金刚石丝锯及其制造方法转让专利
申请号 : CN200810156440.0
文献号 : CN100581743C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 邹余耀
申请人 : 南京三超金刚石工具有限公司
摘要 :
本发明提供一种切削效率高，只须水冷却，污染少，硅屑易回收，材料浪费少的用于硅切削的金刚石丝锯及其制造方法。该金刚石丝锯，采用下述方法制造：将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；45-55%酚醛树脂、20-30%金刚石、3-11%SiC、4-10%Fe2O3、5-15%Cu；按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液，将直径小于0.26mm的金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上，然后取出金属丝；将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
权利要求 :
1.一种金刚石丝锯，其特征是：采用下述步骤制造：a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；
45-55％酚醛树脂、20-30％金刚石、3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu； 其中金刚石粒度为28～40μm，Fe2O3粒度为0.25～0.75μm，SiC粒度为0.25～0.75 μm，Cu粒度为0.25～0.75μm；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将直径小于0.26mm的金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上， 然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
2.根据权利要求1所述金刚石丝锯，其特征是：粉料中各组分的体积百分比为：50％ 树脂粉、25％金刚石、8％SiC、7％Fe2O3、10％Cu。
3.根据权利要求1所述金刚石丝锯，其特征是：粉料与丙酮重量比1∶1。
4.根据权利要求1所述金刚石丝锯，其特征是：在步骤c中，将金属丝以5-8米/ 分钟的速度通过胶状悬浊液而使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。
5.根据权利要求1所述金刚石丝锯，其特征是：金属丝加热固化包括一次固化、二 次固化；其中一次固化时，先升温至130-150度，然后再升温至175-195度。
6.根据权利要求1-5所述的任一金刚石丝锯，其特征是：所述酚醛树脂为2124酚醛 树脂。
7.金刚石丝锯的制造方法，包括以下步骤：
a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；
45-55％树脂粉、20-30％金刚石、3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上，然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
8.根据权利要求7所述金刚石丝锯的制造方法，其特征是：粉料与丙酮重量比1∶1。
9.根据权利要求7所述金刚石丝锯的制造方法，其特征是：在步骤c中，将金属丝 以5-8米/分钟的速度通过胶状悬浊液而使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。
说明书 :
技术领域
本发明涉及金刚石丝锯及制作方法，具体地说，是一种树脂结合剂金刚石丝锯及制造方 法。
背景技术
随着半导体行业和光伏行业的迅猛发展，对硅材料的需求大量增加，致使硅材料较2005 年前，价格已经飙升了30多倍，这就需要对硅材料的加工要十分地精细化，尽量减少硅材 料的浪费；同时由于硅的切片数量巨大，加工效率的提高也是当务之急。硅棒切方的传统 工艺是采用金刚石的锯片，而锯片厚度至少在2.2mm以上，所以切缝宽、切屑多，材料的 浪费严重。硅棒切片的传统工艺是裸丝加切削油(是SiC微粉和一种特殊油品的混合液)， 污染严重，效率低下，硅屑无法回收。
发明内容
本发明的目的是提供一种切削效率高，只须水冷却，污染少，硅屑易回收，材料浪费 少的用于硅切削的金刚石丝锯。
该金刚石丝锯，采用下述步骤制造：
a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；45-55％酚醛树脂、20-30％金刚石、 3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将直径小于0.26mm的金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上， 然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
酚醛树脂是粘接材料，由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树 脂，具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃 材料、砂轮片制造等行业。粉料中酚醛树脂的含量一般为45-55％，过高则会使线锯上的磨 削层太脆太硬，过低则会结合不牢，出现掉砂现象。
金刚石有一定韧性，但脆性相对较大，因易沿八面体完全解理方向破裂，自锐性较高。 因而，耐磨性强，磨削性能好。耐热性良好，在无氧化条件下加热1000℃无变化。化学性 质稳定，与酸碱物质不起反应。粉料中金刚石的含量一般为20-30％，过高则使料混不开， 出现结团，使金刚石会聚集在金属丝的出口处，阻碍金刚石的正常附着，很可能会让拉出 来的金属丝上反而无金刚石。过低则会出现损耗过快，无法保证丝锯的寿命。
碳化硅是以石英、石油焦碳为主要原料在1800℃以上高温下炼成的结晶化合物，是一 种常用人造成磨料，具良好导热性、耐高温和不受腐蚀等特性。常用来制造砂轮、砂带、 砂布等磨具，或供自由研磨用。碳化硅的含量一般为3-11％，主要起结合剂的骨架作用，适 当延长使用寿命。过高则会降低切削能力，，过低则起不到骨架和延长寿命的效果。
氧化铁(Fe2O3)呈深棕红色，俗称红粉、铁丹。性质稳定，不溶于水，但溶液于盐酸。 粉状粒度一般在0.25～0.75μm，细腻均匀。Fe2O3的含量一般为4-10％，过高则会使结合剂 过硬，使金刚石不易出刃，降低切削效率，过低则不能起到骨架作用，在拉制过程中会造 成树脂的“过流动”，使树脂流失。
粉料与丙酮的重量比1∶0.8-1.2，丙酮是一种溶剂，主要用来调整胶状悬浊液(浆料) 的粘度，如果丙酮过多，则粘度太小，浆料的流动性就会太好，在拉制过程中浆料会在金 属丝表面流动，形成结露现象，使丝锯的直径不均匀。丙酮过少则粘度会很高，浆料缺少 流动性，在拉制过程中浆料很难粘附到金属丝上，出现光丝现象。
上述的金刚石丝锯，粉料中各组分的体积百分比为：50％树脂粉、25％金刚石、8％SiC、 7％Fe2O3、10％Cu。
上述的金刚石丝锯，粉料与丙酮重量比1∶1。
上述的金刚石丝锯，在步骤c中，将金属丝以5-8米/分钟的速度通过胶状悬浊液而 使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。金属丝的速度取决于浆料的粘度，在一定的配方和粘度 的情况下，当速度低于5米/分钟时会造成浆料在出口处的堆积，同时浆料在金属丝表面上 有流动的可能就大的多，也易造成丝锯的直径不均匀。当速度超过8米/分钟时，浆料附着 到金属丝的时间就会偏短，造成丝锯的直径会偏细，而且还会出现金属丝上的浆料出现间 断。
上述的金刚石丝锯，金属丝加热固化包括一次固化、二次固化；其中一次固化时，先 升温至130-150度，然后再升温至175-195度。采用两次固化的原因是为了加快速度，减 少隧道式的固化炉的长度，第一次固化只要是金属丝表面的浆料不软、不粘就可以了，这 样就可以绕在收丝盘上了，二次固化时可以很多圈一起放在烘箱中一起固化了，这样就可 以大大地提高制造速度。至于二次固化的温度、时间等参数属于现有技术。
上述的金刚石丝锯，所述树脂为2124酚醛树脂。
上述的金刚石丝锯，金刚石粒度为28～40μm，Fe2O3粒度为0.25～0.75μm，SiC粒度 为0.25～0.75μm，Cu粒度为0.25～0.75μm。
本发明同时提供了一种金刚石丝锯的制造方法，包括以下步骤：
a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；45-55％树脂粉、20-30％金刚石、 3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上，然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
上述的金刚石丝锯的制造方法，粉料与丙酮重量比1∶1。
上述的金刚石丝锯的制造方法，在步骤c中，将金属丝以5-8米/分钟的速度通过胶 状悬浊液而使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。
本金刚石丝锯的直径一般在0.26以下，用它来切削硅料，显然材料的浪费大大减少。 而本金刚石丝锯的切削效率可以提高近十倍，只须水冷却，污染少，硅屑易回收。
该金刚石丝锯，采用下述步骤制造：
a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；45-55％酚醛树脂、20-30％金刚石、 3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将直径小于0.26mm的金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上， 然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
酚醛树脂是粘接材料，由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树 脂，具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃 材料、砂轮片制造等行业。粉料中酚醛树脂的含量一般为45-55％，过高则会使线锯上的磨 削层太脆太硬，过低则会结合不牢，出现掉砂现象。
金刚石有一定韧性，但脆性相对较大，因易沿八面体完全解理方向破裂，自锐性较高。 因而，耐磨性强，磨削性能好。耐热性良好，在无氧化条件下加热1000℃无变化。化学性 质稳定，与酸碱物质不起反应。粉料中金刚石的含量一般为20-30％，过高则使料混不开， 出现结团，使金刚石会聚集在金属丝的出口处，阻碍金刚石的正常附着，很可能会让拉出 来的金属丝上反而无金刚石。过低则会出现损耗过快，无法保证丝锯的寿命。
碳化硅是以石英、石油焦碳为主要原料在1800℃以上高温下炼成的结晶化合物，是一 种常用人造成磨料，具良好导热性、耐高温和不受腐蚀等特性。常用来制造砂轮、砂带、 砂布等磨具，或供自由研磨用。碳化硅的含量一般为3-11％，主要起结合剂的骨架作用，适 当延长使用寿命。过高则会降低切削能力，，过低则起不到骨架和延长寿命的效果。
氧化铁(Fe2O3)呈深棕红色，俗称红粉、铁丹。性质稳定，不溶于水，但溶液于盐酸。 粉状粒度一般在0.25～0.75μm，细腻均匀。Fe2O3的含量一般为4-10％，过高则会使结合剂 过硬，使金刚石不易出刃，降低切削效率，过低则不能起到骨架作用，在拉制过程中会造 成树脂的“过流动”，使树脂流失。
粉料与丙酮的重量比1∶0.8-1.2，丙酮是一种溶剂，主要用来调整胶状悬浊液(浆料) 的粘度，如果丙酮过多，则粘度太小，浆料的流动性就会太好，在拉制过程中浆料会在金 属丝表面流动，形成结露现象，使丝锯的直径不均匀。丙酮过少则粘度会很高，浆料缺少 流动性，在拉制过程中浆料很难粘附到金属丝上，出现光丝现象。
上述的金刚石丝锯，粉料中各组分的体积百分比为：50％树脂粉、25％金刚石、8％SiC、 7％Fe2O3、10％Cu。
上述的金刚石丝锯，粉料与丙酮重量比1∶1。
上述的金刚石丝锯，在步骤c中，将金属丝以5-8米/分钟的速度通过胶状悬浊液而 使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。金属丝的速度取决于浆料的粘度，在一定的配方和粘度 的情况下，当速度低于5米/分钟时会造成浆料在出口处的堆积，同时浆料在金属丝表面上 有流动的可能就大的多，也易造成丝锯的直径不均匀。当速度超过8米/分钟时，浆料附着 到金属丝的时间就会偏短，造成丝锯的直径会偏细，而且还会出现金属丝上的浆料出现间 断。
上述的金刚石丝锯，金属丝加热固化包括一次固化、二次固化；其中一次固化时，先 升温至130-150度，然后再升温至175-195度。采用两次固化的原因是为了加快速度，减 少隧道式的固化炉的长度，第一次固化只要是金属丝表面的浆料不软、不粘就可以了，这 样就可以绕在收丝盘上了，二次固化时可以很多圈一起放在烘箱中一起固化了，这样就可 以大大地提高制造速度。至于二次固化的温度、时间等参数属于现有技术。
上述的金刚石丝锯，所述树脂为2124酚醛树脂。
上述的金刚石丝锯，金刚石粒度为28～40μm，Fe2O3粒度为0.25～0.75μm，SiC粒度 为0.25～0.75μm，Cu粒度为0.25～0.75μm。
本发明同时提供了一种金刚石丝锯的制造方法，包括以下步骤：
a.将下述组分按体积百分比配好粉料，并混合均匀；45-55％树脂粉、20-30％金刚石、 3-11％SiC、4-10％Fe2O3、5-15％Cu；
b.按重量比在1份粉料中加入0.8-1.2份丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液；
c.将金属丝放入胶状悬浊液，使得胶状悬浊液黏附到金属丝上，然后取出金属丝；
d.将黏附胶状悬浊液的金属丝加热固化。
上述的金刚石丝锯的制造方法，粉料与丙酮重量比1∶1。
上述的金刚石丝锯的制造方法，在步骤c中，将金属丝以5-8米/分钟的速度通过胶 状悬浊液而使得胶状悬浊液黏附到金属丝上。
本金刚石丝锯的直径一般在0.26以下，用它来切削硅料，显然材料的浪费大大减少。 而本金刚石丝锯的切削效率可以提高近十倍，只须水冷却，污染少，硅屑易回收。
附图说明
图1为本金刚石丝锯的制造方法示意图
具体实施方式
实施例1：金刚石丝锯的制造方法
a.按50％酚醛树脂+25％W40金刚石+8％SiC+7％Fe2O3+10％Cu(此处的配比是体积百分比)配 好粉料，并混合均匀。SiC的粒度是0.5μm，Fe2O3的粒度是0.4μm，Cu的粒度是0.5μm。
b，按重量比1∶1在粉料中加入丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液。
c.将该悬浊液装入上砂桶1(见图1)。
d.将绕在放丝盘2上的直径小于0.26mm的金属丝3穿过上砂桶，金属丝在通过上砂 桶时，完全被浸泡在悬浊液中，利用树脂的粘性，将金刚石及其他填料一起黏附到金属丝 上。金属丝通过上砂桶速度是5米/分钟。
e.金属丝穿过上砂桶后，进入烘道4，烘道20米，前段5米，温度控制在140度，后 段15米温度控制在185度。
f.从烘道出来的金属丝绕在收丝盘5。
g.将绕有金属丝的整个收丝盘放入烘箱进行二次固化，温度控制在250度左右，时间 20-30min。
实施例2-11：
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：45％酚醛树脂+25％W40金刚石 +5％SiC+5％Fe2O3+10％Cu，其他同实施例1，得到实施例2。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：55％酚醛树脂+20％W40金刚石 +5％SiC+5％Fe2O3+15％Cu，其他同实施例1，得到实施例3。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+20％W40金刚石 +10％SiC+5％Fe2O3+15％Cu，其他同实施例1，得到实施例4。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+30％W40金刚石 +10％SiC+5％Fe2O3+5％Cu，其他同实施例1，得到实施例5。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为；50％酚醛树脂+25％W40金刚石 +7％SiC+10％Fe2O3+8％Cu，其他同实施例1，得到实施例6。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+25％W40金刚石 +3％SiC+10％Fe2O3+12％Cu，其他同实施例1，得到实施例7。
将实施例1中的胶状悬浊液中粉料与丙酮的重量比改变为1∶0.8，其他同实施例1， 得到实施例8。
将实施例1中的胶状悬浊液中粉料与丙酮的重量比改变为1∶1.2，其他同实施例1， 得到实施例9。
将实施例1中的金属丝通过上砂桶速度改变为6米/分钟，其他同实施例1，得到实施 例10。
将实施例1中的金属丝通过上砂桶速度改变为8米/分钟，其他同实施例1，得到实施 例11。
a.按50％酚醛树脂+25％W40金刚石+8％SiC+7％Fe2O3+10％Cu(此处的配比是体积百分比)配 好粉料，并混合均匀。SiC的粒度是0.5μm，Fe2O3的粒度是0.4μm，Cu的粒度是0.5μm。
b，按重量比1∶1在粉料中加入丙酮，搅拌均匀，使之成为胶状悬浊液。
c.将该悬浊液装入上砂桶1(见图1)。
d.将绕在放丝盘2上的直径小于0.26mm的金属丝3穿过上砂桶，金属丝在通过上砂 桶时，完全被浸泡在悬浊液中，利用树脂的粘性，将金刚石及其他填料一起黏附到金属丝 上。金属丝通过上砂桶速度是5米/分钟。
e.金属丝穿过上砂桶后，进入烘道4，烘道20米，前段5米，温度控制在140度，后 段15米温度控制在185度。
f.从烘道出来的金属丝绕在收丝盘5。
g.将绕有金属丝的整个收丝盘放入烘箱进行二次固化，温度控制在250度左右，时间 20-30min。
实施例2-11：
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：45％酚醛树脂+25％W40金刚石 +5％SiC+5％Fe2O3+10％Cu，其他同实施例1，得到实施例2。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：55％酚醛树脂+20％W40金刚石 +5％SiC+5％Fe2O3+15％Cu，其他同实施例1，得到实施例3。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+20％W40金刚石 +10％SiC+5％Fe2O3+15％Cu，其他同实施例1，得到实施例4。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+30％W40金刚石 +10％SiC+5％Fe2O3+5％Cu，其他同实施例1，得到实施例5。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为；50％酚醛树脂+25％W40金刚石 +7％SiC+10％Fe2O3+8％Cu，其他同实施例1，得到实施例6。
将实施例1中的粉料中下述组分体积百分比改变为：50％酚醛树脂+25％W40金刚石 +3％SiC+10％Fe2O3+12％Cu，其他同实施例1，得到实施例7。
将实施例1中的胶状悬浊液中粉料与丙酮的重量比改变为1∶0.8，其他同实施例1， 得到实施例8。
将实施例1中的胶状悬浊液中粉料与丙酮的重量比改变为1∶1.2，其他同实施例1， 得到实施例9。
将实施例1中的金属丝通过上砂桶速度改变为6米/分钟，其他同实施例1，得到实施 例10。
将实施例1中的金属丝通过上砂桶速度改变为8米/分钟，其他同实施例1，得到实施 例11。