一种自组装金刚石线锯切割材料及其制备方法与流程

本发明属于金刚石线锯生产领域，尤其是涉及一种自组装金刚石线锯切割材料及其制备方法。

背景技术

金刚石线锯是最有前景的硬脆材料切割技术的重要手段之一，特别是贵重的硬脆晶体材料，如晶体硅、蓝宝石、光学玻璃等。最初的内、外圆切割技术难以保证锯切的直线度，并且切缝较宽，无法实现曲线切割；游离磨料线锯切割过程中磨料垂直于工件表面，加工时容易产生裂痕，对硅片强度造成损害，且线锯使用寿命短，工作环境差。金刚石线锯技术具有线径小、加工精度好、切片厚度均匀、表面质量好、面型精度高、切割效率和成材率高等优点，综合性能突出，同时金刚石磨粒对基体磨损小，能够大幅提高切片的耐用性和使用寿命。

现有技术中的金刚石线锯一般采用电镀的方法在金属丝上沉积一层金属(一般为镍和镍钴合金)，并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。金属镀层是结合剂，金刚石微粉用于切割加工。采用此工艺制备而成的金刚石线锯在使用前需要经过开刃处理后才可使用且金刚石微粉容易脱落，处理工艺复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种自组装金刚石线锯切割材料及其制备方法，该制备方法为保持长期稳定的上砂制线方法，提高金刚石线单位面积上的金刚石微粒数量和均匀性，提高金刚石磨粒的出刃高度和出刃率，进而提高金刚石线锯对硬脆材料的切割效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自组装金刚石线锯切割材料，由依次层叠包覆于钢丝母线外的吸附固化层、镀镍层和金刚石微粉组成，所述金刚石微粉中的金刚石颗粒的底部部分嵌入吸附固化层中，且金刚石颗粒的基底被镀镍层包裹。

进一步的，所述钢丝母线的直径为40-150μm，吸附固化层的厚度为大于0且小于0.4μm，镀镍层的厚度为2-12μm，金刚石微粉的粒径为6-16μm，其中的金刚石颗粒为多面体。

进一步的，所述吸附固化层由钢丝母线一次或多次先后浸润于混合溶液a和混合溶液b后形成，所述的混合溶液a中包括正电吸附剂和无机盐，其中正电吸附剂的浓度为5-15g/l，无机盐的浓度为0.005-1mol/l；所述混合溶液b中包括负电吸附剂、固化剂和无机盐，其中负电吸附剂的浓度为5-50g/l，固化剂的浓度为10-50g/l，无机盐的浓度为0.005-1mol/l。

进一步的，所述混合溶液a中还包括固化剂，所述混合溶液a中固化剂的浓度为5-50g/l。

优选地，所述正电吸附剂包括聚乙烯亚胺，聚乙烯吡啶，聚磷酸盐、聚硅酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中一种或两种以上的混合物。

优选地，所述负电吸附剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中一种或两种以上的混合物。

优选地，所述固化剂包括三乙烯四胺、n-羟甲基丙烯酰胺、多异氰酸酯、聚碳化二亚胺中一种或两种以上的混合物。

优选地，所述无机盐包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中一种或两种以上的混合物。

本发明的另一目的在于提出一种自组装金刚石线锯切割材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：先配制除油粉溶液，并在除油粉溶液中安装极板或极辊，使钢丝母线在除油粉溶液中与极板或极辊形成正负极回路，回路数量不限，剥离钢丝母线表面的杂质后水洗；

步骤2：将正电吸附剂和无机盐混合搅拌均匀，并至完全溶解后配制成混合溶液a；

步骤3：将负电吸附剂、固化剂和无机盐混合搅拌均匀，并至完全溶解后配制成混合溶液b；

步骤4：将金刚石微粉加入至混合溶液b中，其中金刚石微粉的添加量为每升混合溶液b添加10-25g，进行充分稀释，稀释液为水，充分搅拌分散，循环冲击；

步骤5：将步骤1经过水洗的钢丝母线一次或多次先后通过混合溶液a后再通过混合溶液b，并经过充分润湿、吸附，使混合溶液a和混合溶液b逐次形成于钢丝母线表面上；

步骤6：将步骤5处理后的金刚石线进行高温固结，通过高温段的高温区间温度为140℃-250℃；

步骤7：钢丝母线经过步骤6后进行镀镍、固化、逆流水洗，最后卷绕成型。

高温固结的目的，其一、使溶剂充分挥发，其二、使负电吸附剂产生流变，高度固化金刚石微粒。

进一步的，所述步骤1中使用的除油粉溶液的浓度为100-200g/l，其中的除油粉包括焦磷酸钠、椰子油二乙醇胺、二乙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚、聚醚改性有机硅、三乙醇胺油酸皂、烷基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚烷基酚、脂肪酸二乙醇胺、直链烷基苯磺酸盐、链烯基磺酸盐、烷基硫酸盐、磷酸酯中一种或多种的混合物。

进一步的，所述步骤2中的混合溶液a中还包括固化剂，步骤6中的高温段的高温区间温度为160℃-250℃。

进一步的，所述步骤5中钢丝母线在混合溶液a中通过的时间为5-20s，在混合溶液b中的通过的时间为5-20s。

相对于现有技术，本发明所述的自组装金刚石线锯切割材料及其制备方法具有以下优势：

(1)本发明所述的自组装金刚石线锯切割材料，其一、吸附固化层均匀的浸润在钢丝表面对金刚石微粉具有良好的吸附性，从而大幅提高了单位面积钢丝表面的上砂量和上砂稳定性；其二、金刚石颗粒紧密排列在钢丝表面，排列紧密均匀，减少了上砂镀镍过程中团聚现象，能够有效减少硬脆材料切割时崩脆情况的发生；其三、无需开刃处理，钢丝表面金刚石颗粒出刃高度均匀，出刃率高，金刚石线线径小且均匀；

(2)本发明所述的自组装金刚石线锯切割材料的制备方法，其一、在吸附剂作用下，金刚石微米颗粒紧密排列在钢丝表面，排列紧密均匀，整体覆盖率可达到95％以上；其二、无需开刃处理，钢丝表面金刚石颗粒出刃高度和出刃率高；其三采用裸砂直接上砂，无需采用镀镍砂，大幅降低生产成本。

附图说明

图1为本发明所述的自组装金刚石线锯切割材料的结构图；

图2为本发明所述的自组装金刚石线锯切割材料的表面扫描电镜图。

附图标记说明：

1、金刚石颗粒；2、镀镍层；3、吸附固化层；4、钢丝母线。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

实施例1

配置除油粉溶液，包含120g/l表面活性剂(三乙醇胺油酸皂、磷酸酯的重量比为3:1的混合液)，除油粉溶液中安装金属极辊，给予极辊正电、负电。配置混合溶液a，使其包含5g/l的正电吸附剂(聚乙烯吡啶和聚乙烯亚胺体积比为2:1的混合液)，10g/l的三乙烯四胺，0.08mol/l的无机盐(氯化钠和硫酸钠质量比1:1)；配置混合溶液b，使其包含5g/l的负电吸附剂(聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸体积比为3:1的混合液)，10g/l的三乙烯四胺，0.08mol/l的无机盐(氯化钠和硫酸钠质量比1:1)。加入的10-15μm金刚石微粉至混合液b中，金刚石微粉含量为12g/l，进行充分稀释，充分搅拌分散，循环冲击。直径为80μm钢丝经过除油溶液后，经水洗后，经过混合溶液a，经过时间15秒钟，再经过混合溶液b，经过时间15秒钟。进入烘干箱体，烘干温度为150℃，直接进入预镀镍、镀镍、固化、逆流水洗，最后卷绕成型。

经扫描电子显微镜观察，钢丝表面镀镍厚度为5μm，钢丝表面单位长度(mm)金刚石颗粒平均数量为186，金刚石颗粒平均出刃高度7.1μm，钢丝破断力为22.3n。经测试，金刚石线锯切割线的破断力、出刃率明显升高，无颗粒团聚现象产生。

实施例2

配置除油粉溶液，包含100g/l表面活性剂(椰子油二乙醇胺、聚醚改性有机硅的重量比为1:1的混合液)，除油粉溶液中安装金属极板，给予极板正电、负电，进行钢丝表面杂质剥离。配置混合溶液a，使其包含4g/l的正电吸附剂(聚硅酸盐)，12g/l的三乙烯四胺，0.04mol/l的无机盐(氯化锂)；配置混合液b，使其包含4g/l的负电吸附剂(聚甲基丙烯酸)，5g/l的聚碳化二亚胺，0.1mol/l的无机盐(氯化铵)。加入的6-12μm金刚石微粉至混合溶液b中，金刚石微粉含量为15g/l，进行充分稀释，充分搅拌分散，循环冲击。直径为60μm钢丝经过除油溶液后，经水洗后，经过混合溶液a，经过时间10秒钟，再经过混合溶液b，经过时间15秒钟。进入烘干箱体，烘干温度为160℃，直接进入预镀镍、镀镍、固化、逆流水洗，最后卷绕成型。

经扫描电子显微镜观察，钢丝表面镀镍厚度为4μm，钢丝表面单位长度(mm)金刚石颗粒平均数量为166，金刚石颗粒平均出刃高度5.3μm，钢丝破断力为17.1n。经测试，金刚石线锯切割线的破断力、出刃率明显升高，无颗粒团聚现象产生。

实施例3

配置除油粉溶液，包含150g/l表面活性剂(焦磷酸钠、椰子油二乙醇胺、聚醚改性有机硅、磷酸酯的重量比为2:1:1:1的混合液)，除油粉溶液中安装金属极板，给予极板正电、负电，若干正负极板交叉排列于除油粉溶液中，钢丝进行表面杂质剥离。配置混合溶液a，使其包含4g/l的正电吸附剂(聚二烯丙基二甲基氯化铵)，15g/l的n-羟甲基丙烯酰胺，0.05mol/l的无机盐(氯化钾:碳酸钠质量比为1:1)；配置混合液b，使其包含3g/l的负电吸附剂(聚乙烯吡咯烷酮)，5g/l的聚碳化二亚胺，0.1mol/l的无机盐(硫酸钠)。加入的9-14μm金刚石微粉至混合溶液b中，金刚石微粉含量为10g/l，进行充分稀释，充分搅拌分散，循环冲击。直径为75μm钢丝经过除油溶液后，水洗，经过混合溶液a，经过时间10秒钟，再经过混合溶液b，经过时间3秒钟。进入烘干箱体，烘干温度为250℃，直接进入预镀镍、镀镍、固化、逆流水洗，最后卷绕成型。

经扫描电子显微镜观察，钢丝表面镀镍厚度为5μm，钢丝表面单位长度(mm)金刚石微粉颗粒平均数量为214，金刚石颗粒平均出刃高度6.8μm，钢丝破断力为17.9n。经测试，金刚石线锯切割线的破断力、出刃率明显升高，无颗粒团聚现象产生。

实施例4

配置除油粉溶液，包含165g/l表面活性剂(椰子油二乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、磷酸酯的重量比为2:3:1的混合液)，除油粉溶液中安装金属极板，给予极板正电、负电，若干正负极板交叉排列于除油粉溶液中，钢丝进行表面杂质剥离。配置混合溶液a，使其包含12g/l的正电吸附剂(聚二烯丙基二甲基氯化铵)，0.3mol/l的无机盐(氯化锂：硝酸钾质量比为1:1)；配置混合溶液b，使其包含35g/l的负电吸附剂(聚乙烯磷酸)，20g/l的聚碳化二亚胺，0.1mol/l的无机盐(硝酸钠)。加入的9-14μm金刚石微粉至混合溶液b中，金刚石微粉含量为22g/l，进行充分稀释，充分搅拌分散，循环冲击。直径为75μm钢丝经过除油溶液后，水洗，经过混合溶液a，经过时间10秒钟，再经过混合溶液b，经过时间12秒钟。进入烘干箱体，烘干温度为200℃，直接进入预镀镍、镀镍、固化、逆流水洗，最后卷绕成型。

经扫描电子显微镜观察，钢丝表面镀镍厚度为10μm，钢丝表面单位长度(mm)金刚石微粉颗粒平均数量为286，金刚石颗粒平均出刃高度7μm，钢丝破断力为19.6n。经测试，金刚石线锯切割线的破断力、出刃率明显升高，无颗粒团聚现象产生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。