用于制造切割线的方法和设备的制作方法

用于制造切割线的方法和设备的制作方法
【专利摘要】该用于制造由通过黏结剂保持在中心芯体上的磨料颗粒形成的磨料线的方法包括：a)将磨料颗粒沉积(204)到所述中心芯体上，每个磨料颗粒都包含相对磁导率大于50的磁性材料，所述磁性材料占所述磨料颗粒的体积的至少1％；和b)将所述黏结剂沉积(204、208)到所述中心芯体上以保持所述磨料颗粒附着到所述中心芯体。在步骤a)期间，在所述中心芯体和磁化的磨料颗粒之间产生(202、206)磁相互作用以将磁化的吸引到中心芯体，在步骤a)之前，所述中心芯体在其表面处具有沿着其周边和/或沿着其长度交替分布的至少两个南极和两个北极。
【专利说明】用于制造切割线的方法和设备
[0001 ] 本发明涉及用于制造磨料线的方法和设备以及通过所述方法制造的线。
[0002]用于制造磨料线的已知方法包括:
[0003]a)将磁性磨料颗粒沉积到中心芯体上，每个磁性磨料颗粒包含相对磁导率大于50的磁性材料，该磁性材料占磁性磨料颗粒的体积的至少1% ;和
[0004]b)将黏结剂沉积到中心芯体上以保持磨料颗粒附着到所述中心芯体。
[0005]在已知方法中，磁性磨料颗粒包括由金属磁性材料制成的涂层以有助于黏结剂黏合到这些颗粒。例如，申请WO 2001/042931A1描述了为此目的的具有金属涂层、例如镍涂层的磁性磨料颗粒。
[0006]在其他已知方法中，在沉积磨料颗粒的步骤期间，在中心芯体和磨料颗粒之间另外产生了磁相互作用，以将磨料颗粒吸引到中心芯体。例如，在EP 2 428 317A2、JP 2004050301A和JP 2004 009238A中公开了这种方法。这尤其使得能够加快磨料颗粒在芯体上的沉积并由此加快磨料线的制造。
[0007]目前，已经试验了在芯体的纵向方向或在芯体的单个径向方向上的永久性磁感应强度。纵向方向上的磁感应强度已经被证明为对于快速将颗粒吸引到中心芯体是相当无效的，因此，磨料线的制造并不是真的更快。同样已经注意到的是，产生径向方向上的磁感应强度导致了磨料颗粒在芯体的周边范围内的分布非常不均匀。这是因为所述颗粒主要集中在中心芯体的南极和北极上，在这两极之间留下几乎不包含磨料颗粒的区域。因此，在后一种情况下，生产率的增长是以不利于磨料颗粒在中心芯体表面上的分布的均匀性为代价而获得的。
[0008]因此，目前期望的是使已知的制造方法更加迅速，同时保留颗粒在中心芯体表面上尽可能均匀的分布。
[0009]因此，本发明的一个主题是根据权利要求1的一种用于制造磨料线的方法。
[0010]在上述制造方法中，在沉积步骤期间，磁性磨料颗粒通过由径向磁感应强度产生的磁吸引力而被中心芯体吸引。这加快了磁性磨料颗粒在中心芯体上的沉积。因为加快了磁性磨料颗粒在中心芯体上的沉积，所以上述制造方法更快。
[0011]另外，将中心芯体磁化为具有在中心芯体的周边上和/或在中心芯体的长度上分布的多个南极和多个北极，使得磨料颗粒能够更均匀地布置(围绕线分布的极点)和/或以更大的密度布置(纵向分布的极点)。因此，可以加快磨料颗粒在芯体上的沉积，同时提高磨料颗粒在芯体上的分布的均匀性。因此，可以实现通过磨料颗粒在芯体上更迅速的沉积而获得的生产率的增长，同时限制颗粒在芯体表面上的分布的均匀性变差。
[0012]在已经沉积磁性磨料颗粒之前产生磁感应强度还使得能够消除或限制在磁性磨料颗粒的沉积期间对外部磁场的需要。具体地，在沉积期间外部磁场的存在使磁性磨料颗粒磁化。如果该磁化相对于电解槽的搅拌过强，则磨料颗粒具有聚集以形成磨料颗粒块的倾向。电解质镀液中这种块的存在是不期望的。
[0013]另外，增大了磁性磨料颗粒在中心芯体表面上的密度。
[0014]这种方法的实施方案可以包括从属方法权利要求的一个或更多个特征。
[0015]该方法的这些实施方案还具有以下优点:
[0016]-永久性磁化中心芯体限制了磁性磨料颗粒聚集到一起，并且还可以避免对作为能够将磁性磨料颗粒吸引到中心芯体的磁场源的外部磁场的需要；
[0017]-使用平行于其轴被磁化的中心芯体使在该中心芯体的表面上出现分布在中心芯体的整个周边上的、大于0.1mT的永久性径向磁感应强度，从而增加磁性磨料颗粒在该中心芯体周边上的分布的均匀性；
[0018]-多次重复步骤a)和b)使得能够获得工作寿命增加的多层线。
[0019]本发明还涉及一种根据权利要求7的用于制造磨料线的设备。
[0020]最后，本发明的另一个主题是根据权利要求8的磨料线。
[0021]这种线的实施方案可以包括从属线权利要求的一个或更多个特征。
[0022]通过阅读仅以非限制性实例并参照附图给出的以下描述，会更好地理解本发明，其中:
[0023]-图1是一种用于制造磨料线的设备的示意图；
[0024]-图2是利用图1中的设备制造的磨料线的横截面图；
[0025]-图3是图2中的线的磁性磨料颗粒的示意性横截面图；
[0026]-图4、5和7是用于使图2中的线的中心芯体磁化的装置的各种实施方案的示意图；
[0027]-图6是利用图5中的设备磁化的图2中的线的中心芯体的一部分的示意图；
[0028]-图8和9是用于使图2中线的中心芯体和磁性磨料颗粒磁化的另一种装置的示意图；
[0029]-图10是一种用于使如图3中示出的磁性磨料颗粒磁化的装置的示意图；
[0030]-图11是一种用于图1中的设备的保存电解质镀液的容器的示意图；
[0031]-图12、13和14是在图11中的容器中使用的一组喷嘴的多个实施方案的示意性横截面图；
[0032]-图15、16、17和18示出了图3中的磁性磨料颗粒的多个实施方案；
[0033]-图19是一种用于利用图1中的设备制造图2中的线的方法的流程图；
[0034]-图20是用于制造图2中的线的另一种方法的流程图；
[0035]-图21是用于使图2中的线的中心芯体磁化的装置的最后实施方案的示意图；
[0036]-图22是利用图21中的装置磁化的图2中的线的中心芯体的一部分的示意图。
[0037]在这些图中，相同的附图标记用来表示相同的要素。
[0038]在本说明书的其他部分，不会详细描述本领域技术人员公知的特征和功能。
[0039]本说明书中，当给出磁性材料的相对磁导率值时，这些值是对于零频率而言的。
[0040]术语“磁感应强度”和“磁化强度”同义地使用。术语“剩余磁感应强度”或“剩磁强度”也同义地使用。在不存在外部磁场的情况下，其是由已经被预先磁化的磁性材料产生的磁感应。在这种情况下,也可以说磁性材料具有剩磁或会被永久性磁化。
[0041]下文中，“磁化”应理解为指的是一部分具有非零的磁矩。该部分的磁化可以是永久性的，即在不存在外部磁场的情况下仍保留。因此称之为永久性磁化。如果该部分表面上的永久性磁感应强度在室温下大于0.lmT，则其形成永磁体。用于生产永磁体的材料通常为硬磁材料。表述“硬磁材料”应理解为指的是矫顽力大于5mT、优选大于1mT或50mT的材料。通常，这些是包含大量铁、钴、镍和/或稀土元素的材料。表述“大量”应理解为指的是例如超过一半或超过90%重量的材料是由这些元素中的一种或其组合构成的。
[0042]一旦这种磁性材料不再暴露于外部磁场下，该部分的磁化也会消失。该部分因此不具有永久性磁化强度。此处，如果所述部分的永久性磁化强度严格小于0.lmT、典型地小于0.05mT，则认为该部分被消磁。通常，所述部分于是由软磁性材料、即矫顽力严格小于ImT的材料构成。
[0043]图1示出了一种用于制造磨料线3的设备2。磨料线旨在用于经由磨损或磨耗来切断硬材料。此处，如果材料在维氏(Vickers)硬度下的显微硬度大于400Hv50或在莫氏硬度下的显微硬度大于或等于4，则认为该材料是硬的。本说明书中，维氏显微硬度表示为50克力、即0.49N力的负载。但是，本领域技术人员会了解，需要根据在其上进行测量的材料的厚度调整负载以使维氏压痕的尺寸小于材料的厚度。此处，该磨料线旨在切割单晶硅或多晶硅或甚至蓝宝石或碳化硅。
[0044]在更详细地描述设备2之前，参照图2和3对通过该设备2制造的线3进行描述。
[0045]线3包括中心芯体4，磁性磨料颗粒6附着在该中心芯体4的周边，并通过黏结剂8保持在中心芯体上。通常，中心芯体采取具有大于2000或3000MPa和通常小于5000MPa的拉伸强度的简单线的形式。
[0046]芯体4的断裂伸长率大于I %，优选大于2 %。相反地，芯体4的断裂伸长率不可以过高，例如，必须保持为低于10%或5%。断裂伸长率在此处表示在芯体4断裂之前其长度的增长。
[0047]在该实施方案中，芯体4具有圆形横截面。例如，芯体4的直径为70μπι到1mm。芯体4的直径通常取决于期望进行切割的材料。例如，当要切割硅锭时，芯体4的直径为200 μ m到450 μ m或200 μ m到1mm，但是当要切割硅片时，其在70 μ m到100 μ m或70 μ m到200μπι。在该实施方案中，芯体4由导电材料构成。如果材料的电阻率在20°C下小于10 5 Ω.m,则该材料被认为是导电的。此处,芯体4也由相对磁导率大于50、优选大于100或200的磁性材料构成。例如，芯体4可以由钢、碳或铁素体不锈钢或镀黄铜的钢构成。例如，芯体6的线密度m为10mg/m到500mg/m,优选50mg/m到200mg/m。
[0048]磨料颗粒6在芯体4的表面上形成齿状物，该齿状物会侵蚀待切割的材料。因此这些磨料颗粒必须比待切割的材料硬。
[0049]这些颗粒6的直径为I μ m到500 μ m,并小于芯体4的直径的三分之一。此处，在该实施方案中，对于直径为0.12mm的芯体，颗粒6的直径为10 μ m到22 μ m。当这些颗粒6不是球形时，直径对应于这些颗粒的最大水力直径。
[0050]黏结剂8的作用是保持磨料颗粒6无自由度地附着到芯体4。
[0051]优选地，黏结剂8是金属黏结剂，原因是这些黏结剂比树脂硬，因此使得磨料颗粒能够更有效地被保持在芯体4上。此处，黏结剂是镍。
[0052]在该实施方案中，黏结剂8沉积为两个连续的层10和12。层10的厚度小。例如，层10的厚度小于颗粒的平均直径的一半。层10只用于将磨料颗粒6微弱地附着到中心芯体。
[0053]层12较厚。例如，在径向方向上，层12的厚度为磨料颗粒的平均直径的0.5倍。层12通常大于或等于磨料颗粒6的平均直径的0.7倍。然而，层12的厚度通常小于或等于磨料颗粒的平均直径。
[0054]层12防止在使用线3来切割部件时磨料颗粒6被扯下。
[0055]图3更详细地示出了磁性磨料颗粒6。每个磨料颗粒6都包括由比待锯开的材料硬的材料制成的磨料砂16。例如，在维氏硬度下磨料砂16的硬度大于430Hv50，优选大于或等于1000Hv50。在莫氏硬度下，砂16的硬度大于7或8。例如，砂16是金刚砂。
[0056]每个砂16都以由相对磁导率大于或等于50、优选大于或等于100的磁性材料制成的涂层18来涂覆。所使用的磁性材料例如是铁磁性材料或亚铁磁性材料。其居里温度超过在磨料颗粒6电沉积到芯体4期间达到的温度。优选地，该材料也是导电材料，以通过黏结剂帮助颗粒6附着到芯体4。例如，所使用的材料优选为包含以下元素中的一种的铁磁材料:铁、钴、镍或钐-钴合金或钕。
[0057]涂层18足够厚，这样磨料颗粒6中的磁性材料的体积使得该颗粒能够在被放置于30T/m、优选ΙΟΤ/m的磁感应强度梯度中时被拾取。通常，为此，磁性材料的体积占磨料颗粒6的超过1%或5%的体积。例如，磁性材料的厚度为磨料颗粒的砂16的直径的0.5%到100%，优选其厚度为磨料颗粒的砂16的直径的2%到50%。
[0058]该厚度通常为大于0.05 μ m，优选大于I μ m，以获得覆盖砂16的超过90%的外表面的涂层18。
[0059]涂层18例如通过溅射、通过电沉积、通过化学气相沉积(CVD)或通过无电化学沉积来沉积到砂7上。
[0060]举例来说，涂层18此处由镍制成。涂层18的厚度选择为使得其占颗粒6的超过10%的重量,优选小于56%的重量。
[0061]在图1中，以箭头F示出了芯体4的行进方向。下文中，相对于箭头F的方向定义上游和下游。
[0062]以芯体4在其行进方向上遇到的顺序描述了设备2的多个元件。
[0063]设备2包括线轴24，待用磨料颗粒6涂覆的芯体4缠绕于其上。
[0064]然后，设备2任选地包括用于磁化中心芯体4的装置26。该装置的实施方案参照图4到7和图21来描述。
[0065]然后，芯体4遇到与电连接到直流电压源28的负极端子的电导线32机械接触的点A。例如，利用通过导线32连接到源28的负极端子的导电滑轮30来产生点A。该滑轮30通常包括中心芯体4解绕时在其中摩擦的槽。例如，滑轮30安装为能够绕垂直于芯体4的纵向方向的轴自由转动。
[0066]源28产生电解电流ie。通常，电解电流ie的密度大于5A/dm2,通常小于50A/dm2。电流密度是电流L的大小与芯体4浸入电解液中的面积的比值。
[0067]设备2包括容纳芯体浸入其中的电解质镀液36的容器34。
[0068]镀液36包括电解质38和分散在该电解质中的磨料颗粒6。
[0069]电解质38通常为包含黏结剂8的离子、即Ni2+离子的水溶液。例如，电解质38为被称为“Watts镍溶液”的溶液。
[0070]电连接到源28的正极端子的电极40也浸入镀液36中。该电极因此形成阳极，而芯体4浸入镀液36中的部分形成阴极。
[0071]通常，电极40平行于芯体4的纵向方向延伸。
[0072]任选地，代替装置26或甚至除了装置26以外，在该镀液36附近提供用于磁化浸入镀液36中的芯体4和磨料颗粒6的装置44。参照图8和9描述了该装置44的一个实施方案。
[0073]在镀液36的下游，设备2包括在芯体4和电导线46之间机械接触的另一个点B。导线46电连接到源28的负极端子。接触点例如是利用滑轮48产生的。该滑轮48通常与滑轮30相同。
[0074]当芯体4从镀液36输出时，其利用通过层10保持在该中心芯体上的磨料颗粒6来涂覆。为了增强磨料颗粒6与中心芯体的附着力，设备2包括容纳电解质镀液52的第二容器50，中心芯体4重新浸入该电解质溶液中以沉积黏结剂层12。
[0075]与镀液36相比，镀液52不包含磨料颗粒。镀液52主要由黏结剂、即此处的包含Ni2+离子的溶液形成。
[0076]容器50包括连接到直流电压源56的正极端子的电极54。电极54因此形成阳极。
[0077]源56的负极端子连接到在中心芯体4与电导线58和60之间的机械接触的两个点C和D。这些接触点C和D分别位于镀液52的上游和下游。分别利用滑轮62和64各自产生所述接触点。这些滑轮62和64例如与滑轮30相同。
[0078]层12在从镀液52输出时已经被沉积。
[0079]滑轮64下游的虚线表示可以任选地将其他装置引入到设备2中以对所制造的线施加另外的处理。由于这些处理在本领域中是已知的，所以此处没有示出。
[0080]最后，线3缠绕在线轴68上。通过电动机70使线轴68转动以拉动线通过电解质镀液36和52。
[0081 ] 图4更详细地示出了用于磁化芯体4的装置26的一个可能的实施方案。装置26具有永久性磁化中心芯体使得中心芯体具有沿着芯体4的径向方向的磁矩的功能。这种永久性磁化在芯体4的表面上产生永久性磁感应强度，该磁感应强度至少大于0.1mT或0.4mT,优选大于0.5mT或lmT。为了永久性磁化芯体4,装置26向芯体4施加强直流磁场。表述“强磁感应强度”此处应理解为指的是强度大于0.1T、优选大于0.5T或IT的磁感应强度。表述“强磁场”应理解为指的是强度大于800A/m、优选大于4kA/m或8kA/m的磁场。在装置26的情况下,平行于芯体4的径向方向施加该强磁场。
[0082]为此，装置26包括直流电流流动通过的线圈80，线圈围绕磁芯82缠绕。线圈80的端部连接到直流电流源84。
[0083]磁芯82是C形的。该磁芯82的端部彼此面对地接近以形成空隙84。芯体4在其行进方向解绕时穿过该空隙84。装置26因此在中心芯体的周边上产生具有截然相反的单南极和单北极径向磁矩。这种北极和这种南极在中心芯体的纵向方向上延伸。
[0084]永久性磁化中心芯体使磨料颗粒更强地和更迅速地被吸引向中心芯体。另外地和任选地，这使得能够不需要磁化装置44。在后一种情况下，中心芯体自身形成了能够吸引磨料颗粒的磁感应源。
[0085]图5示出了一种能够用来代替装置26的用于磁化中心芯体的装置90。该装置90能够交替地和在预设位置在芯体4的周边上产生多个南极和多个北极。例如，在该实施方案中，装置90包括围绕芯体4的周边分布的三个C形磁芯92到94。此处，这些磁芯92到94位于垂直于芯体4的纵向方向的同一平面。每个磁芯的端部都转向芯体4的相应的部分，并定位为充分接近该芯体4，用于使每个磁芯的场力线经由芯体4闭合。
[0086]装置90还包括用于在磁芯92到94的每个中产生强磁场的线圈96到98。每个线圈96到98分别连接到电流源100到102。
[0087]图6中示出了利用装置90产生的南极和北极在芯体4的周边上的分布。该图中，在“S”周围以虚线画出的方格表示南极，而在“N”周围以虚线画出的方格表示北极。为了获得图6中所示的南极和北极的分布，由源100到102产生的电流的方向以规律的时间间隔反转。因此，除了在芯体4的周边周围交替获得南极和北极以外，还同时获得了南极和北极在该芯体4的纵向方向上的交替。在芯体4的周边上分布多个南极和北极使磨料颗粒在该周边上以更好的均匀性布置。在纵向方向上分布多个南极和北极使得能够以更高的精确度控制磨料颗粒在纵向方向上的密度。优选地，南极和北极均匀地分布在芯体4的周边上。同样地，南极和北极优选均匀地分布在芯体4的纵向方向上。这尤其导致磨料颗粒在芯体4的整个周边上的均匀分布。
[0088]图7示出了一种用于磁化中心芯体4的装置104。该装置104可以替换装置26和代替其使用。与上文之前描述的装置相比，该装置104仅在芯体4的纵向上永久性磁化中心芯体。此时芯体4在其纵向上的永久性磁化强度通常大于ImT或4mT。具体地，由此磁化的芯体4在其表面上具有在径向方向上大于0.1mT或0.4mT的永久性磁化强度。图7中，以箭头105示出了该永久性径向磁化强度。
[0089]另外，该径向磁化强度相当均匀地分布在芯体4的周边上，从而有利于磨料颗粒6在该芯体4的整个周边上的均匀分布。
[0090]例如，装置104包括绕轴107缠绕的螺线管106。螺线管106连接到直流电流源108以产生强磁场。当解绕时，芯体4沿着轴107穿过螺线管106。
[0091]图8和9更详细地示出了磁化装置。装置44包括多个直流磁场源。每个磁场源在芯体4中产生将磁性颗粒吸引到芯体4的磁矩。此处，利用可以在图8中示出的第一位置和图9中示出的第二位置之间移动的同一组永磁体产生多个磁场源。为了简化图8和9，仅不出了一个永磁体110。该永磁体产生超过0.1T的永久性磁感应强度,或者强于800A/m或4kA/m或8kA/m的磁场。
[0092]在第一位置，磁体110的场力线IlOA向右穿过芯体4的横截面，使得给予芯体4平行于图8中以箭头Ml示出的第一径向方向的第一磁矩。在图9中示出的第二位置，磁体110被移动到使得其场力线IlOA穿过芯体4的位置，使得为芯体4提供平行于图9中以箭头M2示出的第二径向方向的第二磁矩。方向Ml相对于方向M2成角度地偏移20°到160°、优选75°到115°的角度。此处，该角度为90°，在±5°范围内。
[0093]装置44此处包括能够使磁体110在其第一位置和第二位置之间移动的制动器112。
[0094]图10示出了一种用于经由芯体4使存在于镀液36中的磨料颗粒磁化的装置114。装置114可以替换装置26和44或代替其使用。装置114包括分别通过电导线117和118电连接到接触点A和B的电流源116。例如，在芯体4与电导线117和118之间的机械接触经由上述滑轮30和48来确保。源116使得直流磁化电流ia能够流动。电流ia叠加在电解电流上，但是与后者相比，电流ia的大小在芯体4浸入镀液36中的整个部分中保持不变。因此，芯体4产生磁化磨料颗粒6的磁感应，使得磨料颗粒之后被吸引向芯体4。因此，在该实施方案中，芯体4形成将磨料吸引到它的磁感应源。在该实施方案中，优选省略导线46，使得电解电流和磁化电流ia在芯体4中合并。
[0095]图11更详细地示出了容器34的一个实施方案。该容器的多个特征使得能够加快芯体4在镀液36中移动的速度，而不会减少或增加沉积在芯体4上的磨料颗粒的量。为了简化图11，未示出电极40。
[0096]容器34包括镀液36流动通过的、平行于方向X的直线导管120。方向X平行于芯体4的纵向方向并指向方向F。该方向X与方向Y和Z形成直角坐标系。镀液36在容器34中的流动方向以箭头示出。导管120从上游端122延伸到下游端124。
[0097]浸入镀液36中的芯体4从端122向端124穿过导管120。
[0098]容器34还包括用于使镀液36从端124返回到端122的返回导管。为了简化图11，仅不出了两根返回导管126和128。
[0099]导管126和128在端122和124之间延伸。它们通过喷嘴组130通向端122。组130的喷嘴形成在芯体4的径向方向上以非零速度冲击芯体4的镀液36的喷射流。通常，该速度的径向分量V3大于/2或3V/4或等于V1，其中V1是芯体4在镀液36中的行进速度。优选地，分量V3还小于1.5V10如果速度的分量V3大于速度V1的50%，则接近线的磨料颗粒的量和之后黏合到线的磨料颗粒的量是令人满意的。如果分量V3大于速度' 的150%，则产生湍流，并且尽管许多颗粒接近芯体，但是黏合到芯体的颗粒的量不一定增加。例如，喷射速度的径向分量大于Im/分钟,优选大于1m/分钟或60m/分钟。将镀液36在径向方向喷射到芯体4上使得沉积到该芯体4上的磨料颗粒的量相对于其中不使用这类喷嘴的相同情形而言得以增加。
[0100]设备2还包括用于使镀液36在导管120中以平行于方向X的速度V2前进的装置132。此处，装置132例如由用于泵送镀液36的抽吸泵形成。这种抽吸泵中的每一个都安装到导管126和128中的一个中。
[0101]调节装置132使得镀液36在导管120中平行于方向X的速度V2等于芯体4在导管120内移动的速度V”此处，速度V2被认为与速度V1相等，并且这些速度等于±5m/分钟，优选等于±lm/分钟或20cm/分钟。
[0102]镀液36的速度V2在离芯体4的周边Imm或2mm并且离导管120的壁超过Imm或2mm的距离处测量。
[0103]通常，速度V1大于6m/分钟或1m/分钟，优选大于30或50m/分钟。
[0104]图12更详细地以截面示出了喷嘴组130。组130包括用于将镀液36喷射到芯体4上的多个喷嘴140。由喷嘴140产生的每个喷射流都在图12中以箭头表示。在该实施方案中，喷嘴140均匀地分布在芯体4的周边上。这使得磨料颗粒能够以更好的均匀性分布在芯体4的周边上。通常,喷嘴140的端部离芯体4的周边小于5mm、优选小于1mm。此处，喷嘴140是例如形成在环形壁142中的孔。喷嘴140沿着芯体4的浸入部分分布。该部分通常小于浸入镀液36的芯体4的总长度的一半或四分之一。包括喷嘴140的部分处于芯体4没有喷嘴的浸入部分的上游。
[0105]图13示出了可以替换组130和代替其使用的喷嘴组150。该组150与组130相同，只是喷嘴140不是均匀地分布在芯体4的周边上。例如，此处喷嘴140仅分别布置在在位于芯体4上方和下方的上平面和下平面中。
[0106]图14示出了能够替换组130和替换其使用的喷嘴组160。该组160与组130相同，只是喷嘴140仅与芯体4的截然相反的角度部分面对面地均匀地分布。通常，每个角度部分延伸超过10°或25°的范围。这两个角度部分由没有喷嘴的角度部分彼此隔开，这些部分每个都延伸超过10°或25°的范围。另外，在该实施方案中，提供致动器162用来使组160绕着平行于方向Z的轴164转动。此处，轴164与芯体4的轴一致。箭头K示出了喷嘴140绕芯体4转动的方向。组160使得磨料颗粒6能够以螺旋模式分布在芯体4的外周边上。
[0107]图15到18示出了磨料颗粒6的其他可能的实施方案。例如，图15示出了磨料颗粒170，其与颗粒6相同，只是以涂层172代替了涂层18。涂层172与涂层18相同，只是其被永久性磁化以在其表面上具有在垂直于其表面的方向上的0.1mT或ImT或更大、优选5mt或更大的永久性磁感应强度。当磨料颗粒170替换磨料颗粒6和代替其使用时，可以省略磁化装置26、44和114。之后颗粒170本身形成能够将该颗粒吸引到芯体4的磁感应源。前述关于颗粒170的表述还适用于磨料颗粒的以下其他实施方案。
[0108]图16示出了磨料颗粒176。颗粒176全部由比待切割的材料硬的铁磁性或亚铁磁性材料制成。表述“全部由……制成”应理解为指的是铁磁性或亚铁磁性材料占磨料颗粒的重量的超过90%，优选超过95%或97%。在该实施方案中，不必以涂层覆盖磨料颗粒。例如，所使用的铁磁性材料是CrO2，其比硅硬并且在高达大约80°C的居里温度下仍保持其磁性。
[0109]图17示出了由涂覆了形成磨料层的涂层184的磁芯182形成的磨料颗粒180。
[0110]最后，图18示出了由通过磁性材料194彼此结合的研磨材料碎片192形成的磨料颗粒190。例如，碎片是金刚石碎片，而将这些各种碎片结合到一起以形成颗粒190的材料为钴。
[0111]现在会参照图19的方法来描述设备2的操作。步骤200期间，芯体4通过电动机70从线轴上解绕。例如，芯体4以大于6m/分钟、优选大于1m/分钟、30m/分钟、40m/分钟或60m/分钟的速度解绕。移动芯体4的每个部分，然后使其连续地经历以下步骤。
[0112]任选地，步骤202期间，中心芯体4通过装置26、90、104或图21中示出的装置来永久性磁化。
[0113]然后，步骤204期间，磨料颗粒和黏结剂8沉积到芯体4上。在该实施方案中，磨料颗粒6和黏结剂的第一层10在容器34中通过电解同时沉积。为此，步骤204中，源28在电极40和芯体4的浸入部分之间施加电势差。同时，装置132与芯体4平行地驱动导管120内的镀液36，以沿着芯体4产生电解液的流动，其以等于速度V1的非零速度V2移动，在±5m/分钟范围内。装置132的操作还使镀液36经由喷嘴140被喷射到芯体4上。
[0114]任选地，并行地，步骤206期间，使存在于镀液36中的颗粒206经受外部磁场以将其吸引到芯体4。该步骤中，外部磁场可以由装置44产生。在该情况下，外部磁场使中心芯体44和磨料颗粒6两者都磁化。通常，如果不实施步骤202，则使用装置44。相反地，如果实施步骤202，则优选不使用装置44。
[0115]步骤206中，外部磁场还可以由装置114产生。除了装置26、90、104、44或300 (图21)以外或代替这些装置，可以使用装置114。
[0116]步骤206中，磨料颗粒通过磁吸引力被吸引向中心芯体并保持在中心芯体上。
[0117]因此，用于将磨料颗粒吸引向芯体4的磁感应的存在:
[0118]-使得磨料颗粒能够更快地沉积到芯体4上；和
[0119]-使得与芯体4移动通过镀液36有关的水力湍流更加难以使颗粒6从芯体4上脱离。
[0120]步骤208中，黏结剂的第二层12在镀液52中通过电解进行沉积。
[0121]最后，步骤210中，由此制造的线3缠绕到线轴68上。
[0122]图20示出了用于制造线3的方法的另一个可能的实施方案。该方法与图19中的方法相同，只是省略了步骤204，并且步骤202和206分别被步骤222和224替换。
[0123]步骤222中，磁化的磨料颗粒沉积到由磁性材料制成的中心芯体上。磨料颗粒之后被吸引到中心芯体并且保持在中心芯体4上。步骤222在芯体4浸入电解质镀液中之前执行。步骤222之后直接是步骤208。
[0124]步骤224中，施加外部磁场以将磨料颗粒保持在中心芯体上。该外部磁场例如利用装置44来施加但是不必移动磁体110。该步骤224可以与步骤222同时开始或恰好在步骤222之后开始。理想地，步骤224 —直持续直到磨料颗粒通过黏结剂附着到芯体4。例如，步骤224 —直持续直到步骤208结束。该生产线3的方式使得能够获得颗粒在芯体4的周边上的均匀分布。
[0125]图21示出了一种用于磁化中心芯体4的装置300。该装置300替换例如装置26、90或104。其使得能够磁化芯体4，以致在预设位置，芯体在其纵向方向上表现出南极和北极的交替。装置300包括将周期性电流传送到线圈302的发电机301。例如，发电机301在每个时刻h反转电流的方向。优选地，该时刻h是在时间上规律间隔开的。例如，两个连续时刻h之间，电流的大小保持不变。在两个连续时刻h之间由此获得的电流大小的平稳时期的持续时间例如是从一个平衡时期过渡到在电流方向改变之后的另一个平稳时期所需时间长度的两倍或十倍。
[0126]线圈302将电流变换为具有相同波形的磁场。该磁场集中到线圈302绕其缠绕的磁芯303内部。磁芯303形成包括空隙304的闭合磁路。主要磁通量穿过空隙，次级磁通量或泄漏磁通量围绕该空隙。该次级磁通量穿过空隙304的外部。图21中示出了该次级磁通量的场力线305。空隙304被放置在芯体4附近使得次级磁通量经由芯体4闭合。因此,芯体4不位于空隙内部。更确切地,次级磁通量的场力线在芯体4内部主要沿着芯体4的纵向方向延伸。
[0127]装置300的操作期间，芯体4仍然在平行于其纵向方向的相同方向上移动。装置300之后平行于芯体4的纵向方向在一个方向上施加磁场,然后在相反方向施加磁场，同时芯体4相对于装置300移动。
[0128]如现在会参照图22解释的，装置300使得能够交替地在一个方向和在相反的方向上使穿过次级磁通量的芯体4磁化。本 申请人:认为，通过以这种方式进行，在芯体4的表面上产生其中磁化方向均匀的磁畴或区域320、322。该磁畴320、322沿着芯体4的长度一个接一个地连续布置。两个紧接连续的磁畴320、322具有不同的并且通常相反的磁化方向。在这两个紧接连续的磁畴320、322之间因此有磁化方向上的间断。已经测量到，在这些间断的每个处都有从中心芯体径向地离开的“泄漏”磁场。因此，在这些间断的每个处，观察到感应峰。该“泄漏”磁场在一个方向上离开，然后在相反的方向离开，从而在芯体4的表面上产生了南极324个北极326的交替。图22中以箭头示出了这些南极324和北极326之间的几个场力线。此处，南极和北极形状是环形的，并且在芯体4的整个周边上延伸。
[0129]实际上，使用装置300已经被证明比使用装置104更有效地将磨料颗粒吸引到芯体4。
[0130]使用磁感应来将磨料颗粒6吸引到芯体4在由此制造的线3上留下了特征痕迹。这是因为使用磁感应引起磨料颗粒在中心芯体上的特殊组织，这在没有使用该磁感应的情况中并不存在。该特殊组织依赖于所使用的磁化装置。例如，如果磨料颗粒中的一些是长圆形的并且沿着长轴的长度更大，则已经观察到，当中心芯体或磨料颗粒通过装置，例如装置26、44、104或300和可能的114磁化时，长圆形颗粒的长轴趋于沿着中心芯体表面的法线对齐。通常，对于至少55%的长圆形颗粒，和通常对于超过80或90%的长圆形颗粒，它们的长轴和穿过该颗粒的中心芯体表面的法线之间的角度小于70°或45°或30°。换言之，长圆形颗粒的角指向芯体，而相反的角指向线的外部。这有利于对待切割的材料的侵蚀，这是因为长圆形颗粒的角从磨料线的外表面突出而不是从其侧面突出。为此，在某些实施方案中，至少10%、通常至少30%或50%到80%的磨料颗粒为长圆形颗粒。优选地，长圆形颗粒的长宽比大于1.5或2或4。此处长宽比定义为长圆形磨料颗粒沿着其最长轴的长度除以其宽度。颗粒的宽度沿着较小的轴测量。该较小的轴垂直于最长轴，并且在颗粒位于该长轴上的最远点之间将最长轴切为两半。在围绕180°的环形部分分布的大量可能的较小轴之中，用来测量宽度的较小轴是给出宽度的最小值的一个。
[0131]如果在中心芯体浸入电解质镀液中之前磨料颗粒通过磁化被吸引到中心芯体并保持在中心芯体上，则超过70%或85%的磨料颗粒与由此制造的磨料线中的中心芯体直接机械接触。当在没有施加磁感应的情况下使用镀液36沉积磨料颗粒时，无法获得这种磨料颗粒的组织。具体地，在后一种情况下，磨料颗粒的主要部分延迟地附着到中心芯体。延迟附着的颗粒之后处于比预先附着的颗粒距离中心芯体远。目前，仅有的用于在将磨料颗粒浸入电解质镀液之前有效地将磨料颗粒附着并保持在中心芯体上的方法显示为磁感应的施加。因此，上述磨料颗粒的布置的特征还在于在黏结剂的沉积之前使用磁化来将磨料颗粒吸引到中心芯体。如果在磨料颗粒通过磁化被吸引到中心芯体并保持在中心芯体上之前中心芯体已经涂覆有黏结层，则前述内容仍有效，只是70%到85%的磨料颗粒之后与黏结层直接接触，而不再与中心芯体机械接触。在中心芯体具有径向磁矩的情况下，磨料的密度在芯体4上产生的磁极附近可以更高。
[0132]另外，如果电解沉积期间施加了磁感应，则这也可以导致芯体4上黏结剂8的分子的特殊组织。特别地，在所用的芯体4表现出多个南极和北极的交替的情况下，该磁极的交替可以导致黏结剂8的这些分子的特殊组织中的相应交替。例如，特殊组织可以是黏结剂的晶体的取向。可以利用扫描电子显微镜和通过电子背散射衍射(EBSD)来测量该取向。
[0133]最后，如果芯体4或颗粒6在线3的制造期间永久性磁化，则当该线销售之前没有被故意消磁时，由此制造的线3的芯体或磨料颗粒会具有永久性磁化强度。但是，场力线趋于保持在黏结剂层中。因此，线3的可测量磁感应强度可能比涂覆黏结剂之前的芯体4的可测量磁感应强度小得多。例如，已经测量到，芯体4的表面处1.2mT的剩余磁感应强度在黏结剂8的层已经沉积之后在线3的表面处产生0.1mT的剩余磁感应强度。表面处的剩余磁感应强度例如是使用MAGSYS(多特蒙德，德国)的HGM09s高斯计以HGMT 02 45 035 O径向探针进行测量。优选地，测量在屏蔽周围磁场的腔内进行，并且考虑了地磁场，以能够测量非常微弱的磁场。
[0134]许多其他实施方案是可能的。例如，芯体4可以由一些相互缠绕的线形成。同样地，芯体4可以由除了钢以外的材料制成。例如，芯体4还可以由抗磁材料或顺磁材料制成。
[0135]磨料颗粒的涂层18不必是导电材料。
[0136]砂16可以由许多不同的研磨材料制成。例如，其可以由SiC、Si02、WC、Si3N4、氮化硼、CrO2或氧化铝制成。
[0137]黏结剂8还可以由除了金属之外的材料制成。例如，作为一个变化方案，黏结剂可以是树脂。
[0138]此处描述的各种磁化装置可以结合到一起。特别地，装置104可以与上述其他磁化装置中的任一个结合以使中心芯体的永久性轴向磁化与径向磁化相结合。
[0139]一些装置300可以围绕芯体4分布以提高围绕该芯体4的磁化强度的均匀性。
[0140]如参照图22描述的，装置104或能够在芯体4的纵向方向上磁化芯体4的任何装置可以调整以沿着线的长度产生南极和北极的交替。例如，芯体4的磁化方向上的这种交替可以通过在预定间隔处反转在装置104的线圈106中流动的直流电流的方向来获得。于是，沿着芯体4的长度获得了其方向在两个相反方向之间交替的纵向磁化强度。为了产生南极和北极的交替，还可以调整装置26使得电流源84有规律地反转该电流源使其流过线圈80的直流电流的方向。其他方法也可以用于在芯体4的纵向磁化中产生间断。例如，在另一个实施方案中，在芯体4的表面上产生机械间断，例如槽或肋状物。通常，槽的深度或肋状物的高度大于芯体4的直径的5%或10%或20%。本 申请人:已经测量到这些槽或肋状物还在芯体4的磁化中产生间断，并且因此在这些间断的位置中产生对应的磁感应峰。在后一个实施方案中，用于纵向磁化芯体4的磁场的方向可以是不变的。机械间断还可以采取除了槽或肋状物之外的形式。例如，可以通过在预定位置处局部插入到芯体中的杂质或类似物产生间断。
[0141]在此处并未保护的一个变化方案中，可以省略装置26。在这种情况下，中心芯体没有被永久性磁化。磨料颗粒之后通过装置44或通过磁化装置、例如装置114，或甚至通过磨料颗粒的永久性磁化被吸引到中心芯体。特别地，可以单独使用磁化装置44
[0142]在磁化装置、例如装置26和90中，可以以永磁体替代线圈。
[0143]作为简化的变化方案，装置44包括单磁场源。在这种情况下，该磁场源仅在中心芯体中产生磁矩，其方向仍然相同。于是可以省略致动器118。在后一种实施方案中，中心芯体之后优选地绕其自身转动以提高磨料颗粒在其周边上的分布的均匀性。
[0144]作为一个变化方案，装置44包括在方向F上一个接一个地布置的多个恒定磁场源。布置这些源的第一个和第二个以在芯体4中分别产生在方向Ml和M2上的磁矩。因此，当芯体4逐渐穿过镀液36时，芯体在其处于第一源的场力线中时首先表现出方向Ml上的磁矩，然后在其处于第二源的场力线中时表现出方向M2上的磁矩。
[0145]磁体112可以由随着时间变化的磁场源替代。特别地，一旦磨料颗粒已经固定到中心芯体上，源的磁场就可以关闭或调整。例如，源在其产生磁场的状态和其不产生磁场的状态之间有规律地交替。
[0146]当磁化装置为装置114时，中心芯体不必由磁性材料制成。例如，芯体4可以由钨制成。这是因为装置114使得磨料颗粒在该中心芯体浸入镀液36中时能够被吸引到由非磁性材料制成的中心芯体。
[0147]装置114产生的电流不必是直流的。作为一个变化方案，其随着时间变化。例如，每隔一定间隔，电流趋于零。
[0148]上述各种磁化装置可以仅间歇性地激活，以产生与中心芯体没有永久性磁化的部分交替的中心芯体永久性磁化的部分。这使得多个连续部分能够在线的长度方向上交替产生，每个部分都具有与紧接上游和紧接下游的相邻部分的磨料颗粒密度不同的磨料颗粒密度。例如，这使得能够交替地产生磨料颗粒密度是相邻部分的颗粒密度的至少十倍的部分。
[0149]如果在第一镀液36中沉积的黏结剂的层10足够厚以保持磨料颗粒充分附着到中心芯体，则可以省略为了沉积另外的黏结剂层穿入到电解质镀液52中。
[0150]在另一个变化方案中，层10和12并不是彼此紧接地沉积。例如，层10首先沉积到中心芯体的整个长度上，然后由此仅涂覆有层10的中心芯体缠绕在线轴上，然后输送到另一个电解质镀液。然后，层12通过另一个机械沉积到中心芯体的整个长度上。因此，层10的沉积和层12的沉积可以以不同的速度进行。
[0151]在另一个实施方案中，沉积磨料颗粒和黏结剂的步骤各自重复多次以获得围绕中心芯体4的同轴层的堆叠，每个层都由磨料颗粒和黏结剂形成。由此获得的多层线更耐磨损。
[0152]用于在镀液36中产生电解质流的装置可以利用包括制造来绕着轴转动的桨叶的推进器来制造。这些桨叶每个通常都具有大于Icm2的面积。优选地，将推进器放置在返回导管或导管中。
[0153]在简化的实施方案中，省略喷嘴140。在这种情况下，仅使镀液36以与中心芯体相同的速度流动。
[0154]在另一个实施方案中，每个喷嘴140都由长至少是宽两倍的管形成。这使得能够改进镀液36喷射流的指向。喷嘴可以定向为使得喷射流还具有X方向上的非零速度分量。例如，喷嘴可以以大于95°或小于85°的角度向线圈的方向倾斜。利用X方向上的分量定向喷嘴防止恰好在喷嘴处的颗粒的速度形成梯度，并使得能够将颗粒分布在线圈4浸入镀液中的部分的整个长度上。
[0155]在一个简化的实施方案中，省略了用于使镀液36以与中心芯体4相同的速度流动的装置132。
[0156]黏结剂可以通过除了电解之外的其他方法沉积到中心芯体上。例如，以无电化学沉积、例如无电镀镍来替换电解。例如，为此使用较小的分子，例如次磷酸钠(Na(H2PO2))。
[0157]当通过除了电解的其他方法沉积黏结剂时，黏结剂可以由绝缘材料、例如绝缘树脂制成。
[0158]磨料颗粒还可以在电解质镀液外部沉积。例如，中心芯体被永久性磁化，然后磨料颗粒在中心芯体浸入电解质镀液中之前被喷射到中心芯体上。然后，磨料颗粒通过磁化被保留在中心芯体上。然后，由此涂覆的中心芯体被浸入电解质镀液中。在这种情况下，电解质镀液不必包含磨料颗粒。
[0159]之前的描述还适用于中心芯体在其浸入电解质镀液中时不发生移动的情况。例如，中心芯体可以是闭合的环。在这种情况下，整个环同时浸入镀液中。然后，中心芯体在电解质镀液中保持不动。
[0160]最后，多个线可以并行制造。在这种情况下，多个中心芯体同时并行地浸入上述电解质镀液中，并且每个芯体都平行于其他芯体移动。这尤其使得能够减少制造线所需的机器的数量。
【权利要求】
1.一种用于制造由通过黏结剂保持在中心芯体上的磨料颗粒形成的磨料线的方法，该方法包括: 幻将磁性磨料颗粒沉积(204 ^222)到所述中心芯体上，每个磁性磨料颗粒都包含相对磁导率大于50的磁性材料，所述磁性材料占所述磁性磨料颗粒的体积的至少1%，在步骤&)期间在所述中心芯体和所述磨料颗粒之间产生磁相互作用，以将所述磨料颗粒吸引到所述中心芯体；和 幻将所述黏结剂沉积(201208 408)到所述中心芯体上以保持所述磨料颗粒附着到所述中心芯体， 其特征在于，在步骤4之前，所述中心芯体在其表面上具有沿着其周边和/或沿着其长度交替分布的至少两个南极和两个北极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤4之前，所述中心芯体在其表面上的每个南极和每个北极处都具有在所述中心芯体的径向方向上的大于0.11111、优选大于0.41111的永久性磁感应强度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤4之前，所述中心芯体具有在±10。范围内平行于芯体的纵向方向的至少101的永久性磁感应强度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法包括: -在步骤4之前，施加(202)第一外部磁场以磁化所述中心芯体，由此磁化的所述中心芯体具有与所述纵向方向对齐的第一磁矩，然后 -还是在步骤4之前，施加(202)第二外部磁场以磁化所述中心芯体，由此磁化的所述中心芯体此时具有平行于所述第一磁矩但是方向相反的第二磁矩。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤4和4的第一次重复之后重复所述步骤4和幻至少第二次。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤4期间，所述方法包括: -将所述中心芯体沿其纵向方向移动(20(^204)到包含所述黏结剂的离子的电解质镀液内；和 -在移动的芯体和工作电极之间施加(204)电势差以通过所述黏结剂的电解引起在所述中心芯体上的沉积。
7.一种用于制造由通过黏结剂保持在中心芯体上的磨料颗粒形成的磨料线的设备，该设备包括: -用于将磁性磨料颗粒沉积到所述中心芯体上的单元(28,34,36,40),每个磁性磨料颗粒都包含其相对磁导率大于50的磁性材料，所述磁性材料占所述磁性磨料颗粒的体积的至少1% ；和 -用于将所述黏结剂沉积到所述中心芯体上以保持所述磨料颗粒附着到所述中心芯体的单元(28,34,36,40,50,52,56,54), 其特征在于，所述设备包括装置(90:300),所述装置(90:300)能够磁化所述中心芯体，使得所述中心芯体在进入用于沉积磨料颗粒的单元之前在其表面上同时具有至少两个南极和两个北极，所述至少两个南极和两个北极沿着所述中心芯体的周边和/或沿着其长度交替分布以在所述磁性磨料颗粒沉积到所述中心芯体上期间将所述磁性磨料颗粒吸引到所述中心芯体。
8.—种磨料线,包括: -中心芯体⑷； -通过黏结剂(8)保持在所述中心芯体上的磁性磨料颗粒(6 ；170 ；176 ；180:190),其特征在于，所述中心芯体在其表面上具有沿着其周边或沿着其长度交替并以预定间隔分布的至少两个南极和两个北极。
9.根据权利要求8所述的线，其中所述中心芯体(4)具有大于501的剩余磁化强度。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的线，其中所述磁性磨料颗粒的至少10%是长圆形的，并且沿着长轴的长度较长，而且对于这些长圆形磁性磨料颗粒的80%，在所述磁性磨料颗粒的所述长轴与穿过该颗粒的所述中心芯体表面的法线之间的角度为0。到70。。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的线，其中对于所述磁性磨料颗粒的85%，在所述磁性磨料颗粒与所述中心芯体的表面之间的最短距离等于在±1 4 III范围内的常数。
【文档编号】B24B27/06GK104321471SQ201380018639
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2012年4月2日
【发明者】杰拉尔德·桑切斯, 麦克·利, 索菲·瑞乌拉尔, 阿诺德·格里福德 申请人:原子能和替代能源委员会, 瑟莫康柏克特公司, 法国国家科学研究中心