一种浸焊金刚线及其制造方法与流程

本发明涉及硅晶体、宝石等硬脆材料的切割和加工，以及磨料、磨具等技术领域，具体是一种浸焊金刚线及其制造方法。

背景技术：

金刚线是将金刚石磨粒通过一定工艺固结于钢线表面制成的一种锯切工具，多面体状的金刚石磨粒被固结在钢线表面后，在金刚石磨粒的保护下，钢线不直接与工件接触，不易损伤，可大大提高钢线的使用寿命、切割效率和精度。目前光伏行业主流的金刚线主要有电镀金刚线和树脂金刚线。电镀金刚线在生产过程中，为了提高镀层对金刚石磨料的把持力，镀层厚度通常要达到磨料粒径的2/3左右，因此金刚线的电镀时间长，生产效率低，另外上砂速度慢，金刚石磨粒容易团聚，工艺较为复杂，环境污染较大。在树脂金刚线的制造过程中，首先将金刚石磨粒、树脂、溶剂以一定的比例混合均匀配成浆料，使表面涂有浆料的钢线以一定速度通过模具和固化炉，从而得到成品金刚线，其中模具上的标准孔限定金刚线的直径，固化炉的作用是烘干附着在钢线上的浆料。但涂有浆料的钢线通过模具上的标准孔时，标准孔对涂在钢线表面的浆料起到一个刮擦的作用，此刮擦作用产生的力使金刚石磨粒以“倒伏”的状态附着在钢线的表面，即在刮擦力的作用下，多面体状的金刚石磨粒裸露在浆料表面的部分为平面部分，而不是棱角部分，即附图1所示状态。呈倒伏状态的金刚石磨粒无法对被切割物施加较强的切割力，从而大大影响了金刚线的切割效率。而且刮擦作用易造成金刚石磨粒分布不均，产生团聚现象，金刚线的切割稳定性差。采用现有的金刚线切割硅片，所需时间长，效率很低，不能满足生产需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种浸焊金刚线及其制造方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种浸焊金刚线，包括金属芯线、焊料层和金刚石磨粒，所述焊料层裹覆在金属芯线的外表面，所述金刚石磨粒的部分体身嵌于所述焊料层内，所述金刚石磨粒露出所述焊料层的部分具有棱角结构，棱角结构的尖端沿金刚线径向朝外设置。

本发明相较于现有技术，采用焊料层来附着金刚石磨粒，制造工艺简单，生产成本低，降低环境污染，金刚石磨粒分布均匀且外露部分为棱角结构，切割过程中不易脱落，使用寿命长，切割效率高。

进一步地，所述金刚石磨粒外露出焊料层的外露部分和金刚石磨粒内嵌于焊料层的内嵌部分的长度比为1/3-2/3。

采用上述优选的方案，确保金刚石磨粒能稳定附着，不易脱落，提高切割稳定性。

进一步地，所述金属芯线的线径为30-150μm。

进一步地，所述金属芯线为钢线、铜线或合金线。

进一步地，所述金属芯线的横截面为圆形、方形或三角形。

进一步地，所述金刚石磨粒材质为金刚石或者为碳化硼、氮化硼人造金刚石材料。

进一步地，所述金刚石磨粒的粒度为6-30μm。

采用上述优选的方案，金刚石磨粒具有稳定的棱角结构，提高金刚线的切割性能。

进一步地，所述焊料层材质为锡基、铜基、锰基、镍基、钛基焊料中一种或多种。

进一步地，所述金属芯线的外周设有沿长度方向螺旋延伸的第一螺旋凹槽，所述焊料层的外表面设有与第一螺旋凹槽位置匹配的第二螺旋凹槽。

采用上述优选的方案，第一螺旋凹槽既提高了焊料层的附着能力，又能确保焊料附着后在焊料层上形成第二螺旋凹槽，第二螺旋凹槽便于切割过程中及时排屑，提高切割效率。

进一步地，所述金属芯线为七根金属细丝围成的绞线，其中一根金属细丝处于中心，其他六根金属细丝螺旋状绕制在中心金属细丝的外周。

采用上述优选的方案，采用绞线结构能提高金属芯线的强度，减少断线率，同时也能提高焊料层和金刚石磨粒的附着能力，提高耐磨性能。

浸焊金刚线的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，焊料配制：先往焊料容器中加入固体焊料，使其完全熔化；

步骤2，加入金刚石磨粒，使金刚石磨粒均匀分散在焊料中；

步骤3，金属芯线的清洗：通过清洗设备，去除金属芯线的表面氧化物、油渍等污物；

步骤4，助焊剂的涂布：使金属芯线穿过盛有助焊剂的容器；

步骤5，将金属芯线进入焊料容器，使金属芯线表面涂覆一层焊料；

步骤6，通过风刀对金属芯线表面焊料产生吹风，金刚石磨粒的棱角凸出焊料表面，经快速冷却后，形成金刚线；

步骤7，通过收线系统收线。

采用上述优选的方案，制造工艺简单，生产成本低，降低环境污染；风刀工艺确保了金刚石磨粒分布均匀且外露部分为棱角结构，焊料能增加其与金属芯线以及金刚石磨粒之间的附着力，切割过程中不易脱落，使用寿命长，切割效率高。

进一步地，浸焊金刚线制造过程中，焊料容器的温度为200-600℃；金属芯线的线速度为5-200m/min；风刀的气压为0.1-7mpa。

采用上述优选的方案，风刀合理的气压确保金刚石磨粒合适的出刃高度，出刃高度为6-9μm，同时风刀出风便于焊料固结，提高出线效率。

进一步地，金刚石磨粒与焊料的质量配比为：金刚石磨粒，1-10％；焊料，90-99％。

采用上述优选的方案，便于形成稳定的金刚石磨粒出刃率和附着性，出刃率为50-500颗/mm。

进一步地，步骤6还包括步骤61，金刚线表面特性检测：在金刚线成形后，通过视觉颗粒在线检测仪，采集金刚线表面图像，得到金刚石磨粒的出刃率和出刃高度数据。

进一步地，步骤6还包括步骤62，出刃率调整：当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃率小于设定范围下限值时，以初始的金刚石磨粒与焊料配比为依据往焊料容器中添加金刚石磨粒；当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃率大于设定范围上限值时，以初始的金刚石磨粒与焊料配比为依据往焊料容器中添加焊料。

进一步地，步骤6还包括步骤63，出刃高度调整：当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃高度低于设定范围下限值时，将风刀的气压调高；当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃高度高于设定范围上限值时，将风刀的气压调低。

采用上述优选的方案，便于形成稳定的金刚石磨粒出刃率和出刃高度，确保金刚线质量保持稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术树脂金刚线的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图4是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图5是本发明一种实施方式的制造流程图；

图6是本发明另一种实施方式的制造流程图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

1-金属芯线；2-焊料层；3-金刚石磨粒；11-第一螺旋凹槽；12-金属细丝；21-第二螺旋凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了达到本发明的目的，如图2所示，本发明的一种实施方式为：一种浸焊金刚线，包括金属芯线1、焊料层2和金刚石磨粒3，焊料层2裹覆在金属芯线1的外表面，金刚石磨粒3的部分体身嵌于焊料层2内，金刚石磨粒3露出焊料层2的部分具有棱角结构，棱角结构的尖端沿金刚线径向朝外设置。

本发明的有益效果是：采用焊料层2来附着金刚石磨粒3，制造工艺简单，生产成本低，降低环境污染，金刚石磨粒分布均匀且外露部分为棱角结构，切割过程中不易脱落，使用寿命长，切割效率高。

在本发明的另一些实施方式中，金刚石磨粒3外露出焊料层2的外露部分和金刚石磨粒3内嵌于焊料层2的内嵌部分的长度比为1/3-2/3。采用上述技术方案的有益效果是：确保金刚石磨粒能稳定附着，不易脱落，提高切割稳定性。

在本发明的另一些实施方式中，金属芯线1的线径为30-150μm；金属芯线1为钢线、铜线或合金线；金属芯线1的横截面为圆形、方形或三角形；金刚石磨粒3材质为金刚石或者为碳化硼、氮化硼人造金刚石材料；金刚石磨粒3的粒度为6-30μm；单颗金刚石磨粒3成三棱体、正方体或六棱体。采用上述技术方案的有益效果是：金刚石磨粒具有稳定的棱角结构，提高金刚线的切割性能。

如图3所示，在本发明的另一些实施方式中，焊料层2材质为锡基、铜基、锰基、镍基、钛基焊料中一种或多种；金属芯线1的外周设有沿长度方向螺旋延伸的第一螺旋凹槽11，焊料层2的外表面设有与第一螺旋凹槽11位置匹配的第二螺旋凹槽21。只需要在金属芯线上制造第一螺旋凹槽11，涂覆焊料后在风刀的吹力下会自然形成第二螺旋凹槽21。采用上述技术方案的有益效果是：第一螺旋凹槽11既提高了焊料层的附着能力，又能确保焊料附着后在焊料层2上形成第二螺旋凹槽21，第二螺旋凹槽21便于切割过程中及时排屑，提高切割效率。

如图4所示，在本发明的另一些实施方式中，金属芯线1为七根金属细丝12围成的绞线，其中一根金属细丝处于中心，其他六根金属细丝螺旋状绕制在中心金属细丝的外周。采用上述技术方案的有益效果是：采用绞线结构能提高金属芯线的强度，减少断线率，同时也能提高焊料层和金刚石磨粒的附着能力，提高耐磨性能。

如图5所示，浸焊金刚线的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，焊料配制：先往焊料容器中加入固体焊料，使其完全熔化；

步骤2，加入金刚石磨粒，使金刚石磨粒均匀分散在焊料中；

步骤3，金属芯线的清洗：通过清洗设备，去除金属芯线的表面氧化物、油渍等污物；

步骤4，助焊剂的涂布：使金属芯线穿过盛有助焊剂的容器；

步骤5，将金属芯线进入焊料容器，使金属芯线表面涂覆一层焊料；

步骤6，通过风刀对金属芯线表面焊料产生吹风，金刚石磨粒的棱角凸出焊料表面，经快速冷却后，形成金刚线；

步骤7，通过收线系统收线。

采用上述技术方案的有益效果是：制造工艺简单，生产成本低，降低环境污染；风刀工艺确保了金刚石磨粒分布均匀且外露部分为棱角结构，焊料能增加其与金属芯线以及金刚石磨粒之间的附着力，切割过程中不易脱落，使用寿命长，切割效率高。

在本发明的另一些实施方式中，浸焊金刚线制造过程中，焊料容器的温度为200-600℃；金属芯线的线速度为5-200m/min；风刀的气压为0.1-7mpa。采用上述技术方案的有益效果是：风刀合理的气压确保金刚石磨粒合适的出刃高度，出刃高度为6-9μm，出刃高度是指金刚线上金刚石出露最高点到金刚线焊料层的距离；同时风刀出风便于焊料固结，提高出线效率。

在本发明的另一些实施方式中，金刚石磨粒与焊料的质量配比为：金刚石磨粒，1-10％；焊料，90-99％。采用上述技术方案的有益效果是便于形成稳定的金刚石磨粒出刃率，出刃率为50-500颗/mm，出刃率是指金刚线在每毫米长度内线圆周所有的出刃金刚石数量总和。

以下是采用85μm的金属芯线，进线线速度为30m/min，金刚石磨粒的粒度为20μm，金刚石磨粒的质量占比为6％，风刀的气压为0.3mpa，制造而成的金刚线的特性表：

从上表可以看出本发明金刚线的出刃高度和切割效率有明显提高。

如图6所示，在本发明的另一些实施方式中，步骤6还包括步骤61，金刚线表面特性检测：在金刚线成形后，通过视觉颗粒在线检测仪，采集金刚线表面图像，得到金刚石磨粒的出刃率和出刃高度数据。视觉颗粒在线检测仪具体可采用金刚石线锯分析仪。

步骤6还包括步骤62，出刃率调整：在批量制造生产前，通过实验得到金刚石磨粒与焊料配比范围内，各配比值与金刚线出刃率的对应关系数据。在进行批量生产中出刃率调整时，当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃率小于设定范围下限值时，以初始的金刚石磨粒与焊料配比为依据，计算出刃率差值所对应的金刚石磨粒所需补给量，往焊料容器中添加相应质量的金刚石磨粒；当视觉颗粒在线检测仪检测的金刚石磨粒的出刃率大于设定范围上限值时，以初始的金刚石磨粒与焊料配比为依据，计算出刃率差值所对应的焊料所需补给量，往焊料容器中添加相应质量的焊料。

步骤6还包括步骤63，出刃高度调整：当视觉颗粒在线检测仪检测的出刃高度低于设定范围下限值时，将风刀的气压调高；当视觉颗粒在线检测仪检测的出刃高度高于设定范围上限值时，将风刀的气压调低。采用上述技术方案的有益效果是：便于形成稳定的金刚石磨粒出刃率和出刃高度，确保金刚线质量保持稳定。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。