[發明專利]具有立方－八面體的金剛石顆粒的固著磨料鋸切線材

有效

• 申請號: 201380035195.7
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN104411436B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: G·坎波斯;J·斯平尼溫
• 申請（專利權）人: 江陰貝卡爾特合金材料有限公司
• 主分類號: B23D61/18
• 分類號: B23D61/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 李躍龍

技術領域

本發明涉及適合鋸切硬材料例如硅或極硬的材料例如藍寶石的固著磨料鋸切線材。藍寶石晶片用作發光二極管的襯底，用作手表窗口，用作光學元件以及在許多其它應用中。

背景技術

將藍寶石(α氧化鋁，α-Al₂O₃)鋸切成晶片是一個挑戰，因為這種材料具有摩氏標度為9的硬度(金剛石具有摩氏標度為10的最高硬度)。目前，出于經濟原因，使用載有金剛石的切片刀刃的技術正被多線鋸的使用所超越。在多線鋸中，在有槽絞盤上方引導單一鋸切線材，從而形成緊密間隔開線材長度的網。通過所述線材的往復前后運動和在冷卻劑的供應下將藍寶石錠推向所述網，藍寶石錠切成晶片。整個過程中的設備當然是作為幾乎專用的固著磨料鋸切線材類型的鋸切線材。

在“固著磨料鋸切線材”中，微小的切割用金剛石已牢固地連接到高強度細線材的表面。線材越細，切縫損失越低，這是個優勢，因為這時在一個切割周期中，可以在同等時間跨度內從相同的錠獲得更多的晶片。切割速度仍然是低的：為鋸切2英寸(50.8毫米)的錠，需要約3到4個小時，但這因在一個周期內平行切割許多晶片而勝出。此外，在該過程中所述線材磨損，且需要平均約三到八米線材來切割單一晶片。由于僅使用金剛石磨料顆粒，因此所述線材趨于昂貴。

當前，固著磨料鋸切線材是根據多種工藝制成的，導致非常不同的產品：

A.磨料顆粒可以保持在樹脂中，結合于基物線材。隨著樹脂趨于非常快地磨損，由此損失磨料顆粒，線材的磨損是相當高的。

B.EP2390055描述了一種固著磨料鋸切線材，其中磨料顆粒固著在由基于鋅或錫的低熔點焊料制成的金屬層中。通過存在于磨料顆粒周圍的高熔點金屬的媒介作用(mediat?ion)使磨料顆粒良好附著于焊料。該公開特別提到優選破碎的金剛石作為磨料顆粒，因為這些傾向于具有與焊料更大的接觸表面。

C.EP2277660描述了一種固著磨料鋸切線材，其中將磨料顆粒(優選金剛石和立方氮化硼)包封在至少部分結晶的鎳磷涂層中。將該包封的磨料顆粒電化學地涂覆在磁性線性體例如鋼線材上。沒有給出關于磨料顆粒形態的信息。

D.EP2464485公開了包括結合于狹長體的磨料顆粒的磨料制品，其用于切割藍寶石。將磨料顆粒壓到還可能覆蓋有涂覆層的金屬性結合層中。該線材的細節是，磨料顆粒的粒度分布是非高斯和基本均勻的，同時在約1微米到約100微米的寬而精確受限的范圍內擴展。

在商業固著磨料鋸切線材中，專有地使用“破碎的金剛石”。這些是通過破碎(球磨、沖擊磨或其它技術)來分裂較大的人造或天然金剛石而獲得的。人造金剛石因其可預測性和可重現性的性能而是優選的。在極端壓力和溫度下，它們由石墨和金屬催化劑的混合物制成，而且加工和起始產品允許調整所得金剛石的尺寸、強度、脆性和形狀。因此，將更易碎的金剛石用于破碎。通常，通過篩分將所得混合物分級，但對于較小的粒度尺寸，必須使用其他技術(空氣吹分離、沉降、洗提或其它技術)。以這種方式，可以用經濟的方式獲得細粉末。

在用于切割硅晶片的鋸切線材(例如用于太陽能電池或用于半導體行業)中，更易碎的金剛石是優選的，因為在使用過程中，新的切割刃則出現，即所述線材自銳化。此外，金剛石的不規則形狀導致在基質中更好的保留。

在WO2011/014884A1中說明了不規則成形的一個極端實施方案，其中公開了具有表面改性的金剛石顆粒的固著磨料鋸切線材。已處理金剛石表面以獲得很粗糙的外表面，且在很大程度上是非球面的。雖然對于某些應用，認為這種表面會導致更好的保留和自銳化，但對于非常硬的材料如藍寶石卻不是這樣。

實際上，極硬材料例如藍寶石的切割帶來其它挑戰，因為易碎的金剛石磨損太快，這必須通過在所述線材的表面上具有更多的金剛石和/或在切割過程中更快地使用所述線材得到補償。另外，由于材料的硬度，在切縫中必須施加較高的壓力從而以足夠的力將金剛石推向藍寶石。這可以通過在網中的線材上施加較高的拉力來實現。因此，這也意味著必須使用較粗的線材，這導致相關的增加切口損失。

發明內容

由此，發明人的目的是通過線鋸改善藍寶石的鋸切。“改善”意味著減少在工藝中所用的線材量和/或所用的能量。