專利名稱：鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于單(多)晶硅、玻璃、陶瓷、寶石加工等行業(yè)精密切割的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片及該金剛石超薄鋸片的制作方法。

背景技術(shù)：
金剛石具有高硬度、高耐磨性、高抗壓強(qiáng)度以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性等性能，使其在金屬和硬脆材料加工領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用，如金剛石鋸片、砂輪、鉆頭等。金屬和金剛石復(fù)合制造的金剛石超薄鋸片主要用于半導(dǎo)體集成電路用硅片、太陽能電池單晶硅片、寶石、人工晶體、信息功能陶瓷等高技術(shù)材料的精密切割。為了盡可能減少切口損失，通常要求鋸片厚度小于400微米，這對(duì)金剛石鋸片的力學(xué)性能提出了更高要求。首先，金剛石顆粒與胎體金屬之間要具有較高的結(jié)合強(qiáng)度以獲得較高的把持力，這要求金剛石顆粒表層能與胎體金屬形成冶金結(jié)合，而不是簡單的機(jī)械結(jié)合；其次，胎體金屬自身也要有較高的強(qiáng)度、剛度、韌性和致密度；另外，金剛石在700℃開始發(fā)生石墨化，900℃以上嚴(yán)重石墨化，這將大大損害金剛石強(qiáng)度。因此，為了防止或減輕金剛石發(fā)生石墨化，必須降低燒結(jié)溫度或縮短燒結(jié)時(shí)間。
但是目前國內(nèi)涉及金剛石鋸片制造技術(shù)主要針對(duì)500微米以上的厚金剛石鋸片，并且主要是鐵基、鈷基和銅基金剛石鋸片為主，關(guān)于400微米以下的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片制造技術(shù)未見報(bào)導(dǎo)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高韌性、高剛度以及高致密度的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片及其制作方法。
本發(fā)明所述的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片的組成范圍，以體積分?jǐn)?shù)計(jì)純度在99.9％以上、5～20微米的鎳粉50～70份(指)，99.8％以上、5～20微米的鋁粉10～30份，粒度在5～10微米的鍍鈦人造金剛石顆粒20～30份。
實(shí)現(xiàn)所述的目的的技術(shù)方案為 (1)混料 選取純度在99.9％以上、5～20微米的鎳粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的鋁粉10～30份，粒度在5～10微米的鍍鈦人造金剛石顆粒20～30份。在三維混料機(jī)中將混合粉料充分混勻，以保證鎳粉、鋁粉以及鍍鈦金剛石粉均勻分布。
(2)冷壓成型 稱取合適的混合粉料，放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成尺寸為φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型壓力為100～500kgf/cm2。冷壓成型時(shí)加壓速度要平穩(wěn)，保證素坯厚度均勻。
(3)熱壓燒結(jié) 熱壓燒結(jié)分為二段進(jìn)行。首先在真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至670～700℃，保溫5～60分鐘。然后，繼續(xù)升溫至750-800℃，保溫5～60分鐘，熱壓壓力為100～400kgf/cm2。
第一段加熱要保證在稍高于鋁熔化溫度以上，但是不能太高。此時(shí)，鋁熔化后在壓力作用下，可以起到潤滑、填充孔隙以及加快與金剛石表面鈦反應(yīng)形成固溶體或鈦鋁化合物的作用，從而提高鋸片的致密度。第一段加熱溫度不能太高，則為防止鋁液蒸發(fā)損失過多；第二段加熱要保證在第一段加熱時(shí)間足以使熔化鋁液充分溶解到鎳基體中之后進(jìn)行，提高第二段加熱溫度，則為促進(jìn)鋁在鎳基體中的擴(kuò)散，使得鋁均勻分布在鎳基體中。
(4)冷卻 上述熱壓燒結(jié)料帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得金剛石鋸片。
帶壓隨爐緩慢冷卻，可以防止由于溫度降低過快所造成的鋸片變形。
本發(fā)明的有益效果是 在本發(fā)明中，采用純鎳為主要胎體金屬，同時(shí)添加部分純鋁，金剛石顆粒采用鍍鈦人造金剛石。純鋁的熔點(diǎn)為660℃，可以在較低溫度下熔化形成液體時(shí)，提供潤滑作用，促進(jìn)金剛石顆粒和鎳顆粒的流動(dòng)，在壓力作用下起到提高基體致密化的作用；鋁可以和鍍鈦金剛石表面最外層的純鈦發(fā)生反應(yīng)，形成鈦鋁化合物或固溶體，從而起到促進(jìn)胎體金屬和金剛石之間的冶金聯(lián)接作用，提高金剛石的把持力；鋁也可以和胎體鎳形成鎳鋁金屬間化合物或固溶體，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，提高胎體金屬的強(qiáng)度、剛度和韌性；純鋁在660℃開始熔化形成液體，原子擴(kuò)散速度加快，既可以促進(jìn)以上鈦鋁或鎳鋁之間冶金反應(yīng)的進(jìn)行，更重要的是，能夠降低燒結(jié)溫度，減輕金剛石石墨化的程度。
根據(jù)本發(fā)明所制造的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片，具有高強(qiáng)度、高剛度、高韌性、高致密、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。



圖1為實(shí)施例1鋸片斷口形貌 圖2為實(shí)施例2鋸片平面形貌 圖3為實(shí)施例3鋸片斷口形貌 圖4為實(shí)施例4鋸片平面形貌 圖5為實(shí)施例5鋸片平面形貌 圖1至圖5分別為不同實(shí)施工藝條件下鋸片斷口或平面的掃描照片。黑色顆粒為金剛石，白色為鎳鋁胎體金屬。金剛石顆粒均勻分布在胎體金屬中，并且金剛石與胎體金屬結(jié)合緊密；另外還可以看出，通過本燒結(jié)工藝處理后的，鋸片中的孔隙非常少，致密度高，這說明通過本工藝制造的鎳鋁基超薄金剛石鋸片可以獲得良好的性能。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 (1)混料 選用純度在99.9％以上的鎳粉70份、純度在99.8％以上的鋁粉10份以及20份鍍鈦人造金剛石顆粒(粒徑在5微米～10微米)在三維混料機(jī)充分混勻。
(2)冷壓成型 將混合粉料(1)放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成型，壓力為300kgf/cm2，保壓10分鐘，壓制成φ100mm×400μm圓片。
(3)將鋸片素坯(2)放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，先加熱至670℃，保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱到800℃下保溫20分鐘，熱壓壓力為300kgf/cm2。
(4)帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得含鎳70份、鋁10份及金剛石20份的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片。
(5)鋸片斷口形貌如圖1所示。
實(shí)施例2 選用純度在99.9％以上的鎳粉70份、純度在99.8％以上的鋁粉10份以及20份鍍鈦人造金剛石顆粒(粒徑在5微米～10微米)在三維混料機(jī)充分混勻。
(2)冷壓成型 將混合粉料(1)放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成型，壓力為400kgf/cm2，保壓10分鐘，壓制成φ100mm×400μm圓片。
(3)將鋸片素坯(2)放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，先加熱至690℃，保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱到760℃下保溫20分鐘，熱壓壓力為200kgf/cm2。
(4)帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得含鎳70份、鋁10份及金剛石20份的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片。
(5)鋸片平面形貌如圖2所示。
實(shí)施例3 選用純度在99.9％以上的鎳粉50份、純度在99.8％以上的鋁粉20份以及30份鍍鈦人造金剛石顆粒(粒徑在5微米～10微米)在三維混料機(jī)充分混勻。
(2)冷壓成型 將混合粉料(1)放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成型，壓力為300kgf/cm2，保壓10分鐘，壓制成φ100mm×400μm圓片。
(3)將鋸片素坯(2)放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，先加熱至700℃，保溫10分鐘，然后繼續(xù)加熱到750℃下保溫60分鐘，熱壓壓力為100kgf/cm2。
(4)帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得含鎳50份、鋁20份及金剛石30份的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片。
(5)鋸片斷口形貌如圖3所示。
實(shí)施例4 選用純度在99.9％以上的鎳粉70份、純度在99.8％以上的鋁粉20份以及10份鍍鈦人造金剛石顆粒(粒徑在5微米～20微米)在三維混料機(jī)充分混勻。
(2)冷壓成型 將混合粉料(1)放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成型，壓力為200kgf/cm2，保壓10分鐘，壓制成φ100mm×400μm圓片。
(3)將鋸片素坯(2)放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，先加熱至670℃，保溫10分鐘，然后繼續(xù)加熱到800℃下保溫5分鐘，熱壓壓力為400kgf/cm2。
(4)帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得含鎳70份、鋁20份及金剛石10份的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片。
(5)鋸片平面形貌如圖4所示。
實(shí)施例5 選用純度在99.9％以上的鎳粉60份、純度在99.8％以上的鋁粉30份以及10份鍍鈦人造金剛石顆粒(粒徑在5微米～20微米)在三維混料機(jī)充分混勻。
(2)冷壓成型 將混合粉料(1)放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成型，壓力為200kgf/cm2，保壓10分鐘，壓制成φ100mm×400μm圓片。
(3)將鋸片素坯(2)放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，先加熱至670℃，保溫60分鐘，然后繼續(xù)加熱到800℃下保溫60分鐘，熱壓壓力為100kgf/cm2。
(4)帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得含鎳60份、鋁30份及金剛石10份的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片。
(5)鋸片平面形貌如圖5所示。
權(quán)利要求
1.鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片，其特征是以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，包括純度在99.9％以上、5～20微米的鎳粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的鋁粉10～30份，粒度在5～10微米的鍍鈦人造金剛石顆粒20～30份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片的制作方法，其特征是分為以下步驟
(1)混料
選取純度在99.9％以上、5～20微米的鎳粉50～70份，99.8％以上、5～20微米的鋁粉10～30份，粒度在5～10微米的鍍鈦人造金剛石顆粒20～30份，在三維混料機(jī)中將混合粉料充分混勻；
(2)冷壓成型
稱取合適的混合粉料，放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成尺寸為φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型壓力為100～500kgf/cm2；
(3)熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)分為二段進(jìn)行；首先在真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至670～700℃，保溫5～60分鐘，然后，繼續(xù)升溫至750-800℃，保溫5～60分鐘，熱壓壓力為100～400kgf/cm2；
(4)冷卻
將上述熱壓燒結(jié)料帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得金剛石鋸片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于單(多)晶硅、玻璃、陶瓷、寶石加工等行業(yè)精密切割的鎳鋁合金基金剛石超薄鋸片及該金剛石超薄鋸片的制作方法。其選取純度在99.9％以上、5～20微米的鎳粉50～70份(指體積分?jǐn)?shù))，99.8％以上、5～20微米的鋁粉10～30份，粒度在5～10微米的鍍鈦人造金剛石顆粒20～30份，在三維混料機(jī)中充分混勻，放入模具內(nèi)，在四柱液壓機(jī)上冷壓成尺寸為φ25～200mm×100～400μm的素坯，成型壓力為100～500kgf/cm2；再分為二段進(jìn)行熱壓燒結(jié)，首先在真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)加熱至670～700℃，保溫5～60分鐘，然后，繼續(xù)升溫至750-800℃，保溫5～60分鐘，熱壓壓力為100～400kgf/cm2；再帶壓隨爐緩慢冷卻至200℃以下，出爐即可得金剛石鋸片。本發(fā)明具有高強(qiáng)度、高剛度、高韌性、高致密、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F7/00GK101224499SQ20081002064
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者海 李, 王芝秀, 曹大呼, 強(qiáng) 王, 坤 李 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院