金刚石单线切割设备及切割技术
论述金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具是超精密切削中常用的刀具材料，其切削机理、条件和应用范围如下：
1.切削机理：
⏹金刚石刀具的切削刃非常锋利，在切削过程中能够实现“切入式切削”，
使切削力大大减小。
⏹金刚石的硬度极高，切削时不易被工件材料磨损，能够保持良好的切削刃
形状。
⏹金刚石的传热性能极佳，能够快速地将切削热量传递出去，从而降低切削
温度，减少热损伤。
1.切削条件：
⏹刀具刃口半径：为了实现超精密切削，需要将刀具的刃口半径减小到亚微
米级，以提高切削的精度和表面粗糙度。
⏹切削用量：为了减小切削力和热量，需要选择较小的切削深度和进给速度，
以提高切削效率。
⏹工件材料：金刚石刀具适用于加工各种硬材料，如淬火钢、硬质合金等。
但是，对于一些韧性较大的材料，需要进行预处理或选择其他刀具材料。
1.应用范围：
⏹金刚石刀具广泛应用于超精密切削领域，如光学零件、轴承、硬盘磁头、IC
芯片等高精度、高表面质量的零件加工。
⏹在加工过程中，金刚石刀具还可以用于制作各种微细结构，如微孔、微槽
等。
综上所述，金刚石刀具的超精密切削需要满足一定的条件，并具有广泛的应用范围。
金刚石线切割机的工作原理及分类
金刚石线切割机的切割原理及分类一、金刚石线切割机金刚石线切割机原理金刚石线切割机装有一个绕丝筒。
绕丝筒在高速旋转的同时进行往复回转运动进而带动金刚石线做往复运动，金刚石线被张紧轮所张紧，为增加切割的精度和切割面的平整度，会安装导向轮进行导向[1]。
通过自动控制工作台向金刚石线方向不断地进给，或是控制金刚石线向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间不断产生磨削进而产生切割运动。
金刚石线锯切割优势当被加工材料不导电且需要采用线切割的方式进行加工时，电火花线切割机不再适用，此时金刚石线切割机的加工优势便显现出来，金刚石线切割机同时适用于导电材料和不导电材料（硬度要比金刚石线小）的切割。
因此，金刚石线切割机被广泛用于各种金属和非金属及复合材料的切割，如陶瓷、玻璃、岩石、宝石、玉石、陨石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、环氧板、铁氧体、PCB以及建筑材料、牙科材料、生物材料及仿生复合材料等，特别适用于切割高硬度、高价值、易破碎的各种脆性材料[2-3]。
金刚石线切割机常用的金刚石线主要为电镀型金刚石线1、电镀型：用电镀的方法在金属丝上沉积一层金属（一般为镍和镍钴合金），并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。
金属镀层是结合剂，金刚石磨料则用于切削加工。
基材是否为环形基材种类金刚石磨料电镀金刚石长切割线环形电镀金刚石切割线单根钢丝基体金刚石切割线多根钢丝基体金刚石切割线不带金属衣的普通金刚石切割线带金属衣的金刚石切割线电镀金刚石切割线目前人们研究和应用较多的是截面为圆形的单根钢丝的金刚石长切割线和环形电镀金刚石切割线。
电镀金刚石长切割线是指采用电镀的方法将金刚石磨料固结到有头的金属基体上形成的切割线，常用基体截面形状为圆形，一般为0.12～0.5mm，主要用于硅晶体、蓝宝石的切割加工。
环形电镀金刚石切割线是指将金刚石磨料电镀到环形金属基体上形成的切割线。
该类切割线使用时一般缠绕到几个导轮上进行单向循环切割，切割过程中无需换向，因此切割速度高。
金刚石线切割技术简析
金刚石线切割技术简析技术简介以生产工艺划分，金刚石线可以分为电镀金刚石线和树脂金刚石线。
金刚石切割线是通过一定的方法，将金刚石镀覆在钢线上制成，通过金刚石切割机，金刚石切割线可以与物件间形成相对的磨削运动，从而实现切割的目的。
金刚石线是用复合电镀的方法将高硬，高耐磨性的金刚石微粉固结在钢丝基体上，而制成固结磨料金刚石锯线。
在切割过程中90%的抗拉强度来自钢丝线，因此钢丝线对金刚石线至关重要。
在自由磨料线锯切割过程中，研磨液由喷嘴直接喷到钢丝线与硅晶体上，由线网的钢丝线带动游离磨料对硅晶体进行切割。
与游离磨料不同，金刚石线将金刚石微分固结到钢丝线上，钢丝线往复移动对硅晶体进行切割。
图：金刚石线构成轴剖面图技术优势传统砂浆的利用钢丝的快速运动将含磨料的液体带入到工件切缝中，产生切削作用。
在切割过程中，碳化硅被冲刷下来，唯有持续进行滚动磨削，而减少切割效率。
碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金刚石硬度在10（莫氏）。
金钢线切割线速度基本在15m/s，正常切割的砂浆线速度基本在9-11.5m/s。
而若金钢线再做突破的话，就应该是要更硬，同时兼有更好的自锐性（多晶金刚石），更稳定的固结方式，更快的线速度。
金刚石切割线相比传统工艺有三大优势：1）金刚石线切割漏损少，寿命长，切割速度快，切割效率高，提升产能；2）品质受控，单片成本低，金刚石线切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片；3）环保，金刚石线使用水基磨削液（主要是水），有利于改善作业环境，同时简化洗净等后道加工程序。
添加剂原理随着金刚石线切割技术的发展及单多晶竞争的日益激烈，多晶硅片将全部由砂浆线切割转变为金刚石线切割。
不过由于金刚石线切割多晶硅片的损伤层浅、线痕明显等问题，常规砂浆线的酸制绒难以在其表面刻蚀出有效的减反射绒面。
目前，针对金刚石线多晶硅片制绒的难题，主要解决办法包括：金刚石线直接添加剂法、干法黑硅(RIE)及湿法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工艺等原因，目前大多数企业以金刚石线直接添加剂法制备金刚石线切割多晶硅片的减反射绒面，当然由于添加剂法制备的电池转换效率低等因素，决定其只是金刚石线切割多晶硅片全面推广的一个过渡阶段。
金刚石绳锯优势及技术难点
古老爆破式矿山开采，既环境破坏严重，而且造成资源浪费。
目前最被推广的矿山开采方式为金刚石绳锯开采矿山。
随着金刚石绳锯的国产化。
金刚石绳锯机的市场竞争突然变得激烈起来。
这一现象的出现预示着或者说是代表着中国石材矿山普及使用金刚石绳锯机的时代已经到来，这将给中国石材矿山开采水平的提高带来革命性的进步。
应用绳锯进行石材矿山开采的优势与传统的“爆破+火焰切割”开采法相比，用绳锯开采花岗岩具有以下优势：1、适应性广，绳锯适用于所有类型矿山，而火焰切割仅适用于石英含量高、裂隙少的花岗岩矿山。
2、功能强、效率高，首先开采深度深，能达到l0～20m甚至更深，火焰切割一般只在10m以内；其次切割速度快，一般能达到3～4m2/h，是火焰切割的2～3倍。
3、绳锯能进行垂直、水平、斜面等各个方向的切割，还能进行盲切，而火焰切割只能进行垂直面的切割。
4、成材率高、综合成本低，首先绳锯的切面非常平整且不会对荒料造成任何内伤，其次锯缝小，只有约11mm，不会造成资源浪费；而火焰切割切面粗糙不平，且对荒料造成一定内伤，而且锯缝大，一般为100～300mm，造成很大的资源浪费，且开采成本也高。
5、安全环保，绳锯开采无噪音无粉尘，不影响附近居民和其他作业面，且自动化程度高，分离式操控，工人劳强度低、安全性高；而火焰切割噪音和粉尘都非常大，严重影响附近居民和其他工人作业，且工人劳动强度大，安全性相对较低。
综上所述，在资源日益紧缺、油价飙升的今天，用绳锯开采花岗石有着显着的经济效益和社会效益。
与金刚石绳锯关联的多种因素包括：串珠的锯切寿命、串珠的锯切速度、串珠在绳锯上的间距、模具设计、正常工作情况下的钢绳的寿命等各种技术难点。
最常见的问题1、绳锯不能锯切与使用最常碰到的是不正确地选用金刚石（常常选用太好的金刚石）、胎体、串珠间距、模具设计或错误的应用参数。
例如，我们选用过高的金刚石密度或太好的金刚石，其锯切性能不是太好。
金刚石将不易碎裂，从而难以产生新的锐利的刃尖。
金刚石线的主要工艺流程
金刚石线的主要工艺流程金刚石线是一种高性能的切割工具，广泛用于石材、混凝土、陶瓷等材料的切割加工中。
其制造过程涉及多个工艺流程，本文将详细介绍金刚石线的主要工艺流程，以供读者参考。
一、金刚石线的制备原理金刚石线的制备原理是将金刚石砂粒和金属粉末混合后，通过高温高压的条件下将其烧结成形。
在烧结过程中，金刚石砂粒与金属粉末相互作用，形成金属基体和金刚石晶粒之间的化学结合，从而形成金刚石线的切削层。
二、金刚石线的工艺流程1. 原料准备金刚石线的原料主要包括金刚石砂粒、金属粉末和黏结剂。
其中，金刚石砂粒是金刚石线的主要切削成分，金属粉末用于形成金属基体，黏结剂用于将金刚石砂粒与金属粉末黏合在一起。
2. 混合将金刚石砂粒、金属粉末和黏结剂按照一定比例混合，形成均匀的混合物。
混合过程中需要注意控制混合时间和混合速度，以保证混合物的均匀性和稳定性。
3. 压制将混合物放入金刚石线压制机中进行压制。
在压制过程中需要控制压力和温度，以保证压制后的金刚石线密度和强度。
4. 烧结将压制后的金刚石线放入烧结炉中进行烧结。
烧结过程中需要控制温度和时间，以保证金刚石砂粒和金属粉末的化学反应完成，并形成金刚石线的切削层。
5. 切割将烧结后的金刚石线进行切割，形成所需长度的金刚石线。
切割过程中需要注意刀具的质量和切割速度，以保证金刚石线的质量和稳定性。
6. 表面处理将切割后的金刚石线进行表面处理，以去除可能残留的金属粉末和黏结剂。
表面处理过程中需要注意处理液的选择和浸泡时间，以保证金刚石线的表面质量和稳定性。
三、金刚石线制备中的注意事项1. 原料的选择和比例需要严格控制，以保证金刚石线的质量和稳定性。
2. 混合过程中需要注意控制混合时间和混合速度，以保证混合物的均匀性和稳定性。
3. 压制过程中需要控制压力和温度，以保证压制后的金刚石线密度和强度。
4. 烧结过程中需要控制温度和时间，以保证金刚石砂粒和金属粉末的化学反应完成，并形成金刚石线的切削层。
(可直接阅读)金钢线切割介绍
金刚线切割介绍
开封恒锐新金刚石制品有限公司 马进东
目录
一、切割技术对比 二、各切割模式的比较 三、金刚线切割单晶介绍 四、金刚线切割多晶介绍 五、金刚线切割模式在单晶和多晶应用的差距
一、切割技术信息对比
游离砂浆切割技术与金刚线切割技术
碳化硅
切割液
钢线
金刚线
切割液
砂浆的切割模式是碳化硅颗粒在硅棒 和钢线之间进行“滚动-压痕”作用 下，实现硅材料的去除。属于三体磨 损。
湿法制绒(WET)
优点
1、低化学品耗用 2、外观与传统电池片一致 3、观察市场消息平均效率提升在 0.5-0.8%
1、设备投资较低 2、与传统酸制绒制程差异不大， 容易整合 3、根据阿特斯报告判断提升约 0.24-0.4%
缺点
1、设备昂贵 2、清洗制程掌握度低 3、设备量产均匀性不确定性高
1、外观金花纹现象存在与后续工 序匹配问题
三、各切割模式的比较
电镀金钢线
树脂金钢线
河南易成新能源股份有限公司
三、金刚线切割单晶介绍
腐蚀时间增加
短时间内，两种硅表面差异很明显。 在随更长时间之后，腐蚀长时间金字塔尺寸将变的相同。
四、金刚线多晶介绍
金刚石切割工艺
金刚石切割工艺金刚石是地球上最硬的物质之一，其硬度仅次于立方氮化硼，是工业中最常用的切削工具材料之一。
金刚石切割工艺是指将金刚石磨片、金刚石锯片等材料进行切割加工的技术。
在石材、建材、瓷砖、玻璃等行业中都有广泛的应用。
1. 切割材料金刚石切割工艺的主要切割材料是磨片、锯片。
磨片是由金刚石和金属粉末粘结制成的磨具，磨片按照用途可以分为手持式、台式和专用磨片。
手持式磨片与角磨机配合使用，可以切割薄石板、水泥板、瓷砖等材料。
台式磨片使用前需要将工件夹紧固定，适合用于研磨平面、边角、凹凸面等工艺。
锯片是由金刚石颗粒与金属粉末烧结制成的切削工具。
锯片主要用于石材、玻璃、陶瓷、建材等行业的切割工艺中，适用于切割大理石、花岗岩、板岩等材料。
2. 切割工艺金刚石切割工艺的切割原理是，利用锯片上金刚石颗粒磨削被切割材料，同时通过润滑剂的冲洗和冷却，将粉尘排出，保持锯片与被切割材料的温度均衡，保持切割平面的质量和切割效果。
切割速度和切削深度是影响切割效果和生产效率的主要因素。
其次是润滑剂和冷却剂的使用，和切割机械工具的维护保养。
切割速度要适当，过快会使锯片表面温度升高，对锯片本身造成疲劳破坏；过慢则会降低效率，同时增加材料的破损率，降低切割质量。
3. 切割机械装备金刚石切割机械装备是金刚石切割工艺的重要组成部分，它们直接影响切割效率和精度。
因此选用适当的机械装备非常重要。
常见的金刚石切割机械装备有平板切割机、双头切割机、多切割机、自动切割机等，不同的设备适用于不同的行业和工艺要求。
平板切割机适用于切割纵向表面；双头切割机可以同时进行两个表面的切割；多切割机可以对多根材料进行批量切割；自动切割机具有自动送料、自动定位、自动检测等功能，适用于批量切割生产。
4. 切割保养与维护金刚石切割机械装备在工作过程中受到的磨损和冲击非常大，因此正确的保养和维护可以延长其使用寿命。
保养和维护主要包括以下方面：（1）及时更换锯片，以防止锯片的破损和损坏。
金刚石绳锯的制作工艺
金刚石绳锯的制作工艺
金刚石绳锯是一种使用金刚石作为切割工具的锯条。
它广泛用于建筑、石材加工、混凝土切割等领域。
下面是金刚石绳锯的制作工艺简要介绍：
1. 选择金刚石：选择具有高硬度、耐磨性和耐冲击性的金刚石颗粒，颗粒的大小和形状也需要根据不同的切割需求进行选择。
2. 制作绳锯基体：将金刚石颗粒与金属粉末（通常是铜粉）混合，按照一定的比例进行搅拌，然后通过压制、烧结等工艺制作成金刚石绳锯的基体。
3. 制作绳锯：将金刚石绳锯基体固定在钢丝绳上，通常可采用焊接、铆钉、注塑等方法将基体与钢丝绳牢固地连接在一起。
4. 打磨和砂轮加工：将金刚石绳锯在砂轮或其他磨削工具上进行打磨，以使其表面光滑，并且可以调整金刚石颗粒的大小和形状。
5. 检测和质量控制：对制作好的金刚石绳锯进行外观检查、尺寸测量等工序，确保产品的质量符合要求。
除了上述工艺外，金刚石绳锯的制作还包括涂层处理、添加剂的选用、温度控制等工艺步骤，以提高金刚石绳锯的性能和使用寿命。
以上是金刚石绳锯的基本
制作工艺，具体的制作过程可能会因不同的生产厂家和产品型号而有所差异。
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摘要：本文着重介绍了金刚石单线切割机的发展技术背景，并就中国电子科技集团公司第四十五研究所基于金刚石线切割自主研发的JXQ-401单线切割机详细的介绍，性能特点，关键技术以及切割工艺实验分析，就金刚石线切割机理分析以及应用进行了初步的探讨。
关键字：恒张力控制 切断 切方 曲线切割
王仲康， 杨生荣
（中国电子科技集团第四十五研究所）
1.整机概括介绍
JXQ-401单线切割机主要用于碳化硅、蓝宝石等脆硬材料的分切。
该产品由中国电子科技集团公司第45研究所自主研发设备，具有4项发明、3项实用新型专利，切割晶片最薄厚度可达180μm 。
与传统游离态多线比较，具有节能环保，切割厚度可任意设定，同时具有切方、切断，异形曲面切割等功能。
设备性能参数
2.技术背景
传统上一般晶锭切成片状的方式是内圆切割，这种切片机的刀片刃口厚度在0.28～0.35mm 之间，加工效率较低，材料损耗大，出片率低、加工晶片表面质量较低,难以加工硬度大、脆性高以及耐磨性好的材料。
并且随着晶圆直径的增大和第三代半导体材料的出现，内圆锯片加工受到其本身结构的限制使得切片切割过程逐渐困难，所以内圆锯片的加工方式在第三代半导体材料和大直径大批量晶片生产中逐渐被边缘化。
上个世纪九十年代发展起来的线切割技术的成熟应用,成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。
线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是
利用线带动游离磨粒，
使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨
图1 整机
万方数据
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削切割。
但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件，则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。
为了改善上面的缺点，切割碳化硅等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固着在钢丝表面,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工,相比游离磨料多线锯的“三体加工”,它属于“二体加工”，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。
金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。
3.关键技术描述及实施方法简述
JXQ-401单线切割机是以金刚石线作为切割线的一种硬
脆材料切割设备，具有切割线张力稳定切片表面粗糙度Ra 可达0.3μm 界同类设备领先地位。
工艺实验表明，M&B
效率，还是断线率，
优于国外同类产品。
图2
切割前后金刚石线变化图
图3
游离磨料和固定磨料切割效率对比图
图4 美国DWT 单线切割机
图5 DWT 单线控制原理示意图
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料的物理特性均能保证切割质量与切割效率。
两个收放线轮、两个张紧轮、两个导向轮组成的布线结构；运行中工作台静止不动，切割线运动整体机构向下运动的切割方式。
JXQ-401单线切割机是通过有效的科学计算，数学建模，实验验证并改进优化，全新自主开发设计的整体结构、智能控制、切割方式，有效地解决了金刚石单线切割机的技术难题。
主导轮可同时开6条平行等间距（0.34mm<槽距
<1mm ）条金刚石线导向槽，可以实现一次多片切割，大大地提高了设备的切割效率。
美国DWT 公司和瑞士M&B 的单线切割机，采用台式的整体结构，在设备研制生产后，先后对碳化硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、
压电陶瓷、玻璃等材料进行针对性的切片，切方，切断
图6 45所JXQ-401单线切割机控制原理图
等形式的切割，取得了较理想的效果。
在切割实验中，从实验数据分析中可以看出，进给速度对切片的表面质量，表面粗糙度、TTV 值有着直接明显的影响。
进给速度在小于0.2mm/min 时，能够获得更好的切割表面质量，在大于0.5mm/min 时能够获得更好的切割效率，进给速度越小，表面质量越好，但是在实际使用过程中，既有保证切片质量，又要切片效率，在切割能力范围内，表面质量与切割效率有着根本的冲突，所以在设备实际使用过程中，用户可根据的实际需求，可以在表面质量与切割效率之间有所取舍，发挥设备的最大性能。
切割能力随着切割材料的硬度的增加而下降，所以对于不同硬度的材料具有不同的切割能力，在设备的实际使用过程中，为获得更高的切割效率可以选择较高的切割进给速度，但进给速度不能超过该硬度材料的最大进给速度。
总之，对于金刚石线切割工艺而言，影响TTV 值、表面粗糙度的因素是多方面的，如线的质量、金刚石线的振动、换向时间、润滑冷却液的物理成分流量大小、导轮材料的耐磨性与刚度以及新线进给量等等都要影响切割质量。
通过近一年的工艺实验，我们已取得了可指导工艺生产的基本参数设置数据库，可为设备
的实用化应用提供支撑。
图8 SiC 切割晶片显微镜观测图（50
倍）
图7 碳化硅切片表面粗糙度检测数据
图9 SiC 切割晶片显微镜观测图（100倍）万方数据
金刚石单线切割设备及切割技术
作者：王仲康， 杨生荣， Wang ZhongKang， Yang ShengRong 作者单位：中国电子科技集团第四十五研究所
刊名：
电子元器件资讯
英文刊名：ECDN
年，卷(期)：2010(3)
本文链接：/Periodical_dzyqjzx201003009.aspx。