具有立方-八面体的金刚石颗粒的固着磨料锯切线材的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种固着磨料锯切线材，其包含保持在钢线材上的金属性保留层中的金刚石颗粒。该钢线材具有小于300μm的尺寸。大于一半的金刚石颗粒(102、102’、104、104’、104”、104’”)具有如通过在高温高压合成的金刚石中所获得的立方－八面体形态。所述金刚石颗粒的95％具有80pm以下的尺寸。所述金刚石颗粒主要显示出低于或等于0.2的低伸长率，且不是通过压碎较大的金刚石所获得的。
【专利说明】具有立方一八面体的金刚石颗粒的固着磨料锯切线材
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合锯切硬材料例如硅或极硬的材料例如蓝宝石的固着磨料锯切线 材。蓝宝石晶片用作发光二极管的衬底，用作手表窗口，用作光学元件以及在许多其它应用 中。
【背景技术】
[0002] 将蓝宝石（a氧化错，a_A1203)锯切成晶片是一个挑战，因为这种材料具有摩氏 标度为9的硬度（金刚石具有摩氏标度为10的最高硬度）。目前，出于经济原因，使用载有 金刚石的切片刀刃的技术正被多线锯的使用所超越。在多线锯中，在有槽绞盘上方引导单 一锯切线材，从而形成紧密间隔开线材长度的网。通过所述线材的往复前后运动和在冷却 剂的供应下将蓝宝石锭推向所述网，蓝宝石锭切成晶片。整个过程中的设备当然是作为几 乎专用的固着磨料锯切线材类型的锯切线材。
[0003]在"固着磨料锯切线材"中，微小的切割用金刚石已牢固地连接到高强度细线材的 表面。线材越细，切缝损失越低，这是个优势，因为这时在一个切割周期中，可以在同等时间 跨度内从相同的锭获得更多的晶片。切割速度仍然是低的：为锯切2英寸（50. 8毫米）的 锭，需要约3到4个小时，但这因在一个周期内平行切割许多晶片而胜出。此外，在该过程 中所述线材磨损，且需要平均约三到八米线材来切割单一晶片。由于仅使用金刚石磨料颗 粒，因此所述线材趋于昂贵。
[0004] 当前，固着磨料锯切线材是根据多种工艺制成的，导致非常不同的产品：
[0005]A.磨料颗粒可以保持在树脂中，结合于基物线材。随着树脂趋于非常快地磨损，由 此损失磨料颗粒，线材的磨损是相当高的。
[0006]B.EP2390055描述了一种固着磨料锯切线材，其中磨料颗粒固着在由基于锌或 锡的低熔点焊料制成的金属层中。通过存在于磨料颗粒周围的高熔点金属的媒介作用 (mediation)使磨料颗粒良好附着于焊料。该公开特别提到优选破碎的金刚石作为磨料颗 粒，因为这些倾向于具有与焊料更大的接触表面。
[0007]C.EP2277660描述了一种固着磨料锯切线材，其中将磨料颗粒（优选金刚石和立 方氮化硼）包封在至少部分结晶的镍磷涂层中。将该包封的磨料颗粒电化学地涂覆在磁性 线性体例如钢线材上。没有给出关于磨料颗粒形态的信息。
[0008] D.EP2464485公开了包括结合于狭长体的磨料颗粒的磨料制品，其用于切割蓝宝 石。将磨料颗粒压到还可能覆盖有涂覆层的金属性结合层中。该线材的细节是，磨料颗粒 的粒度分布是非高斯和基本均匀的，同时在约1微米到约1〇〇微米的宽而精确受限的范围 内扩展。
[0009]在商业固着磨料锯切线材中，专有地使用"破碎的金刚石"。这些是通过破碎（球 磨、冲击磨或其它技术）来分裂较大的人造或天然金刚石而获得的。人造金刚石因其可预 测性和可重现性的性能而是优选的。在极端压力和温度下，它们由石墨和金属催化剂的混 合物制成，而且加工和起始产品允许调整所得金刚石的尺寸、强度、脆性和形状。因此，将更 易碎的金刚石用于破碎。通常，通过筛分将所得混合物分级，但对于较小的粒度尺寸，必须 使用其他技术（空气吹分离、沉降、洗提或其它技术）。以这种方式，可以用经济的方式获得 细粉末。
[0010] 在用于切割硅晶片的锯切线材（例如用于太阳能电池或用于半导体行业）中，更 易碎的金刚石是优选的，因为在使用过程中，新的切割刃则出现，即所述线材自锐化。此外， 金刚石的不规则形状导致在基质中更好的保留。
[0011] 在W02011/014884A1中说明了不规则成形的一个极端实施方案，其中公开了具有 表面改性的金刚石颗粒的固着磨料锯切线材。已处理金刚石表面以获得很粗糙的外表面， 且在很大程度上是非球面的。虽然对于某些应用，认为这种表面会导致更好的保留和自锐 化，但对于非常硬的材料如蓝宝石却不是这样。
[0012] 实际上，极硬材料例如蓝宝石的切割带来其它挑战，因为易碎的金刚石磨损太快， 这必须通过在所述线材的表面上具有更多的金刚石和/或在切割过程中更快地使用所述 线材得到补偿。另外，由于材料的硬度，在切缝中必须施加较高的压力从而以足够的力将金 刚石推向蓝宝石。这可以通过在网中的线材上施加较高的拉力来实现。因此，这也意味着 必须使用较粗的线材，这导致相关的增加切口损失。
【发明内容】
[0013] 由此，发明人的目的是通过线锯改善蓝宝石的锯切。"改善"意味着减少在工艺中 所用的线材量和/或所用的能量。
[0014] 根据本发明的一个方面，要求保护特别用于切割蓝宝石的固着磨料锯切线材。然 而，这并不排除所述线材不能用于切割软于蓝宝石的硬而脆的材料，如硅。作为有力的成 员，使用钢线材。通过金属性保留层将金刚石颗粒连接于所述线材的表面。金属性层用于 将金刚石颗粒保持于原位。固着磨料锯切线材的特点是，至少95%的金刚石颗粒具有低于 80微米的尺寸和至少50%的金刚石颗粒显示立方一八面体形状。
[0015] 出于本申请的目的，立方一八面体形状是起始于立方体的任何形状，其中已通过 在立方体的八个{111}方向（由其米勒指数表示）中的面切掉顶点。假定立方体的正方面 具有边长'a'，则可以定义沿着该边离开该切开顶点的距离'b'处的立方体顶点的（111)面 切缝的比例'b/a'（见表I)。对于单一颗粒的每个顶点，'b'无需相同。最终，该形状介于 立方体和八面体的形状，且包括立方体和八面体的形状。可以将形状图谱总结如下：
[0016]
【权利要求】
1. 适用于锯切硬而脆的材料的固着磨料锯切线材，包含钢线材和保持在金属性保留层 中的金刚石颗粒，其特征在于， 至少95%的金刚石颗粒具有低于80微米的尺寸，且至少50%的金刚石颗粒显示出立 方一八面体形状。
2. 根据权利要求1的固着磨料锯切线材，其中所述金刚石颗粒的至少50%具有小于或 等于0. 2的伸长率。
3. 根据权利要求1或2中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金刚石颗粒是合成的 高压、高温金刚石。
4. 根据权利要求1 一 3中任一项的固着磨料锯切线材，其中每千米所述线材存在 0. 5-3. 2克的金刚石颗粒。
5. 根据权利要求1 一 4中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述钢线材具有 50-300 y m的直径。
6. 根据权利要求1 一 5中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金刚石颗粒的表面在 嵌入所述磨料锯切线材之前基本没有金属涂层。
7. 根据权利要求1 一 5中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金刚石颗粒涂覆有选 自如下的涂层：钛、碳化钛、锆、碳化锆、硅、碳化硅、钒、碳化钒、铬、碳化铬、钨、碳化钨、钥、 碳化钥、锰、碳化锰、铁、碳化铁、钴、碳化钴、镍、钯、镍磷、镍硼、或其组合。
8. 根据权利要求1 一 7中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金属性保留层包含覆 盖所述钢线材的第一金属层和在所述第一金属层之上的第二金属层，其中将所述金刚石颗 粒机械压入所述第一金属层，和所述第二金属层部分或全部覆盖所述压入的金刚石颗粒。
9. 根据权利要求1 一 7中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金属性保留层包含覆 盖所述钢线材的第一金属层和沉积在所述第一金属层之上的第二金属层，且其中将所述金 刚石颗粒与所述第二金属层电解共沉积。
10. 根据权利要求8或9的固着磨料锯切线材，其中所述第一金属层由选自如下中的一 种制成：铜、铁、锌、锡、铝、黄铜、青铜、铜一镍、锌一铝、镍，且所述第二金属层由选自如下中 的一种制成：镍、铁、钴、钥、钨、铜、锌、锡及其合金。
11. 根据权利要求1 一 7中任一项的固着磨料锯切线材，其中所述金属性保留层是包含 锡、银、金和铜的混合物的低熔点焊料的焊料层。
【文档编号】B23D61/18GK104411436SQ201380035195
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】G·坎波斯, J·斯平尼温 申请人:贝卡尔特公司