化物型等幾種。型和

30、氯化物型等幾種。 瓦特型鍍液由于組成簡(jiǎn)單、鍍液穩(wěn)定、易于操瓦特型鍍液由于組成簡(jiǎn)單、鍍液穩(wěn)定、易于操作和維護(hù)、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。在此溶液的基礎(chǔ)作和維護(hù)、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。在此溶液的基礎(chǔ)上加入一些添加劑可得到光亮或半光亮的鍍層，上加入一些添加劑可得到光亮或半光亮的鍍層，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種鍍鎳液。是目前應(yīng)用最為廣泛的一種鍍鎳液。氨磺酸型可采用很高的電流密度，具有較高的氨磺酸型可采用很高的電流密度，具有較高的鍍速，沉積速度快，鍍層內(nèi)應(yīng)力低，鍍液的分鍍速，沉積速度快，鍍層內(nèi)應(yīng)力低，鍍液的分散能力好，且鍍液成份簡(jiǎn)單、穩(wěn)定易于管理。散能力好，且鍍液成份簡(jiǎn)單、穩(wěn)定易于管理。原料原料濃度濃度(g/ L) 硫酸

31、鎳硫酸鎳280硫酸鈷硫酸鈷10硼酸硼酸30氯化鈉氯化鈉16十二烷基硫酸鈉十二烷基硫酸鈉0. 11 ,4 丁炔二醇丁炔二醇0. 7糖精糖精1. 0以硫酸鎳為主鹽的鍍液配方以硫酸鎳為主鹽的鍍液配方以氨基磺酸鎳為主鹽的鍍液配方以氨基磺酸鎳為主鹽的鍍液配方原料濃度(g/ L) 硫酸鎳(NiSO4 7H2O)300350氯化鎳(NiCl2 6H2O)3545硼酸(H3BO3 )35401,4 丁炔二醇0. 5糖精1. 0溫度T ( )5560電流密度A /dm218瓦特型鍍液配方瓦特型鍍液配方電鍍金剛石線鋸的上砂方法電鍍金剛石線鋸的上砂方法 上砂是指預(yù)鍍步驟之后的一個(gè)電鍍工序，其目的是通過金屬的電沉積，

32、將緊靠基體表面的一層磨料顆粒初步固結(jié)在底鍍層上。 上砂方法主要有懸浮法、埋砂法和鑲嵌法懸浮法微粉復(fù)合電沉積懸浮法微粉復(fù)合電沉積懸浮法是將一定量的微粉磨粒投入鍍液中，利用攪拌、懸浮法是將一定量的微粉磨粒投入鍍液中，利用攪拌、搖動(dòng)或鍍槽轉(zhuǎn)動(dòng)等手段，使磨粒成分散狀態(tài)懸浮在鍍液搖動(dòng)或鍍槽轉(zhuǎn)動(dòng)等手段，使磨粒成分散狀態(tài)懸浮在鍍液中，在電鍍的同時(shí)，微粉磨粒隨著金屬離子的還原而同中，在電鍍的同時(shí)，微粉磨粒隨著金屬離子的還原而同時(shí)沉積出來（即所謂的共沉積），從而形成復(fù)合鍍層時(shí)沉積出來（即所謂的共沉積），從而形成復(fù)合鍍層 。微粒與金屬共沉積的過程可以分為一下三個(gè)階段：微粒與金屬共沉積的過程可以分為一下三個(gè)階段：

33、鍍液中的懸浮微粒向陰極表面附近移動(dòng)。鍍液中的懸浮微粒向陰極表面附近移動(dòng)。 微粒依靠與電極間的作用力粘附于陰極表面并停留一微粒依靠與電極間的作用力粘附于陰極表面并停留一定時(shí)間，保證微粒的一部分被埋入鍍層。定時(shí)間，保證微粒的一部分被埋入鍍層。 微粒被陰極上沉積的金屬埋入鍍層。微粒被陰極上沉積的金屬埋入鍍層。陰極放置方式對(duì)鋸絲復(fù)合鍍層質(zhì)量的影響陰極放置方式對(duì)鋸絲復(fù)合鍍層質(zhì)量的影響 陰極放置方式水平放置水平放置豎直放置豎直放置不同陰極放置方式時(shí)的鋸絲復(fù)合鍍層質(zhì)量不同陰極放置方式時(shí)的鋸絲復(fù)合鍍層質(zhì)量不同粒度金剛石微粒在鋸絲上下表面復(fù)合電沉積顯微照片不同粒度金剛石微粒在鋸絲上下表面復(fù)合電沉積顯微照片 22

34、-36m 10-20m 22-36m 10-20m 水平放置水平放置豎直放置豎直放置埋砂法制取金剛石鋸絲復(fù)合鍍層埋砂法制取金剛石鋸絲復(fù)合鍍層 埋砂法獲得的復(fù)合鍍層在鋸絲埋砂法獲得的復(fù)合鍍層在鋸絲圓周的各個(gè)表面上都有金剛石圓周的各個(gè)表面上都有金剛石微粒沉積，表面積百分?jǐn)?shù)達(dá)到微粒沉積，表面積百分?jǐn)?shù)達(dá)到約約4050%，金剛石微粒在鋸，金剛石微粒在鋸絲表面的綜合分布狀況明顯優(yōu)絲表面的綜合分布狀況明顯優(yōu)于懸浮法得到的復(fù)合鍍層。于懸浮法得到的復(fù)合鍍層。埋砂法電鍍的金剛石鋸絲埋砂法電鍍的金剛石鋸絲懸浮法電鍍的金剛石鋸絲懸浮法電鍍的金剛石鋸絲陽極排布方式對(duì)金剛石鋸絲鍍層質(zhì)量的影響陽極排布方式對(duì)金剛石鋸絲鍍層質(zhì)

35、量的影響電鍍金剛石鋸絲表面磨粒裸露高度電鍍金剛石鋸絲表面磨粒裸露高度 也稱為金剛石磨粒埋入率，即金剛石顆粒埋入鍍層中的深也稱為金剛石磨粒埋入率，即金剛石顆粒埋入鍍層中的深度與其直徑之比，它是電鍍金剛石線鋸的一個(gè)重要控制指度與其直徑之比，它是電鍍金剛石線鋸的一個(gè)重要控制指標(biāo)。標(biāo)。 對(duì)電鍍金剛石線鋸的切削力、切削效率、線鋸壽命等均有對(duì)電鍍金剛石線鋸的切削力、切削效率、線鋸壽命等均有較大影響較大影響 。 通?？刂茷橥ǔ？刂茷?07090%90%。金剛石顆粒直徑大，取上限；直徑。金剛石顆粒直徑大，取上限；直徑較小，宜取下限，較小，宜取下限， 金剛石磨粒裸露高度主要取決于磨料的粒徑、電鍍時(shí)間和金剛石磨粒

36、裸露高度主要取決于磨料的粒徑、電鍍時(shí)間和電流效率等因素，此外金剛石磨粒在鍍層中的固結(jié)位置和電流效率等因素，此外金剛石磨粒在鍍層中的固結(jié)位置和方向也有影響。方向也有影響。 金剛石鋸絲的連續(xù)電鍍裝置 連續(xù)電鍍金剛石鋸絲試驗(yàn)結(jié)果 上砂鍍與加厚鍍的鍍層厚度比不同時(shí)的電鍍鋸絲 復(fù)合鍍層中的金剛石磨料含量達(dá)到了復(fù)合鍍層中的金剛石磨料含量達(dá)到了50%左右，磨料覆蓋率基本左右，磨料覆蓋率基本都達(dá)到磨料粒徑的都達(dá)到磨料粒徑的60%以上以上 ，電鍍金剛石線鋸性能評(píng)價(jià)電鍍金剛石線鋸性能評(píng)價(jià) 電鍍金剛石線鋸表面鍍層質(zhì)量檢測(cè)電鍍金剛石線鋸表面鍍層質(zhì)量檢測(cè)l 鍍層外觀質(zhì)量檢查鍍層外觀質(zhì)量檢查 l 線鋸幾何尺寸檢查線鋸幾何

37、尺寸檢查 l 金剛石磨粒的固結(jié)強(qiáng)度金剛石磨粒的固結(jié)強(qiáng)度 電鍍金剛石線鋸的機(jī)械力學(xué)綜合性能電鍍金剛石線鋸的機(jī)械力學(xué)綜合性能 l 抗拉強(qiáng)度特性和延伸率抗拉強(qiáng)度特性和延伸率 l 斷裂扭曲強(qiáng)度特性斷裂扭曲強(qiáng)度特性 l 彎曲性能彎曲性能 電鍍金剛石線鋸的切割加工性能電鍍金剛石線鋸的切割加工性能金剛石線鋸的切割試驗(yàn)的單線切割機(jī)金剛石線鋸的切割試驗(yàn)的單線切割機(jī) 電鍍金剛石線鋸切割性能對(duì)比電鍍金剛石線鋸切割性能對(duì)比商品金剛石線鋸商品金剛石線鋸 自制金剛石線鋸自制金剛石線鋸 項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱條條 件件試件材料試件材料單晶硅單晶硅試件尺寸試件尺寸mm200302 2線鋸長(zhǎng)度線鋸長(zhǎng)度7000mm切割速度切割速度40

38、m/min進(jìn)給速度進(jìn)給速度mm/min0.1，0.2，0.3切割液切割液蓖麻油蓖麻油切割試驗(yàn)工藝參數(shù)切割試驗(yàn)工藝參數(shù) 電鍍金剛石線鋸切割鋸縫形貌電鍍金剛石線鋸切割鋸縫形貌自制電鍍金剛石線鋸自制電鍍金剛石線鋸 進(jìn)給量進(jìn)給量0.1mm/min 進(jìn)給量進(jìn)給量0.1mm/min 進(jìn)給量進(jìn)給量0.2mm/min 進(jìn)給量進(jìn)給量0.2mm/min 進(jìn)給量進(jìn)給量0.3mm/min 進(jìn)給量進(jìn)給量0.3mm/min 商用電鍍金剛石線鋸商用電鍍金剛石線鋸 電鍍金剛石線鋸切割鋸縫質(zhì)量電鍍金剛石線鋸切割鋸縫質(zhì)量鋸切硅片表面形貌鋸切硅片表面形貌游離磨料線鋸鋸切硅片游離磨料線鋸鋸切硅片鋸切硅片表面形貌鋸切硅片表面形貌金剛石

39、固結(jié)磨料線鋸鋸切硅片金剛石固結(jié)磨料線鋸鋸切硅片金剛石線鋸的高速電鍍工藝金剛石線鋸的高速電鍍工藝日本的千葉康雅等人研究推出一種采用氈刷的超高速電鍍工藝，開發(fā)出金剛石線切工具高速電鍍生產(chǎn)法。 使用氨基磺鎳鍍液，邊讓氈刷旋轉(zhuǎn)邊對(duì)心線施鍍，可得到附著性優(yōu)異的鍍層，其生長(zhǎng)速度達(dá)33m/min，比普通電鍍法快30倍，降低電鍍金剛石線鋸的生產(chǎn)成本，即提高線鋸的生產(chǎn)速度，提高了線鋸加工效率和使用壽命。 絞合金剛石線鋸絞合金剛石線鋸絞合線制作裝置絞合線制作裝置1. 絞合線制作裝置絞合線制作裝置 2. 琴鋼絲琴鋼絲 3.導(dǎo)絲裝置導(dǎo)絲裝置 4.絞合線絞合線 5.絞合線絞合線(接陰極接陰極) 6.丙酮槽丙酮槽 7.鹽

40、酸槽鹽酸槽 8.鍍底層槽鍍底層槽 9.復(fù)合電鍍槽復(fù)合電鍍槽 10.二次鍍槽二次鍍槽 11.清洗槽清洗槽 12.卷線裝置卷線裝置 絞合線結(jié)構(gòu)示意圖絞合線結(jié)構(gòu)示意圖日本石川憲一等人研究開發(fā)出一種芯線為絞合線的新型金剛石線鋸日本石川憲一等人研究開發(fā)出一種芯線為絞合線的新型金剛石線鋸 絞合金剛石線鋸的絞合金剛石線鋸的容屑與排屑容屑與排屑 固結(jié)磨粒線鋸排屑難，固結(jié)磨粒線鋸排屑難，切屑易附著于磨粒表切屑易附著于磨粒表面。面。絞合線外觀絞合線外觀金剛石線鋸的研究進(jìn)展金剛石線鋸的研究進(jìn)展金剛石線鋸切割機(jī)理金剛石線鋸切割機(jī)理金剛石線鋸的性能和失效機(jī)理金剛石線鋸的性能和失效機(jī)理線鋸高速切割技術(shù)線鋸高速切割技術(shù)超聲

41、振動(dòng)輔助金剛石線鋸切割超聲振動(dòng)輔助金剛石線鋸切割切割力測(cè)量與恒力控制切割力測(cè)量與恒力控制新結(jié)構(gòu)金剛石線鋸新結(jié)構(gòu)金剛石線鋸金剛石磨粒固結(jié)技術(shù)金剛石磨粒固結(jié)技術(shù) 進(jìn)入進(jìn)入20 20 世紀(jì)世紀(jì)90 90 年代，尤其是近幾年來，固結(jié)金剛石磨年代，尤其是近幾年來，固結(jié)金剛石磨粒線鋸的需求劇增，金剛石線鋸切割技術(shù)得到了快速發(fā)展，粒線鋸的需求劇增，金剛石線鋸切割技術(shù)得到了快速發(fā)展，對(duì)其制備和應(yīng)用技術(shù)的研究也更為深入，主要集中在以下幾對(duì)其制備和應(yīng)用技術(shù)的研究也更為深入，主要集中在以下幾個(gè)方面：個(gè)方面：微米金剛石線鋸的規(guī)模化微米金剛石線鋸的規(guī)模化生產(chǎn)生產(chǎn)60Km以上以上電鍍金剛石線鋸市場(chǎng)態(tài)勢(shì)電鍍金剛石線鋸市場(chǎng)態(tài)

42、勢(shì) 電鍍金剛石絲鋸由于投入少、產(chǎn)出快、風(fēng)險(xiǎn)低，比較適合電鍍金剛石絲鋸由于投入少、產(chǎn)出快、風(fēng)險(xiǎn)低，比較適合資金緊張的中、小企業(yè)或個(gè)體廠商開發(fā)。而且，電化學(xué)設(shè)資金緊張的中、小企業(yè)或個(gè)體廠商開發(fā)。而且，電化學(xué)設(shè)施還可以施還可以“一機(jī)多用一機(jī)多用”兼而生產(chǎn)其他產(chǎn)品。兼而生產(chǎn)其他產(chǎn)品。 近期興起的釬焊法生產(chǎn)金剛石絲鋸，由于效率高、壽命長(zhǎng)，近期興起的釬焊法生產(chǎn)金剛石絲鋸，由于效率高、壽命長(zhǎng)，也頗具有前途。但投入比電化學(xué)法要大，技術(shù)門檻也要求也頗具有前途。但投入比電化學(xué)法要大，技術(shù)門檻也要求高一些。技術(shù)力量薄弱或資金匱乏企業(yè)應(yīng)慎重選擇。高一些。技術(shù)力量薄弱或資金匱乏企業(yè)應(yīng)慎重選擇。 此外，等離子噴涂法、此外，等離子噴涂法、CVDCVD氣相沉積法、激光涂覆法、微氣相沉積法、激光涂覆法、微波法等等，都可以提供品質(zhì)級(jí)別更高的人造金剛石絲鋸制波法等等，都可以提供品質(zhì)級(jí)別更高的人造金剛石絲鋸制品，但其投入的需求及技術(shù)的難度相應(yīng)也大?，F(xiàn)階段僅僅品，但其投入的需求及技術(shù)的難度相應(yīng)也大?，F(xiàn)階段僅僅只有極少數(shù)科研院所的實(shí)驗(yàn)室有所涉獵，要進(jìn)入工業(yè)化生