專利名稱：金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于磨料磨具制造技術(shù)領域，涉及金剛石切割工具的制造方法，特別涉及一種金屬基超薄金剛石切割片的真空釬焊制造方法。
背景技術(shù)：
金剛石切割片廣泛應用于半導體材料、玻璃、陶瓷、寶石、水晶、鐵氧體、微電子封裝材料等硬脆材料的精密加工(劃片、開槽、切斷等)。由于這些材料昂貴，且對切割精度的要求越來越高，這就要求使用更薄的切割片以達到微加工的高準精度和降低生產(chǎn)成本的要求。為能實現(xiàn)上述發(fā)展，降低制造成本，迫切需要開發(fā)微細加工和超精密加工技術(shù)及與之配套的切割工具。
目前，傳統(tǒng)的金剛石切割片制造方法主要有熱壓法和電鍍法。用傳統(tǒng)熱壓方法制造的超薄切割片，由于采用的是多組元單質(zhì)金屬粉末和金剛石混合后熱壓燒結(jié)而成，燒結(jié)溫度高，對金剛石熱損傷大，胎體易氧化，并且在很短的燒結(jié)時間內(nèi)胎體不能達到完全合金化，胎體成分不均勻，切割片質(zhì)量難以控制，因此市場上尚無用此類方法制造的切割片。現(xiàn)有的超薄金剛石切割片多以電鍍法制造為主，從制造技術(shù)角度看，電鍍法制作的切割片只是電鍍金屬膜對金剛石磨料起包裹作用，兩者之間僅限于機械結(jié)合，相對于冷壓熱壓法、熔滲浸漬法及釬焊法等，其間的把持力較差，金剛石磨料與胎體結(jié)合弱，磨料容易過早脫落，使用壽命短，剛性和強度低。國外也有采用CVD(化學氣相沉積)法制造金剛石多晶薄膜環(huán)，然后再焊接于基體上，此方法一定程度上改善了切割片的性能，但化學氣相沉積法所需設備價格昂貴，制造工藝復雜，而且金剛石脫落問題及高精度連接問題仍有其不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法，使用該方法制得的切割片剛性和強度高，使用壽命長，成本低且切割精度高。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，利用真空釬焊原理，采用低熔點、易流動、抗氧化、并與金剛石有高親和力的活性預合金超細粉末為釬料，與金屬胎體(由多組元的單質(zhì)金屬粉末構(gòu)成)和金剛石均勻混合后，在一定的真空釬焊工藝條件下實現(xiàn)釬料、胎體、金剛石三者之間的冶金結(jié)合，同時模壓制成切割片毛坯環(huán)，再經(jīng)精密與微細加工達到厚度、內(nèi)孔和外圓等尺寸和精度要求，最后在適當?shù)臏囟认逻M行去除加工應力及矯正變形熱處理得到金屬結(jié)合劑超薄金剛石切割片。
實現(xiàn)本發(fā)明基本構(gòu)思所采用的技術(shù)方案是，金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法，按以下步驟進行(1)首先進行材料粉末的混合將粒度為-300目～-600目的預合金釬料粉末和粒度為-300目～-600目的金屬單質(zhì)粉末混合，按重量百分比，預合金釬料粉末取20％～40％，金屬單質(zhì)粉末取60％～80％，再與粒度為5μm～50μm的金剛石混合，使金剛石濃度為30％～80％；(2)制作切割片毛坯將上述混合后的粉末材料均勻置于石墨模具中，進行真空釬焊后，制成切割片毛坯，
或?qū)⑸鲜龌旌虾蟮姆勰┎牧暇鶆蛑糜阡撃＞咧?，冷壓成型后取出再置于石墨模具中進行真空釬焊，制成切割片毛坯；(3)變形的矯正將切割片毛坯去除毛刺后放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行變形矯正處理；(4)內(nèi)孔、外圓和厚度減薄加工對處理后的毛坯進行內(nèi)孔、外圓和厚度減薄的機加工，使之達到所需的規(guī)格尺寸；(5)去應力、矯正變形熱處理將達到所需尺寸的切割片放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行去除加工應力及變形矯正處理，最終得到所需規(guī)格尺寸的金剛石切割片。
本發(fā)明的特點還在于，預合金釬料選自CuMnTi、CuMnCr、CuSnNiCr或CuSnNiTi中的一種。
金屬單質(zhì)選自以下材料的一種或一種以上的組合Cu、Ni、Co、Fe或Cr。
在將混合后的粉末材料直接置于石墨模具中進行真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷。
在將混合后的粉末材料先置于鋼模具中冷壓的工藝條件為壓力為5MPa～10MPa，保壓時間為2s～5s。
在將混合后的粉末材料先置于鋼模具中再置于石墨模具中進行真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷。
本發(fā)明的制造方法籍助釬焊制造方法的工藝優(yōu)勢，利用預合金釬料含強碳化物形成元素所具有良好的浸潤和鋪展性能，經(jīng)化學反應后在金屬與金剛石之間產(chǎn)生牢固的界面冶金結(jié)合，形成金屬基體對金剛石的強力把持作用，使磨粒在切割加工期間不易過早脫落，切割片胎體成分均勻性好，熱損傷小，有效的提高了切割片的使用壽命，并且剛性強、強度高，切割片厚度在20μm～200μm范圍內(nèi)可隨意控制。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明的金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法，按以下步驟進行(1)首先進行材料粉末的混合將粒度為-300目～-600目的預合金釬料粉末和粒度為-300目～-600目的金屬單質(zhì)粉末混合，預合金釬料粉末具有熔點低、抗氧化性好、流動性好、與金剛石浸潤性好等特點，能夠有效的提高結(jié)合劑對金剛石的把持力，可以選自CuMnTi、CuMnCr、CuSnNiCr或CuSnNiTi中的一種；單質(zhì)金屬粉末主要起調(diào)整胎體硬度和剛性及強度的作用，可以選自以下材料的一種或一種以上的組合Cu、Ni、Co、Fe或Cr，一種以上組合時，各材料之間沒有配比要求。按重量百分比，預合金釬料粉末取20％～40％，金屬單質(zhì)粉末取60％～80％，再與粒度為5μm～50μm的金剛石混合，使金剛石濃度為30％～80％。
(2)制作切割片毛坯將上述混合后的粉末材料均勻置于石墨模具中，進行真空釬焊后，制成切割片毛坯，真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷；也可先將上述混合后的粉末材料均勻置于鋼模具中，在壓力為5MPa～10MPa，保壓時間為2s～5s的條件下冷壓成型后取出再置于石墨模具中進行真空釬焊，真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷，制成切割片毛坯；(3)變形的矯正將切割片毛坯在砂輪機上及砂紙上進行去毛刺處理后，將其置于兩鑄鐵平板間，用螺栓夾緊后放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行變形矯正處理；(4)內(nèi)孔、外圓和厚度減薄加工用慢走絲加工將矯正后的切割片毛坯的內(nèi)孔、外圓加工到所需尺寸，以滿足裝配要求，其中內(nèi)孔精度為H5，外圓公差為±0.02mm，厚度減薄加工用精密雙面磨床將上述切割片毛坯環(huán)進行研磨減薄加工，所用磨料為SiC磨料，厚度公差為±0.003mm；(5)去應力、矯正變形熱處理將上述尺寸加工到所需尺寸的切割片置于兩鑄鐵平板間，用螺栓上緊后放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行去除加工應力及變形矯正處理，最終得到所需規(guī)格尺寸的金剛石切割片。
實施例1配制重量百分比為25％CuMnTi(-300目)、40％Cu(-600目)、24％Ni(-400目)、10％Co(-400目)，1％Cr(-300目)，粒度為40μm、濃度為75％的金剛石，均勻混合后裝入石墨模具中，在真空釬焊爐中進行真空釬焊，具體的釬焊工藝為真空度為1×10-1Pa，釬焊溫度為850℃，升溫速度200℃/分鐘，保溫時間3分鐘，壓力為35MPa，保壓時間為5min，冷卻方式為空冷；將真空釬焊后的切割片毛坯進行去毛刺及在400℃溫度下保溫30分鐘進行變形矯正處理后，利用慢走絲切割內(nèi)孔和外圓，利用精密磨床進行減薄至200μm，最后在200℃溫度下保溫30分鐘進行去除加工應力和變形矯正處理，即得到超薄金剛石切割片。
實施例2配制重量百分比為30％CuMnCr(-300目)、34％Cu(-600目)、20％Ni(-400目)、15％Co(-400目)，1％Cr(-300目)，粒度為5μm、濃度為80％的金剛石，均勻混合后裝入石墨模具中，在真空釬焊爐中進行真空釬焊，具體的釬焊工藝為真空度為1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃，升溫速度在120℃/分鐘，保溫時間為5分鐘，壓力為35MPa，保壓時間為5min，冷卻方式為空冷；將真空釬焊后的切割片毛坯進行去毛刺及在200℃溫度下保溫45分鐘進行變形矯正處理后，利用慢走絲切割內(nèi)孔和外圓，利用精密磨床進行減薄至20μm，最后在400℃溫度下保溫45分鐘進行去除加工應力和變形矯正處理，即得到20μm的超薄金剛石切割片。
實施例3
配制重量百分比為20％CuSnNiCr(-300目)、40％Cu(-600目)、20％Ni(-400目)、10％Co(-400目)，10％Fe(-300目)，粒度為50μm、濃度為35％的金剛石，均勻混合后裝入石墨模具中，在真空釬焊爐中進行真空釬焊，具體的釬焊工藝為真空度為1×10-3Pa，釬焊溫度為780℃，升溫速度在150℃/分鐘，保溫時間為3分鐘，壓力為30MPa，保壓時間為8min，冷卻方式為空冷；將真空釬焊后的切割片毛坯進行去毛刺及在300℃溫度下保溫60分鐘進行變形矯正處理后，利用慢走絲切割內(nèi)孔和外圓，利用精密磨床進行減薄至100μm，最后在400℃溫度下保溫60分鐘進行去除加工應力和變形矯正處理，即得到厚度為100μm的超薄金剛石切割片。
實施例4配制重量百分比為40％CuSnNiCr(-300目)、30％Cu(-600目)、10％Ni(-400目)、10％Co(-400目)，10％Fe(-300目)，粒度為20μm、濃度為30％的金剛石，均勻混合后裝入鋼模具中，在壓力為10MPa，保壓時間為2s的冷壓工藝條件下進行成型后取出，然后置于石墨模具中，在真空釬焊爐中進行真空釬焊，具體的釬焊工藝為真空度為1×10-3Pa，釬焊溫度為850℃，升溫速度在200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘，壓力為30MPa，保壓時間為5min，冷卻方式為空冷；將真空釬焊后的切割片毛坯進行去毛刺及在200℃溫度下保溫30分鐘進行變形矯正處理后，利用慢走絲切割內(nèi)孔和外圓，利用精密磨床進行減薄至50μm，最后在300℃溫度下保溫30分鐘進行去除加工應力和變形矯正處理，即得到厚度為50μm的超薄金剛石切割片。
實施例5配制重量百分比為33％CuSnNiTi(-300目)、32％Cu(-600目)、15％Ni(-400目)、10％Co(-400目)，10％Fe(-300目)，粒度為10μm、濃度為50％的金剛石，均勻混合后裝入鋼模具中，在壓力為5MPa，保壓時間為5s的冷壓工藝條件下進行成型后取出，然后置于石墨模具中，在真空釬焊爐中進行真空釬焊，具體的釬焊工藝為真空度為1×10-1Pa，釬焊溫度為700℃，升溫速度在120℃/分鐘，保溫時間為5分鐘，壓力為35MPa，保壓時間為8min，冷卻方式為空冷；將真空釬焊后的切割片毛坯進行去毛刺及在200℃溫度下保溫30分鐘進行變形矯正處理后，利用慢走絲切割內(nèi)孔和外圓，利用精密磨床進行減薄至150μm，最后在200℃溫度下保溫30分鐘進行去除加工應力和變形矯正處理，即得到厚度為150μm的超薄金剛石切割片。
權(quán)利要求
1.一種金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法，其特征在于，該方法按以下步驟進行(1)首先進行材料粉末的混合將粒度為-300目～-600目的預合金釬料粉末和粒度為-300目～-600目的金屬單質(zhì)粉末混合，按重量百分比，預合金釬料粉末取20％～40％，金屬單質(zhì)粉末取60％～80％，再與粒度為5μm～50μm的金剛石混合，使金剛石濃度為30％～80％；(2)制作切割片毛坯將上述混合后的粉末材料均勻置于石墨模具中，進行真空釬焊后，制成切割片毛坯，或?qū)⑸鲜龌旌虾蟮姆勰┎牧暇鶆蛑糜阡撃＞咧?，冷壓成型后取出再置于石墨模具中進行真空釬焊，制成切割片毛坯；(3)變形的矯正將切割片毛坯去除毛刺后放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行變形矯正處理；(4)內(nèi)孔、外圓和厚度減薄加工對處理后的毛坯進行內(nèi)孔、外圓和厚度減薄的機加工，使之達到所需的規(guī)格尺寸；(5)去應力、矯正變形熱處理將達到所需尺寸的切割片放入熱處理爐中，在200℃～400℃溫度下保溫30～60分鐘進行去除加工應力及變形矯正處理，最終得到所需規(guī)格尺寸的金剛石切割片。
2.按照權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述預合金釬料選自CuMnTi、CuMnCr、CuSnNiCr或CuSnNiTi中的一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金屬單質(zhì)選自以下材料的一種或一種以上的組合Cu、Ni、Co、Fe或Cr。
4.按照權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在將混合后的粉末材料直接置于石墨模具中進行真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷。
5.按照權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在將混合后的粉末材料先置于鋼模具中冷壓的工藝條件為壓力為5MPa～10MPa，保壓時間為2s～5s。
6.按照權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在將混合后的粉末材料先置于鋼模具中再置于石墨模具中進行真空釬焊的工藝條件為真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，釬焊溫度為700℃～850℃，升溫速度為120℃/分鐘～200℃/分鐘，保溫時間為3分鐘～5分鐘，壓力為30MPa～35MPa，保壓時間為5分鐘～8分鐘，冷卻方式為空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬基超薄金剛石切割片真空釬焊制造方法，首先將預合金釬料粉末、金屬單質(zhì)粉末和金剛石混合，再制作切割片毛坯，經(jīng)變形的矯正、內(nèi)孔、外圓和厚度減薄加工至所需尺寸，最后經(jīng)去應力、矯正變形熱處理得到所需規(guī)格尺寸的金剛石切割片。該方法籍助釬焊制造方法的工藝優(yōu)勢，制得的金剛石切割片的磨粒在切割加工期間不易過早脫落，切割片胎體成分均勻性好，熱損傷小，切割片的使用壽命長，并且剛性強、強度高。
文檔編號B23P23/04GK1695890SQ20051004282
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者南俊馬, 徐可為, 趙寧 申請人:西安交通大學