一种用碳化硼刃料切割蓝宝石的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于宝石切割技术领域，特别涉及一种用碳化硼刃料切割蓝宝石的方法。
【背景技术】
[0002] 蓝宝石单晶具有高硬度(莫氏硬度9.0 )、高熔沸点、稳定的化学性能、良好的电绝 缘性、优异的光学性能及机械性能等优异特性，被广泛应用于光电子信息、航空航天、国防 军工、半导体照明以及手机领域等。尤其是近年来LED照明的普及以及蓝宝石在手机等领域 的应用，都促使蓝宝石的需求量大增。
[0003] 但是蓝宝石晶片不论是应用于LED照明或手机领域等，首先需要将蓝宝石晶体棒 或者铸锭进行开方后再切割成蓝宝石晶片。目前蓝宝石的切片普遍采用金刚线切割工艺， 即利用电镀或树脂粘结的方法将金刚石切割刃料附着在钢线表面，将金刚线直接作用于晶 棒表面产生磨削，达到切割的效果。但以金刚石作为切割刃料存在以下缺陷：（1)金刚石价 格昂贵且产量低，大大增加了蓝宝石的切割成本；（2)金刚石硬度过高，在切割过程中容易 造成蓝宝石崩边、破裂等现象，降低了蓝宝石的成片率；（3)由于金刚石硬度高，还会造成蓝 宝石切割面粗糙、线痕不良，增加了后续研磨工序的难度。
[0004] 专利号CN101870084A公开的发明《一种蓝宝石晶片切割的方法》中采用游离磨料 切割方法，所述切割线采用金属线，磨料采用金刚石微粉。在专利号CN103252848A公开的发 明《一种切割蓝宝石的方法》中，采用复合电镀方式，将金刚石微粉镀覆于直径0.14~ 0.16_的金属线材上，得到直径为0.2~0.22mm的金刚线锯;采用所述金刚线锯，利用切割 机切割蓝宝石，得到厚度为0.52~0.56_的蓝宝石衬底。在以上两个发明中，均是采用金刚 石微粉作为蓝宝石的切割刃料，虽然切割速率高，但均存在着以下缺点：切割成本较高、成 片率稍低及切割面平整度不高等。
[0005] 碳化硼具有硬度高、耐磨性好、密度低（2.52g/cm3)及熔点高（2450°C)等优异特 性，被广泛应用于机械研磨、耐火材料、工程陶瓷、核工业和军事等领域。碳化硼莫氏硬度为 9.36,略低于金刚石(金刚石的莫氏硬度为10)，但高于蓝宝石(莫氏硬度9.0)，所以可作为 蓝宝石的切割刃料。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对目前生产中金刚石切割蓝宝石工艺的不足之处，提出一种用 碳化硼刃料切割蓝宝石的方法。该方法以优质的碳化硼替代金刚石作为蓝宝石的新型切割 刃料，将碳化硼切割刃料以电镀或树脂粘结的方式附着在钢线上制成碳化硼线锯对蓝宝石 进行切割，或者将碳化硼切割刃料配以切割液制备成切割砂浆，用高速运动的钢线带动碳 化硼砂浆来切割蓝宝石。
[0007] -种用碳化硼刃料切割蓝宝石的方法，是将碳化硼固定在钢线上作为线锯对蓝宝 石进行切割或以钢线带动碳化硼砂浆对蓝宝石进行切割。
[0008] 上述的切割蓝宝石方法，当通过将碳化硼固定在钢线上作为线锯对蓝宝石进行切 割时，具体包括如下步骤：
[0009] 1)采用电镀或树脂粘结的方式将粒径为30~40μπι的碳化硼附着于钢线上，得到直 径为0.14~0.45mm的碳化硼线锯；
[0010] 2)将蓝宝石原料安装在切割机的工作台上，将碳化硼线锯绕于切割机的导轮上， 将冷却液置于切割机的液槽内；
[0011] 3)开启切割机，通过导轮转动带动碳化硼线锯高速运动，同时将液槽内的冷却液 落入碳化硼线锯上并附着于碳化硼线锯，将蓝宝石原料切割成晶片；
[0012] 其中，切割机的线张力为30~38N，线速度为700~1200m/min，切割速度为0.2~ 0 · 5mm/min，冷却液流量为 21 · 6~24L/min;
[0013] 4)将切割好的蓝宝石晶片用水预清洗，再放入清洗机内进行二次清洗，除去冷却 液和其他杂质；
[0014] 5)对蓝宝石晶片进行质量检测后送至研磨工序进行加工。
[0015] 上述的切割蓝宝石方法，当以钢线带动碳化硼砂浆对蓝宝石进行切割时，具体包 括如下步骤：
[0016] 1)将碳化硼微粉和切割液按重量比1:2-1:9配置成砂浆，并放入切割机的浆料罐 中持续搅拌以保持砂浆均匀；
[0017]其中，碳化硼微粉粒径为4~15μπι，切割液为聚乙二醇和分散剂等添加剂的混合 液；
[0018] 2)将蓝宝石原料放置在切割机上，以钢线带动碳化硼砂浆将蓝宝石原料切割成晶 片；
[0019] 其中，切割机的钢线的直径为0.12~0.14mm，线张力为20~28Ν，线速度为700~ 1200m/min，切割速度为0.2~0.3mm/min，砂衆流量为65~95L/min;
[0020] 3)将切割好的蓝宝石晶片用水进行预清洗，再放入清洗机内进行二次清洗，除去 切割液和其他杂质；
[0021 ] 4)对蓝宝石晶片进行质量检测后送去至研磨工序进行加工。
[0022] 上述切割蓝宝石方法中，碳化硼质量要求为:纯度大于97%，硼碳比3.9-4.2，单晶 颗粒，莫氏硬度大于9.35。
[0023] 经检测，通过上述方法切割的蓝宝石切片的弯曲度<15μπι，平整度<15μπι，总厚度公 差<20μπι，表面粗糙度<1.4μπι，成片率>95%，明显好于金刚石的切割效果。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0025] (1)本方法利用碳化硼替代金刚石切割蓝宝石，可减少由金刚石硬度过高造成的 蓝宝石晶面崩边、破裂等现象，提高了蓝宝石的成片率，避免能源的浪费；
[0026] (2)本方法利用碳化硼替代金刚石切割蓝宝石，可提高切割面平整度、改善线痕不 良，降低了后续研磨工序的难度和强度，缩短加工时间；
[0027] (3)本方法利用碳化硼替代金刚石切割蓝宝石，由于碳化硼的价格仅为金刚石的 十分之一，可大幅度的降低蓝宝石的切割成本，显著的提高了经济效益。
【具体实施方式】
[0028] 以下实施例中使用的钢线、碳化硼、冷却液和切割液均为市购;碳化硼质量为：纯 度98.6%，硼碳比4.1，单晶颗粒，莫氏硬度9.41;
[0029] 所用切割机的型号为CHSX5625-XW，用于实施例1-3;型号MWM442DM，用于实施例4- 6〇
[0030] 实施例1
[0031] 1)将粒径为30~40μπι的碳化硼电镀于钢线上，制备得到直径为0.14mm的碳化硼线 锯；
[0032] 2)将蓝宝石原料安装在切割机的工作台上，将碳化硼线锯绕于切割机的导轮上， 将冷却液置于切割机的液槽内；
[0033] 3)开启切割机，通过导轮转动带动碳化硼线锯高速运动，同时将液槽内的冷却液 落入碳化硼线锯上并附着于线锯，对蓝宝石原料进行切割；
[0034] 其中，切割机线张力为30N，线速度为1200m/min，切割速度为0.3mm/min，冷却液流 量为 22.5L/min;
[0035] 4)将切割好的蓝宝石晶片用水预清洗，再放入清洗机内进行二次清洗，除去冷却 液和其他杂质；
[0036] 5)对蓝宝石晶片进行质量检测后送至研磨工序进行加工。
[0037]该方法切割的蓝宝石晶片的弯曲度、平整度、总厚度公差、表面粗糙度、成片率如 表1所示。
[0038] 对比例1
[0039]以粒径为30~40μπι的金刚石为切割刃料，以实施例1相同的方法对蓝宝石进行切 割。
[0040] 该方法切割的蓝宝石晶片的弯曲度、平整度、总厚度公差、表面粗糙度、成片率如 表1所示。
[0041] 表1、蓝宝石晶片的切割质量对比
[0043] 由表1可以看出，以碳化硼为切割刃料的切割效果好于金刚石的切割效果。
[0044] 实施例2
[0045] 1)将粒径为30~40μπι的碳化硼用树脂粘结于钢线上，制备得到直径为0.45mm的碳 化硼线锯；
[0046] 2)将蓝宝石原料安装在切割机的工作台上，将碳化硼线锯绕于切割机的导轮上， 将冷却液置于切割机的液槽内；
[0047] 3)开启切割机，通过导轮转动带动碳化硼线锯高速运动，同时将液槽内的冷却液 落入碳化硼线锯上并附着于线锯，对蓝宝石原料进行切割；
[0048] 其中，切割机线张力为38N