专利名称：一种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种金刚石线锯。
背景技术：
金刚石线锯是以高強度钢丝线作为基体，通过电镀或钎焊的方法，把不同尺寸的金刚石微粉固结在钢丝的基体上，这种线锯具有切割切ロ狭窄，原料损失少；切割效率高，可以多线同时切割等高速高效切割性能。因而在半导体单晶硅切片、太阳能电池硅片切割以及LED中蓝宝石切割等领域得到广泛应用。本领域的技术人员都知道，线锯的金刚石颗粒需要牢固地结合在钢丝线基体上，否则线锯在进行切割作业时，金刚石露出后极易脱落，造成线锯失去有效地切割能力。传统 的金刚石线锯，其金刚石表面或无镀层，或有Ni电镀层，然后采用Cu基、Ni基钎料作为结合剂把金刚石固结到钢丝线上。上述电镀Ni和钎料与金刚石界面之间没有化学键，只是简单的机械镶嵌卡固金刚石微粉颗粒在钢丝线基体上，结合力很差导致线锯切割工作中，金刚石颗粒易脱落，使线锯的使用寿命短，切割效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种切割效率高、使用寿命长的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯。本发明的金刚石线锯也是一种用镍镀层将金刚石微粉固结在钢丝线基体上的线锯。但该金刚石微粉表面设有金属碳化物镀层，该金属碳化物镀层是指碳化钛、碳化钨或碳化铬。这些表面设有金属碳化物镀层的金刚石微粉可以直接用于线锯制造。最好在上述金刚石微粉表面的金属碳化物镀层上镀覆ー层金属层，该金属层的金属是指Ni或Cu，其与金属碳化物镀层组成表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉，然后用于线锯制造。上述金刚石线锯的制造方法
原料
钢丝线基体其为直径是O. Γ O. 5mm的高強度钢丝。金刚石微粉颗粒直径O. 1-200微米。组成金属碳化物镀层的金属粉钛粉、钨粉或铬粉，且各种金属粉的粒度在5-500微米。制造方法
I、在金刚石微粉表面镀覆金属使之成为金属碳化物镀层可以采用传统的物理气相沉积法或化学气相沉积法，最好是采用真空微蒸发镀的方法进行镀覆。该真空微蒸发镀的具体方法
(I)把金刚石微粉与组成金属碳化物镀层的金属粉按下述质量比，即金刚石微粉:金属粉=1:0. f I. 2称量，混合均匀，并装入耐高温并不会引入杂质的容器中。(2)将上述容器置于真空反应炉内，进行真空加热，使之反应，其真空度为10_4 lOOPa，加热温度均为600 950で，加热时间为40 150分钟。
(3)停止加热，待冷却到300°C以下时关闭真空泵。冷却至室温取出容器。于是相应的金属便沉积到金刚石微粉表面，并形成由化学键结合的相应的金属碳化物镀层。(4)然后将表面镀覆有金属碳化物的金刚石微粉用溶液沉降方法分离出来。由于在溶液中金刚石微粉沉降的速度比较慢，最好将镀有金属碳化物的金刚石微粉和金属粉的混合物在水(或者其它有效的分离液)中充分搅拌，将混合物扬起后，静置1(Γ90秒，取悬浊液，反复沉降多次，直到无沉淀为止。将取得的悬浊液烘干，得到表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉。2、在上述金刚石微粉表面金属碳化物镀层上再镀覆ー层金属层可以采用电镀或化学镀的方法在上述金刚石微粉表面金属碳化物镀层上进ー步镀上ー层Ni或Cu，组成金属碳化物-金属复合镀层。(I)采用化学镀的具体方法将表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉置于传统的化学镀液中进行化学镀。化学镀Ni的配方是硫酸镍O. 02 O. 03mol/L，柠檬酸钠O. 05 O. 15mol/L，次磷酸钠O. 25 O. 35mol/L，硫酸铜O. 05 O. 15 mol/L，温度6(T90°C，pH值6. 5 7. 5，镀覆时间 10 30分钟。或化学镀Cu的配方是硫酸铜25 35g/L，次磷酸钠25 35 g/L,柠檬酸钠15 25 g/L，pH值8. 5-9. 5，温度30 70で，镀覆时间10 30分钟。镀覆过程中需要对溶液进行搅拌，防止不均匀的镀覆；同时也防止金刚石微粉颗粒之间的粘连。镀覆金属之后，金刚石微粉的质量增重在I 50%之间。(2)采用电镀的具体方法在滚镀机中加入与Ni或Cu对应的传统电镀液，并加入表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉，调整电镀机的转速使金刚石微粉翻动，在20-60°C，电镀电压3-8V，电镀电流1-6A的条件下进行电镀3(Γ90分钟。镀覆金属之后，金刚石微粉的增重在I 100%之间。3、线锯的制造
(I)采用表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉制造即该金刚石微粉悬浮在电镀Ni的溶液中，电镀Ni层从钢丝基体上生长，把金刚石颗粒包裹在镀层中，形成线锯。具体操作如下
a采用O. Γ O. 5mm直径的高強度钢丝为基体，经过除油，除锈， b电镀底Ni，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟；
c电镀上砂，金刚石微粉悬浮液的金刚石含量为5(Tl50g/L，电镀电流密度为
O.5-1. 5A/dm2，上砂时间为15-30分钟；
d电镀加厚，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为O. 5^1. 5小时；
获得用Ni镀层将表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉固结在钢丝基体上的线锯产
品O(2)采用表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉制造即该金刚石微粉悬浮在电镀Ni的溶液中，电镀Ni层从钢丝基体上生长，把金刚石颗粒包裹在镀层中，形成线锯。具体操作如下
a采用O. Γ O. 5mm直径的高強度钢丝为基体，经过除油，除锈，b电镀底Ni，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟；
c电镀上砂，金刚石微粉悬浮液的金刚石浓度为5(Tl50g/L，电镀电流密度为O. 5-1. 5A/dm2，上砂时间为7_15分钟；
d电镀加厚，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟；
获得用Ni镀层将表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉固结在钢丝基体上的线锯产品。 本发明使用的是真空微蒸发镀技木，在超硬磨料表面镀覆ー层可以与超硬磨料形成碳化物的金属，如钛、钨、铬等。由于镀覆是在高温的真空条件下进行，金属蒸汽在高温的 作用下会与超硬材料发生化合反应，生成金属碳化物，因此，采用真空微蒸发镀的手段，我们可以得到超硬表面镀覆以化学键合的相应金属碳化物镀层。化学键合方式使得镀层与超硬磨料之间的结合力大大增强，同时与以非化学键合方式镀覆超硬磨料的方法相比相比，此方法也会大大增加基体对超硬磨料的把持力。本发明与现有技术相比具有如下优点金刚石与线锯基体结合牢固，金刚石使用次数明显增加；金刚石的出刃高度高，切削能力強，锯切线速度以及进给速度都比传统方法有明显提高，金刚石生产效率极大提高。上述优点不仅是经试验证明了的，而且是有一定的理论根据的传统的没有镀覆层的金刚石微粉不导电，而有镀层的金刚石微粉表面可导电，因此更容易包裹在镀层中，使得在线锯制造中上砂速度加快。特别是金刚石微粉上的金属碳化物-金属复合镀层更有利于电镀上砂并与电镀Ni镀层结合牢固。传统的没有镀覆层的金刚石微粉需要Ni镀层埋入金刚石微粉直径的1/2以上，以防止线锯锯切过程中金刚石的脱落，而采用镀覆有碳化物层的金刚石微粉或碳化物-金属复合层的金刚石微粉，由于金刚石与金属碳化物镀层之间形成了強力的化学键合，所以与Ni镀层之间结合牢固，有效地防止了金刚石微粉从线锯上脱落，因此只需要Ni镀层埋入金刚石微粉直径的1/2以下，这样金刚石露出的高度大大地増加了，可以制造出高锋利度和长寿命的线锯产品。
图I是本发明表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉截面示意简图。图2是本发明中表面有金属碳化物-金属镀层的金刚石微粉截面示意简图。图3是普通金刚石微粉与表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉埋入线锯镀Ni层深度对比示意简图。在图I所示的本发明表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉截面示意简图中，在金刚石微粉I表面有金属碳化物镀层2。在图2所示的本发明中表面有金属碳化物-金属镀层的金刚石微粉截面示意简图中，在金刚石微粉I表面有金属碳化物镀层2，在金属碳化物镀层表面有金属镀层3。在图3所示的普通金刚石微粉与表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉埋入线锯镀Ni层深度对比示意简图中，普通金刚石微粉I埋入线锯镀Ni层4的深度明显比表面有金属碳化物镀层2的金刚石微粉埋入线锯镀Ni层的深度深。
具体实施例方式实施例I :
选取直径为O. Γ50微米的金刚石微粉，制作表面有碳化钛镀层金刚石线锯第一歩在金刚石微粉表面镀覆金属钛
将O. Γ50微米金刚石与5(Γ500微米钛粉按质量比1:0. I均匀混合装入自制不锈钢容器中，把容器放在真空反应炉腔内；开启真空泵和加热阀，逐步升温加热到600°C，在真空度为IPa时，保温40分钟，关闭加热阀，冷却到300° C以下关闭真空泵；待完全冷却后把容器取出，使用溶液沉降法分离出镀覆碳化物的金刚石微粉，将镀有金属碳化物的金刚石微粉和金属粉的混合物在水中充分搅拌，将混合物扬起后，静置90秒，取悬浊液，反复沉降10次，直到无沉淀为止。将取得的悬浊液烘干，得到表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉。第二步将表面有碳化钛镀层的金刚石微粉电镀到钢丝上，制作为成品 将表面有碳化钛镀层的金刚石微粉悬浮在电镀镍的溶液中，采用O. Imm直径的高強度钢丝为基体，用传统的方法除油，除锈；电镀底Ni :电流密度为lA/dm2，电镀时间为20分钟；电镀上砂，金刚石微粉悬浮液的金刚石含量为50g/L，电镀电流密度为O. 5A/dm2，上砂时间为30分钟；电镀加厚，电流密度为lA/dm2,电镀时间为I. 5小时,经过上面步骤就可以获得用Ni镀层将表面有碳化钛镀层的金刚石微粉固结在钢丝基体上的线锯产品。该产品的性能如下
权利要求
1.ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯，其也是ー种用镍镀层将金刚石微粉固结在钢丝线基体上的线锯，其特征是该金刚石微粉表面设有金属碳化物镀层，该金属碳化物镀层是指碳化钛，碳化钨或碳化铬。
2.根据权利要求I所述的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯，其特征是在金刚石微粉表面的金属碳化物镀层上镀覆ー层金属层，该金属层的金属是指Ni或Cu，其与金属 碳化物镀层组成表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉。
3.根据权利要求I或2所述的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯，其特征是所使用金刚石微粉颗粒直径为O. Γ200微米。
4.根据权利要求I或2所述的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯，其特征是组成金属碳化物镀层的金属粉粒度为5飞OO微米。
5.权利要求I所述的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯的制备方法，其特征是 1)采用真空微蒸发镀的方法在金刚石微粉表面镀覆金属使之成为金属碳化物镀层， (I)按质量比金刚石微粉组成金属碳化物镀层的金属粉=1:0. f I. 2称量，混合均匀，并装入容器中， (2)将上述容器置于真空反应炉内，其真空度为10_4 100Pa，加热温度为60(T950°C，加热时间为4(Γ150分钟， (3)停止加热，待冷却到300°C以下时关闭真空泵，冷却至室温取出容器， (4)然后将表面镀覆有金属碳化物的金刚石微粉用溶液沉降方法分离出来，得到表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉；此处使用的分离溶液可以是水或者其它能有效分离镀覆金刚石与金属粉的液体； 2)线锯的制造，将上述镀覆金属碳化物金刚石微粉悬浮在电镀Ni的溶液中， a采用O. Γ O. 5mm直径的高強度钢丝为基体，经过除油，除锈， b电镀底Ni，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟， c电镀上砂，金刚石微粉悬浮液的金刚石含量为5(Tl50g/L，电镀电流密度为O.5-1. 5A/dm2，上砂时间为15-30分钟， d电镀加厚，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为O. 5^1. 5小吋，获得用Ni镀层包衣金属碳化物镀层金刚石微粉在钢丝基体上的线锯产品。
6.权利要求2所述的ー种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯的制备方法，其特征是 (1)采用化学镀在金刚石微粉表面金属碳化物镀层上再镀覆ー层金属层，组成金属碳化物-金属复合镀层，具体方法为将表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉置于传统的化学溶液中进行化学镀， a化学镀Ni的配方是硫酸镍O. 02 O. 03mol/L,柠檬酸钠O. 05 O. 15mol/L,次磷酸钠O.25 O. 35mol/L，硫酸铜O. 05 O. 15 mol/L，温度60 90で，pH值6. 5 7. 5，镀覆时间10 30分钟， 或b化学镀Cu的配方是硫酸铜25 35g/L，次磷酸钠25 35 g/L，柠檬酸钠15 25 g/L，pH值8. 5-9. 5，温度30 70で，镀覆时间10 30分钟， 镀覆过程中需要对溶液进行搅拌，镀覆金属之后，金刚石微粉的质量增重在I 50%之间； (2)采用电镀在金刚石微粉表面金属碳化物镀层上再镀覆ー层金属层，组成金属碳化物-金属复合镀层，具体方法为在滚镀机中加入与Ni或Cu对应的传统电镀液，并加入表面有金属碳化物镀层的金刚石微粉，调整电镀机的转速使金刚石微粉翻动，在20-60°C，电镀电压3-8V，电镀电流1-6A的条件下进行电镀，镀覆金属之后，金刚石微粉的增重在I 100%之间； (3)采用上述表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉制造线锯，具体操作如下 a采用O. Γ O. 5mm直径的高強度钢丝为基体，经过除油，除锈， b电镀底Ni，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟， c电镀上砂，金刚石微粉悬浮液的金刚石浓度为5(Tl50g/L，电镀电流密度为O.5-1. 5A/dm2，上砂时间为7_15分钟， d电镀加厚，电流密度为f 2A/dm2，电镀时间为2(Γ40分钟， 获得用Ni镀层包衣金属碳化物-金属复合镀层金刚石微粉在钢丝基体上的线锯产品。
全文摘要
一种采用金刚石微粉制造的金刚石线锯，其也是一种用镍镀层将金刚石微粉固结在钢丝线基体上的线锯，但该金刚石微粉表面设有金属碳化物镀层，该金属碳化物镀层是指碳化钛，碳化钨或碳化铬。最好在上述金刚石微粉表面的金属碳化物镀层上镀覆一层金属层，该金属层的金属是指Ni或Cu，其与金属碳化物镀层组成表面有金属碳化物-金属复合镀层的金刚石微粉。本发明线锯基体与金刚石微粉结合牢固，金刚石使用次数明显增加；金刚石的出刃高度高，切削能力强，锯切线速度以及进给速度都比传统方法有明显提高，金刚石生产效率极大提高。
文档编号C23C14/24GK102644102SQ20121009679
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者成晓哲, 王艳辉, 臧建兵 申请人:燕山大学