磨料鋸切線、其產(chǎn)生方法和其用圖
【專利說明】磨料鋸切線、其產(chǎn)生方法和其用途 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及包含鋼芯以及通過基于Ni/Co合金的粘合劑在該芯上保持的磨料顆 粒的磨料線。
[0002] 本發(fā)明的用途的領(lǐng)域部分地與例如娃、藍寶石、或碳化硅的材料的鋸切相關(guān)。
[0003] 背景
[0004] 通常，諸如硅片的硬質(zhì)材料的切割可以通過在其周邊具有磨料顆粒（例如，金剛 石）的線（鋼）來進行。
[0005] 為解決可能的線斷裂，現(xiàn)有技術(shù)主張使用具有高碳含量的鋼線。
[0006] 通過樹脂或金屬粘合劑層，磨料顆粒被粘合至線。這樣的粘合劑使顆粒保持在線 的表面以給出其中的研磨性質(zhì)。
[0007] 通常，且與粘合劑相反地，顆粒由比所切割的材料更硬的材料制成。
[0008] 事實上，在線的首次使用時，粘合劑部分地被侵蝕以使磨料顆粒暴露。然后，通過 使切割線材在所切割的材料的表面上重復經(jīng)過，即通過磨料顆粒的突出部分在材料上的摩 擦，進行材料的鋸切。
[0009] 在磨料顆粒的突出部分已經(jīng)被暴露之后，粘合劑不再與所切割的材料進行直接接 觸。然而，其可以根據(jù)以下兩種機制損耗：
[0010] -通過機械變形：在材料的鋸切時，磨料顆粒被交替地向前和向后并且沿著線的 主方向推動。此移動是與正被切割的材料的摩擦的直接結(jié)果。因此，對于每一次移動，粘合 劑變形一點。在切割結(jié)束時，粘合劑可能局部地變形太多而不能有效地使磨料顆粒保持在 線的表面。
[0011] -通過磨損/侵蝕：此機制由位于粘合劑（其沿著線移動（displace))和所切割 的材料之間的所切割的材料的碎片的存在造成。由于鋸切運動，材料的碎片隨著作為結(jié)果 的、粘合劑厚度的漸進性降低而侵蝕粘合劑。在切割結(jié)束時，粘合劑不再足夠厚以有效地使 磨料顆粒保持在線的表面。磨料顆粒脫離，這逐漸降低線的研磨力以及由此的其切割材料 的能力。
[0012] 通常，機械變形是比粘合劑的磨損更強的現(xiàn)象。
[0013] 為延遲或甚至抑制線的研磨性質(zhì)的惡化，基于金屬合金的粘合劑已經(jīng)被開發(fā)。其 似乎具有比樹脂更好的硬度性質(zhì)。
[0014] 因此，為限制線的損耗，基于鎳和磷合金的粘合劑可以被使用。粘合劑被化學地沉 積在線表面以覆蓋磨料粒子。另外，其硬度大于純鎳的硬度。
[0015] 為限制粘合層的破裂，文獻EP 2 428 317主張限制電解鎳沉積物中的硫、氧、和 氫含量。
[0016] 最終，為解決可能的線斷裂，現(xiàn)有技術(shù)主張使用具有高碳含量的鋼線。然而，鋼線 對腐蝕是敏感的，特別是當存在鋼和例如銅、銀、或鈷的貴金屬之間的電解質(zhì)接觸存在時。 此電解質(zhì)接觸可以在粘合劑破裂且線與水接觸時產(chǎn)生。這樣的條件有時在切割操作期間被 滿足。線被拉伸（并且然后其粘合金屬層可以破裂）并且其用水被噴霧。
[0017] 然而，存在開發(fā)這樣的粘合劑的替代物、尤其是確保使磨料粒子保持在磨料線的 芯上、而且控制粘合劑的損耗的需求。本發(fā)明目的是解決此技術(shù)問題。
[0018] 發(fā)明概述
[0019] 本申請人已經(jīng)開發(fā)了具有通過粘合劑在線的表面保持的磨料顆粒的線。
[0020] 另外，粘合劑保護線的芯在其使用時不受過早損耗。其特定組成使能夠在切割操 作期間改進對機械變形的抗性以及對磨損的抗性，并且這樣，同時最小化磨料顆粒損失。
[0021] 因此，粘合劑同時具有堅硬和抗磨損的性質(zhì)。
[0022] 更特定地，本發(fā)明的目的是包含鋼芯和包含粘合劑和磨料顆粒的外部涂層的磨料 線，所述粘合劑由至少一層鎳/鈷合金形成，所述鎳/鈷合金具有相對于所述Ni/Co合金的 質(zhì)量的按質(zhì)量計從20%至85%，有利地從37%至65%的范圍內(nèi)的鈷含量。
[0023] 如已經(jīng)表明的，粘合劑使磨料顆粒能夠保持在鋼芯的周邊。因此，磨料顆粒基本上 不具有在所述芯上的自由度。有利地，顆粒不具有鋼芯上的自由度，特別是在根據(jù)本發(fā)明的 磨料線的使用中。
[0024] 事實上，具有按質(zhì)量計從20 %至85%的范圍內(nèi)的鈷含量的Ni/Co合金提供使顆粒 在芯上比現(xiàn)有技術(shù)樹脂粘合劑更好的保持。其具有堅硬以及抗磨損的性質(zhì)，這能夠更有效 地使顆粒保持在適當位置，即使是在切割操作期間線的使用時。
[0025] 磨料顆粒可以與鋼芯直接接觸，但其還可以有利地通過薄的粘合劑層與芯分離。 特別地，這在使用圖1中描述的方法時是真實的。
[0026] 粘合劑至少部分地覆蓋磨料顆粒。
[0027] 優(yōu)選地，粘合劑應該在線使用期間不破裂。換句話說，線被拉伸時，粘合劑的表面 在線的最大應力極限處應該不破裂。
[0028] 根據(jù)特定的實施方案，外部涂層包含由具有按質(zhì)量計從20 %至85 %，有利地從 37%至65%的范圍內(nèi)的鈷含量的Ni/Co合金制成的至少一個另外的粘合劑層。因此，粘合 劑應該呈現(xiàn)為單層或多層的形式，有利地兩層。
[0029] "層"意指具有均一組成的線的護層。因此，兩層可以通過它們的化學成分之間的 差異或通過僅它們中之一的磨料的存在彼此被區(qū)分。
[0030] 粘合劑可以由彼此不同的Ni/Co合金制成。
[0031] 與鋼芯接觸的第一粘合劑層可以具有大于另外的層的硬度以使磨料顆粒保持在 線上。
[0032] 然而，所述另外的粘合劑層（外層）有利地是對磨損高度抗性的，而且是易延展 的，以避免線的機械拉伸時粘合劑的破裂。為此目的，對于外部粘合劑層優(yōu)選的是具有足夠 的延展性。在這方面，通過使線接受簡單的牽引試驗直到其斷裂，可以觀察到外層的延展性 是否是足夠的。充分易延展的外層通常是完全連續(xù)的，除了在斷裂的任一側(cè)上的收縮區(qū)域 中。
[0033] 根據(jù)特定的實施方案，磨料線包含鋼芯和包含粘合劑和磨料顆粒的外部涂層。在 此特定的情況下，粘合劑由鎳/鈷合金的兩個粘合劑層制成，所述鎳/鈷合金（一層與另一 層獨立地）具有相對于Ni /Co合金的質(zhì)量的按質(zhì)量計從20%至85%的范圍內(nèi)的鈷含量。覆 蓋毗鄰鋼芯的第一粘合劑層的第二粘合劑層由比第一粘合劑層含有更多鈷的Ni/Co合金 制成。因此，外部粘合劑層（第二層）由于高的鈷百分比，具有更好抗磨損性質(zhì)。另外，第 一層由于其合適的組成，具有比第二層的粘合劑合金更好的硬度性質(zhì)。
[0034] 根據(jù)另一特定的實施方案，Ni/Co合金粘合劑的硬度可以通過硫的引入來改進。特 別地，這可以根據(jù)下文描述的方法，通過將糖精鈉（C7H4N03S，Na，2H 20)引入能夠形成粘合劑 層的電解質(zhì)浴被實施。
[0035] 因此，Ni/Co合金可以包含從100wt. ppm至1，OOOwt. ppm(百萬分率）的硫，優(yōu)選 地從 300wt. ppm 至 700wt. ppm。
[0036] 優(yōu)選地，僅第一粘合劑層包含硫。事實上，硫的添加提高粘合劑硬度，但其降低粘 合劑的延展性。外層的高硫含量在線在切割區(qū)域被拉伸時，可以引起涂層的破裂。這樣的 破裂允許水通過，并且其使線芯的鋼置于與粘合金屬的電解質(zhì)接觸。線芯的腐蝕接著發(fā)生。 線逐漸變得不能使用。
[0037] 粘合劑，不管其是單層或多層，可以特別地通過Ni/Co合金的連續(xù)電沉積獲得。
[0038] 形成粘合層中的每一個的合金有利地具有從300Hv至800Hv，有利地從300Hv至 500Hv的硬度。
[0039] 粘合金屬層的硬度根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的一般知識中的技術(shù)、通過顯微硬度試驗 儀來測量。通常使用維克斯壓頭（Vickers indenter)，其具有與層厚度相容的負載。這樣 的負載通常在從1克力至1〇〇克力的范圍內(nèi)。如果由維克斯壓頭留下的標記物相對于層厚 度太大（甚至在小負載下），那么可以使用努普壓頭（較窄），并且努普硬度值可以通過轉(zhuǎn) 化表被轉(zhuǎn)化成維克斯硬度。
[0040] 能夠切割材料的磨料顆粒可以特別地由選自包括以下的組的材料制成：碳化 娃SiC ;二氧化娃Si02;碳化媽WC ;氮化娃Si 3N4;立方氮化硼cBN ;二氧化絡CrO 2;氧化錯 八1203;金剛石；以及用鎳、鐵、鈷、銅、或鈦，或用其合金預包覆的金剛石。
[0041] 根據(jù)特定的實施方案，磨料線可以包含若干不同類型的磨料顆粒。
[0042] 根據(jù)所切割的材料，選擇合適的粘合劑/磨料顆粒組合將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能 力內(nèi)。
[0043] 根據(jù)特定的實施方案，磨料顆粒由用可以不同于粘合劑的膜覆蓋的粒子形成。膜 至少部分地覆蓋每一粒子，有利地整體地覆蓋。覆蓋金剛石粒子的材料是，例如鎳、鈷、鐵、 銅、或鈦。
[0044] 顆粒的總直徑，即粒子和可能地膜的總直徑，有利地在從1微米至500微米的范圍 內(nèi)。優(yōu)選地，其小于鋼芯的直徑的三分之一。因此，根據(jù)特定的實施方案，對于具有0.12mm 直徑的芯，顆粒直徑可以在從10至22微米的范圍內(nèi)。
[0045] 直徑意指當其不是球形時顆粒的最大直徑（或最大尺寸）。
[0046] 有利地，覆蓋粒子的膜由鐵磁材料在磨料線制造溫度下制成（磨料顆粒的電沉 積-見下文描述的方法）。鎳、鐵、和鈷是其實例。可以使這樣的金屬成合金，并且其還可以 包含硬化元素，例如硫和磷。應該注意，磷降低鎳的鐵磁性并且在這種情況下，其濃度應該 被限制。
[0047] 另外，形成膜的材