專利名稱：一種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種金剛石線鋸。
背景技術(shù)：
金剛石線鋸是以高強(qiáng)度鋼絲線作為基體，通過電鍍或釬焊的方法，把不同尺寸的金剛石微粉固結(jié)在鋼絲的基體上，這種線鋸具有切割切ロ狹窄，原料損失少；切割效率高，可以多線同時(shí)切割等高速高效切割性能。因而在半導(dǎo)體單晶硅切片、太陽能電池硅片切割以及LED中藍(lán)寶石切割等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，線鋸的金剛石顆粒需要牢固地結(jié)合在鋼絲線基體上，否則線鋸在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，金剛石露出后極易脫落，造成線鋸失去有效地切割能力。傳統(tǒng) 的金剛石線鋸，其金剛石表面或無鍍層，或有Ni電鍍層，然后采用Cu基、Ni基釬料作為結(jié)合劑把金剛石固結(jié)到鋼絲線上。上述電鍍Ni和釬料與金剛石界面之間沒有化學(xué)鍵，只是簡(jiǎn)單的機(jī)械鑲嵌卡固金剛石微粉顆粒在鋼絲線基體上，結(jié)合力很差導(dǎo)致線鋸切割工作中，金剛石顆粒易脫落，使線鋸的使用壽命短，切割效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種切割效率高、使用壽命長(zhǎng)的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸。本發(fā)明的金剛石線鋸也是一種用鎳鍍層將金剛石微粉固結(jié)在鋼絲線基體上的線鋸。但該金剛石微粉表面設(shè)有金屬碳化物鍍層，該金屬碳化物鍍層是指碳化鈦、碳化鎢或碳化鉻。這些表面設(shè)有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉可以直接用于線鋸制造。最好在上述金剛石微粉表面的金屬碳化物鍍層上鍍覆ー層金屬層，該金屬層的金屬是指Ni或Cu，其與金屬碳化物鍍層組成表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉，然后用于線鋸制造。上述金剛石線鋸的制造方法
原料
鋼絲線基體其為直徑是O. Γ O. 5mm的高強(qiáng)度鋼絲。金剛石微粉顆粒直徑O. 1-200微米。組成金屬碳化物鍍層的金屬粉鈦粉、鎢粉或鉻粉，且各種金屬粉的粒度在5-500微米。制造方法
I、在金剛石微粉表面鍍覆金屬使之成為金屬碳化物鍍層可以采用傳統(tǒng)的物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法，最好是采用真空微蒸發(fā)鍍的方法進(jìn)行鍍覆。該真空微蒸發(fā)鍍的具體方法
(I)把金剛石微粉與組成金屬碳化物鍍層的金屬粉按下述質(zhì)量比，即金剛石微粉:金屬粉=1:0. f I. 2稱量，混合均勻，并裝入耐高溫并不會(huì)引入雜質(zhì)的容器中。(2)將上述容器置于真空反應(yīng)爐內(nèi)，進(jìn)行真空加熱，使之反應(yīng)，其真空度為10_4 lOOPa，加熱溫度均為600 950で，加熱時(shí)間為40 150分鐘。
(3)停止加熱，待冷卻到300°C以下時(shí)關(guān)閉真空泵。冷卻至室溫取出容器。于是相應(yīng)的金屬便沉積到金剛石微粉表面，并形成由化學(xué)鍵結(jié)合的相應(yīng)的金屬碳化物鍍層。(4)然后將表面鍍覆有金屬碳化物的金剛石微粉用溶液沉降方法分離出來。由于在溶液中金剛石微粉沉降的速度比較慢，最好將鍍有金屬碳化物的金剛石微粉和金屬粉的混合物在水(或者其它有效的分離液)中充分?jǐn)嚢?，將混合物揚(yáng)起后，靜置1(Γ90秒，取懸濁液，反復(fù)沉降多次，直到無沉淀為止。將取得的懸濁液烘干，得到表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉。2、在上述金剛石微粉表面金屬碳化物鍍層上再鍍覆ー層金屬層可以采用電鍍或化學(xué)鍍的方法在上述金剛石微粉表面金屬碳化物鍍層上進(jìn)ー步鍍上ー層Ni或Cu，組成金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層。(I)采用化學(xué)鍍的具體方法將表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉置于傳統(tǒng)的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍Ni的配方是硫酸鎳O. 02 O. 03mol/L，檸檬酸鈉O. 05 O. 15mol/L，次磷酸鈉O. 25 O. 35mol/L，硫酸銅O. 05 O. 15 mol/L，溫度6(T90°C，pH值6. 5 7. 5，鍍覆時(shí)間 10 30分鐘?；蚧瘜W(xué)鍍Cu的配方是硫酸銅25 35g/L，次磷酸鈉25 35 g/L,檸檬酸鈉15 25 g/L，pH值8. 5-9. 5，溫度30 70で，鍍覆時(shí)間10 30分鐘。鍍覆過程中需要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，防止不均勻的鍍覆；同時(shí)也防止金剛石微粉顆粒之間的粘連。鍍覆金屬之后，金剛石微粉的質(zhì)量增重在I 50%之間。(2)采用電鍍的具體方法在滾鍍機(jī)中加入與Ni或Cu對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)電鍍液，并加入表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉，調(diào)整電鍍機(jī)的轉(zhuǎn)速使金剛石微粉翻動(dòng)，在20-60°C，電鍍電壓3-8V，電鍍電流1-6A的條件下進(jìn)行電鍍3(Γ90分鐘。鍍覆金屬之后，金剛石微粉的增重在I 100%之間。3、線鋸的制造
(I)采用表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉制造即該金剛石微粉懸浮在電鍍Ni的溶液中，電鍍Ni層從鋼絲基體上生長(zhǎng)，把金剛石顆粒包裹在鍍層中，形成線鋸。具體操作如下
a采用O. Γ O. 5mm直徑的高強(qiáng)度鋼絲為基體，經(jīng)過除油，除銹， b電鍍底Ni，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘；
c電鍍上砂，金剛石微粉懸浮液的金剛石含量為5(Tl50g/L，電鍍電流密度為
O.5-1. 5A/dm2，上砂時(shí)間為15-30分鐘；
d電鍍加厚，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為O. 5^1. 5小時(shí)；
獲得用Ni鍍層將表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉固結(jié)在鋼絲基體上的線鋸產(chǎn)
品O(2)采用表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉制造即該金剛石微粉懸浮在電鍍Ni的溶液中，電鍍Ni層從鋼絲基體上生長(zhǎng)，把金剛石顆粒包裹在鍍層中，形成線鋸。具體操作如下
a采用O. Γ O. 5mm直徑的高強(qiáng)度鋼絲為基體，經(jīng)過除油，除銹，b電鍍底Ni，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘；
c電鍍上砂，金剛石微粉懸浮液的金剛石濃度為5(Tl50g/L，電鍍電流密度為O. 5-1. 5A/dm2，上砂時(shí)間為7_15分鐘；
d電鍍加厚，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘；
獲得用Ni鍍層將表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉固結(jié)在鋼絲基體上的線鋸產(chǎn)品。 本發(fā)明使用的是真空微蒸發(fā)鍍技木，在超硬磨料表面鍍覆ー層可以與超硬磨料形成碳化物的金屬，如鈦、鎢、鉻等。由于鍍覆是在高溫的真空條件下進(jìn)行，金屬蒸汽在高溫的 作用下會(huì)與超硬材料發(fā)生化合反應(yīng)，生成金屬碳化物，因此，采用真空微蒸發(fā)鍍的手段，我們可以得到超硬表面鍍覆以化學(xué)鍵合的相應(yīng)金屬碳化物鍍層?；瘜W(xué)鍵合方式使得鍍層與超硬磨料之間的結(jié)合力大大增強(qiáng)，同時(shí)與以非化學(xué)鍵合方式鍍覆超硬磨料的方法相比相比，此方法也會(huì)大大增加基體對(duì)超硬磨料的把持力。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)金剛石與線鋸基體結(jié)合牢固，金剛石使用次數(shù)明顯增加；金剛石的出刃高度高，切削能力強(qiáng)，鋸切線速度以及進(jìn)給速度都比傳統(tǒng)方法有明顯提高，金剛石生產(chǎn)效率極大提高。上述優(yōu)點(diǎn)不僅是經(jīng)試驗(yàn)證明了的，而且是有一定的理論根據(jù)的傳統(tǒng)的沒有鍍覆層的金剛石微粉不導(dǎo)電，而有鍍層的金剛石微粉表面可導(dǎo)電，因此更容易包裹在鍍層中，使得在線鋸制造中上砂速度加快。特別是金剛石微粉上的金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層更有利于電鍍上砂并與電鍍Ni鍍層結(jié)合牢固。傳統(tǒng)的沒有鍍覆層的金剛石微粉需要Ni鍍層埋入金剛石微粉直徑的1/2以上，以防止線鋸鋸切過程中金剛石的脫落，而采用鍍覆有碳化物層的金剛石微粉或碳化物-金屬復(fù)合層的金剛石微粉，由于金剛石與金屬碳化物鍍層之間形成了強(qiáng)力的化學(xué)鍵合，所以與Ni鍍層之間結(jié)合牢固，有效地防止了金剛石微粉從線鋸上脫落，因此只需要Ni鍍層埋入金剛石微粉直徑的1/2以下，這樣金剛石露出的高度大大地増加了，可以制造出高鋒利度和長(zhǎng)壽命的線鋸產(chǎn)品。


圖I是本發(fā)明表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉截面示意簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明中表面有金屬碳化物-金屬鍍層的金剛石微粉截面示意簡(jiǎn)圖。圖3是普通金剛石微粉與表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉埋入線鋸鍍Ni層深度對(duì)比示意簡(jiǎn)圖。在圖I所示的本發(fā)明表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉截面示意簡(jiǎn)圖中，在金剛石微粉I表面有金屬碳化物鍍層2。在圖2所示的本發(fā)明中表面有金屬碳化物-金屬鍍層的金剛石微粉截面示意簡(jiǎn)圖中，在金剛石微粉I表面有金屬碳化物鍍層2，在金屬碳化物鍍層表面有金屬鍍層3。在圖3所示的普通金剛石微粉與表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉埋入線鋸鍍Ni層深度對(duì)比示意簡(jiǎn)圖中，普通金剛石微粉I埋入線鋸鍍Ni層4的深度明顯比表面有金屬碳化物鍍層2的金剛石微粉埋入線鋸鍍Ni層的深度深。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
選取直徑為O. Γ50微米的金剛石微粉，制作表面有碳化鈦鍍層金剛石線鋸第一歩在金剛石微粉表面鍍覆金屬鈦
將O. Γ50微米金剛石與5(Γ500微米鈦粉按質(zhì)量比1:0. I均勻混合裝入自制不銹鋼容器中，把容器放在真空反應(yīng)爐腔內(nèi)；開啟真空泵和加熱閥，逐步升溫加熱到600°C，在真空度為IPa時(shí)，保溫40分鐘，關(guān)閉加熱閥，冷卻到300° C以下關(guān)閉真空泵；待完全冷卻后把容器取出，使用溶液沉降法分離出鍍覆碳化物的金剛石微粉，將鍍有金屬碳化物的金剛石微粉和金屬粉的混合物在水中充分?jǐn)嚢瑁瑢⒒旌衔飺P(yáng)起后，靜置90秒，取懸濁液，反復(fù)沉降10次，直到無沉淀為止。將取得的懸濁液烘干，得到表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉。第二步將表面有碳化鈦鍍層的金剛石微粉電鍍到鋼絲上，制作為成品 將表面有碳化鈦鍍層的金剛石微粉懸浮在電鍍鎳的溶液中，采用O. Imm直徑的高強(qiáng)度鋼絲為基體，用傳統(tǒng)的方法除油，除銹；電鍍底Ni :電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為20分鐘；電鍍上砂，金剛石微粉懸浮液的金剛石含量為50g/L，電鍍電流密度為O. 5A/dm2，上砂時(shí)間為30分鐘；電鍍加厚，電流密度為lA/dm2,電鍍時(shí)間為I. 5小時(shí),經(jīng)過上面步驟就可以獲得用Ni鍍層將表面有碳化鈦鍍層的金剛石微粉固結(jié)在鋼絲基體上的線鋸產(chǎn)品。該產(chǎn)品的性能如下
權(quán)利要求
1.ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸，其也是ー種用鎳鍍層將金剛石微粉固結(jié)在鋼絲線基體上的線鋸，其特征是該金剛石微粉表面設(shè)有金屬碳化物鍍層，該金屬碳化物鍍層是指碳化鈦，碳化鎢或碳化鉻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸，其特征是在金剛石微粉表面的金屬碳化物鍍層上鍍覆ー層金屬層，該金屬層的金屬是指Ni或Cu，其與金屬 碳化物鍍層組成表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸，其特征是所使用金剛石微粉顆粒直徑為O. Γ200微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸，其特征是組成金屬碳化物鍍層的金屬粉粒度為5飛OO微米。
5.權(quán)利要求I所述的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸的制備方法，其特征是 1)采用真空微蒸發(fā)鍍的方法在金剛石微粉表面鍍覆金屬使之成為金屬碳化物鍍層， (I)按質(zhì)量比金剛石微粉組成金屬碳化物鍍層的金屬粉=1:0. f I. 2稱量，混合均勻，并裝入容器中， (2)將上述容器置于真空反應(yīng)爐內(nèi)，其真空度為10_4 100Pa，加熱溫度為60(T950°C，加熱時(shí)間為4(Γ150分鐘， (3)停止加熱，待冷卻到300°C以下時(shí)關(guān)閉真空泵，冷卻至室溫取出容器， (4)然后將表面鍍覆有金屬碳化物的金剛石微粉用溶液沉降方法分離出來，得到表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉；此處使用的分離溶液可以是水或者其它能有效分離鍍覆金剛石與金屬粉的液體； 2)線鋸的制造，將上述鍍覆金屬碳化物金剛石微粉懸浮在電鍍Ni的溶液中， a采用O. Γ O. 5mm直徑的高強(qiáng)度鋼絲為基體，經(jīng)過除油，除銹， b電鍍底Ni，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘， c電鍍上砂，金剛石微粉懸浮液的金剛石含量為5(Tl50g/L，電鍍電流密度為O.5-1. 5A/dm2，上砂時(shí)間為15-30分鐘， d電鍍加厚，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為O. 5^1. 5小吋，獲得用Ni鍍層包衣金屬碳化物鍍層金剛石微粉在鋼絲基體上的線鋸產(chǎn)品。
6.權(quán)利要求2所述的ー種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸的制備方法，其特征是 (1)采用化學(xué)鍍?cè)诮饎偸⒎郾砻娼饘偬蓟镥儗由显馘兏博`層金屬層，組成金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層，具體方法為將表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉置于傳統(tǒng)的化學(xué)溶液中進(jìn)行化學(xué)鍍， a化學(xué)鍍Ni的配方是硫酸鎳O. 02 O. 03mol/L,檸檬酸鈉O. 05 O. 15mol/L,次磷酸鈉O.25 O. 35mol/L，硫酸銅O. 05 O. 15 mol/L，溫度60 90で，pH值6. 5 7. 5，鍍覆時(shí)間10 30分鐘， 或b化學(xué)鍍Cu的配方是硫酸銅25 35g/L，次磷酸鈉25 35 g/L，檸檬酸鈉15 25 g/L，pH值8. 5-9. 5，溫度30 70で，鍍覆時(shí)間10 30分鐘， 鍍覆過程中需要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，鍍覆金屬之后，金剛石微粉的質(zhì)量增重在I 50%之間； (2)采用電鍍?cè)诮饎偸⒎郾砻娼饘偬蓟镥儗由显馘兏博`層金屬層，組成金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層，具體方法為在滾鍍機(jī)中加入與Ni或Cu對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)電鍍液，并加入表面有金屬碳化物鍍層的金剛石微粉，調(diào)整電鍍機(jī)的轉(zhuǎn)速使金剛石微粉翻動(dòng)，在20-60°C，電鍍電壓3-8V，電鍍電流1-6A的條件下進(jìn)行電鍍，鍍覆金屬之后，金剛石微粉的增重在I 100%之間； (3)采用上述表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉制造線鋸，具體操作如下 a采用O. Γ O. 5mm直徑的高強(qiáng)度鋼絲為基體，經(jīng)過除油，除銹， b電鍍底Ni，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘， c電鍍上砂，金剛石微粉懸浮液的金剛石濃度為5(Tl50g/L，電鍍電流密度為O.5-1. 5A/dm2，上砂時(shí)間為7_15分鐘， d電鍍加厚，電流密度為f 2A/dm2，電鍍時(shí)間為2(Γ40分鐘， 獲得用Ni鍍層包衣金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層金剛石微粉在鋼絲基體上的線鋸產(chǎn)品。
全文摘要
一種采用金剛石微粉制造的金剛石線鋸，其也是一種用鎳鍍層將金剛石微粉固結(jié)在鋼絲線基體上的線鋸，但該金剛石微粉表面設(shè)有金屬碳化物鍍層，該金屬碳化物鍍層是指碳化鈦，碳化鎢或碳化鉻。最好在上述金剛石微粉表面的金屬碳化物鍍層上鍍覆一層金屬層，該金屬層的金屬是指Ni或Cu，其與金屬碳化物鍍層組成表面有金屬碳化物-金屬復(fù)合鍍層的金剛石微粉。本發(fā)明線鋸基體與金剛石微粉結(jié)合牢固，金剛石使用次數(shù)明顯增加；金剛石的出刃高度高，切削能力強(qiáng)，鋸切線速度以及進(jìn)給速度都比傳統(tǒng)方法有明顯提高，金剛石生產(chǎn)效率極大提高。
文檔編號(hào)C23C14/24GK102644102SQ20121009679
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者成曉哲, 王艷輝, 臧建兵 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)