金刚石线锯制造工艺研究

收稿日期:2008年11月电镀金刚石线锯的制造工艺研究

高伟,窦百香,李艳红,刘伟

青岛科技大学

摘要:利用复合电镀法,以直径󰀁0󰀁3mm的琴钢丝为基体,选取400#的金刚石作为磨料,选用瓦特型镀液,采用埋砂法制造金刚石线锯。利用显微镜测试了镀层厚度,利用体视显微镜观察了线锯形貌。结果表明,上砂电流密度在2󰀁0A/dm2,上砂时间20min时能够获得金刚石磨粒分布均匀、与基体结合力好的金刚石线锯;给出了本实验条

件下制造电镀金刚石线锯的最佳电镀工艺参数。关键词:电镀;金刚石线锯;制造工艺中图分类号:TG717󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码:A

StudyonManufacturingProcessofElectroplatedDiamondwireSaw

GaoWei,DouBaixiang,LiYanhong,LiuWei

Abstract:Acompositeelectroplatingprocesswasusedtoelectroplateddiamondwiresaw.Pianowirewaschosenastheplat󰀁edcoreoftheelectroplateddiamondwireandthediamondsizewas400#.PuttingthewireintodiamondabrasivesandWatt󰀁type

solutionwereusedtomanufacturingthediamondwiresaw.Thecoatingthicknessandmorphologyofthediamondwereanalyzedbymicroscopeandstereomicroscope.TheresultsshowthatthecurrentdensityoftheNi󰀁diamondcompositeelectroplatingintherangeof2.0A/dm2andthetimeoftheNi󰀁diamondcompositeelectroplatingwas20min,diamondabrasiveswillbedistributedwellandthecoatinghadbetteradhesiontothesubstrate.Theoptimumprocessparametersofmanufacturingthediamondwiresawwerecon󰀁

firmed.Keywords:electroplated;diamondwiresaw;manufacturingprocess

󰀁󰀁1󰀁引言

随着硬脆材料应用的日益广泛,对其加工要求

也越来越高,特别是对单晶硅、宝石等贵重硬脆材料

的精密切割加工要求越来越高。然而,我国的硬脆

材料高效精密切割加工还处在发展阶段,加工效率

较低,材料浪费严重。目前,在硅晶体等硬脆材料的

切割中主要采用游离磨料线锯切割技术,即边切割

边向钢丝送带有磨料的浆液(金刚石或碳化硅浆

液)。但是游离磨料线锯切割技术具有明显的缺点:

切割效率低,锯口损耗大,表面粗糙度和面型精度难

以控制,浆液回收困难,工作环境恶劣等等[1]。

为解决上述问题,固结磨料线锯的研究越来越

受到国内外研究者的关注,特别是电镀金刚石线锯

和树脂结合剂线锯的研究[1-3],但树脂结合剂线锯

的耐磨性和耐热性不如电镀金刚石线锯好。金刚石

线锯是将高硬度、高耐磨性的金刚石磨粒通过电镀

的方式牢固地把持在钢丝基体上而制成的一种切割

工具。此外,电镀金刚石线锯具有切割效率高、锯切

力小、锯缝整齐、切面光整、出材率高、噪音低,对环

境污染小等优点,不仅适用于加工石材、玻璃等普通

硬脆材料,而且特别适合锯切陶瓷、宝石、水晶等贵重的硬脆材料[4]。本文利用复合电镀法研究了电镀

金刚石线锯的制造工艺,并给出了制造电镀金刚石

线锯的最佳工艺参数。

󰀁󰀁2󰀁锯丝的制备

锯丝基体采用强度高、柔韧性好的直径󰀁0󰀁3钢

琴丝,金刚石采用英国DeBeers公司提供的400#的

天然金刚石磨料。本实验制造的电镀金刚石锯丝长

度为300mm。电镀金刚石锯丝的制备工艺流程如图

1所示。

图1󰀁电镀金刚石锯丝制备工艺流程图

2.1󰀁前处理

实验前要对基体进行前处理。前处理的目的是

去掉锯丝基体上的油污和氧化层,提高基体和镀层

间的结合力。电镀金刚石线锯的前处理工序与普通

电镀的前处理工序基本相同。前处理的主要工序如

图2所示。

图2󰀁前处理的主要工序

先用400#的砂纸将基体表面较厚的氧化皮磨56工具技术掉;再用金属清洗剂配制的碱液煮沸30min,除去基

体表面的油污;然后将冲洗干净的钢丝放到10%的

盐酸溶液浸蚀5min,除去基体上残留的氧化皮和

锈;最后用去离子水清洗干净。

磨料选择400#的金刚石,磨粒直径为38󰀁m。金刚石在使用之前要经过磁选处理,金刚石由于有

磁性包裹体的存在,在电镀中容易引起镍瘤,因此在

电镀前应用磁铁将磁感应较大的金刚石除去。水对

金刚石的浸润性较差,由于界面张力的作用,使金刚

石在镀液中漂浮,影响上砂,所以在上砂前要对金刚

石使进行碱洗和酸洗,以提高金刚石的亲水性,还能

除去金刚石表面的杂质。本实验采用的处理方法

为:将金刚石磨料放入NaOH溶液中煮沸10min,除

去金刚石表面的油污;再放入浓HNO3溶液中浸泡

24小时,去除表面杂质,同时使金刚石表面变得粗

糙,达到亲水目的;最后用去离子冲洗后用镀液浸泡

以备使用。

2.2󰀁镀液的成分及电镀设备

实验选用瓦特型镀液进行电镀金刚石线锯,具

体的镀液组成见表1。表1󰀁镀液组成

名称硫酸镍硼酸氯化镍十二烷基硫酸钠1.4丁炔二醇浓度(g/L)25035300.11.0

实验在自制的电镀设备上进行,电镀电源采用

HY1711型直流电源,电压和电流分别可在0-30V

和0-1󰀁2A的范围内连续可调。为提高电流调整的

精确度,串联一个0-500mA的电流表。电镀时采

用水浴加热,电镀槽用4mm厚的硬PVC板制成,电

镀槽尺寸为400mm󰀁150mm󰀁200mm。砂槽使用

1mm厚的硬聚氯乙烯板,用树脂胶粘结而成,要求

越小越好,但又必须保证基体在砂槽中放置时与砂

槽内壁保持2-3mm左右。砂槽尺寸为300mm󰀁

30mm󰀁35mm。砂槽个表面尽可能多的钻上直径为

3mm的小孔,打磨平后将400#尼龙网用胶粘在砂槽

内壁。采用四条稳固的PVC脚腿支起砂槽,使其不

与电镀槽底直接接触,以增加透气性。镀液温度为

35󰀁,镀液温度由TDA系列温度显示调节仪控制。

镀液的PH值为4.5。

2.3󰀁预镀

锯丝基体经过前处理后可以进行预镀镍,预镀

的目的是为了在基体与金刚石之间增加一个过镀

层,增加镀层与基体的结合力。镀层与基体的结合

力是影响工具寿命的重要因素,镀层结合力大小与

预镀电流密度的大小有密切关系。实验1为预镀电流密度对锯丝镀层结合力的影响。实验采用的预镀时间为30min,电流密度分别为0.5A/dm2、1A/dm2、

1.5A/dm2、2A/dm2,然后将锯丝缠绕在直径为20mm

的圆柱上观察镀层的裂纹与剥离现象,来评价镀层

与基体的结合力。通过实验1确定了最佳预镀电流

密度。

实验2为镀层厚度与时间的关系。实验采用的

电流密度为1.5A/dm2,预镀时间分别为10min、

20min、30min、40min、50min,通过实验2得出了镀层

厚度与时间的关系曲线,从而确定了预镀时间。

2.4󰀁上砂

经过预镀之后就可以进行上砂了,上砂是把刚

石磨粒电镀到预镀的镍镀层上,是电镀金刚石线锯

制作中最关键的一步。上砂一般分为埋砂法和落砂

法。埋砂法是将锯丝基体埋入砂槽中,轻轻晃动砂

槽使金刚石磨料与锯丝基体紧密接触,确保上砂均

匀。落砂法是采用搅拌的方法使金刚石磨料悬浮在

镀液中对锯丝基体进行上砂的方法。由于不锈钢丝

基体为圆柱形,落砂法很难保证在钢丝表面均匀地

沉积金刚石磨料,所以实验采用埋砂法。

影响金刚石密度的因素有上砂电流密度及上砂

时间。当上砂时间为20min时,改变阴极电流密度,

研究阴极电流密度对锯丝表面金刚石磨料密度影

响。上砂电流密度分别为0.5A/dm2、1󰀁0A/dm2、

1󰀁5A/dm2、2󰀁0A/dm2、2󰀁5A/dm2,通过实验确定了金

刚石磨料分布均匀的最佳上砂电流密度。当上砂电

流密度为2󰀁0A/dm2时,通过改变上砂时间得出金刚

石磨料分布均匀的最佳上砂时间,实验采用的上砂

时间分别为20min、30min、40min、50min。

2.5󰀁加厚

上砂后,便可进行加厚。加厚就是随着电镀时

间的加长,使镀层沉积到一定的厚度。理想的厚度

是将金刚石粒径的2/3埋在镀层里。在1󰀁5A/dm2

的电流密度下,按时间公式计算出理论加厚时间为

t=󰀁󰀂󰀁1000Dk󰀁kK[6]

式中󰀁t󰀁󰀁󰀁电镀时间(h)󰀁󰀁󰀁󰀁镀层厚度(对于电镀金刚石来说厚度

取金刚石颗粒的平均粒径mm)󰀁󰀁󰀁󰀁金属比重(对于镀镍取8.8g/cm3)

Dk󰀁󰀁󰀁电流密度(一般取1.5A/dm2)

󰀁󰀁󰀁󰀁电流效率(镀镍时取95%)

K󰀁󰀁󰀁电化当量(镍的电化当量为1.095)

计算结果为2h,通过实验得出,当加厚时间为

1󰀁2h时,得到的镀层厚度能将金刚石粒径的2/3埋

在镀层里。理论加厚时间和实际加厚时间差别很

大,其原因是金刚石的存在占了总体积的50%左572009年第43卷󰀁7右,因此,缩短了电镀时间。

2.6󰀁后处理

电镀结束后,取出锯丝用去离子水冲洗干净,进

行除氢处理。电镀过程中,总会有H+在阴极上还

原为H原子,其中一部分形成H2排出,另一部分则

以H原子形态渗入到基体和镀层的金属晶格中,即

渗氢。渗氢使晶格歪曲,因此产生很大的内应力,发

生󰀁氢脆󰀁现象。为了预防电镀金刚石线锯在使用时

发生氢脆现象,电镀完成后就要立刻进行除氢处理,

一般是将锯丝放在烘箱中加热至200󰀁并保温2小

时。

󰀁󰀁3󰀁电镀工艺参数对锯丝质量的影响

3.1󰀁预镀电流密度及预镀时间

预镀电流密度对镀层结合力的影响见表2。表2󰀁预镀电流密度对锯丝镀层结合力的影响序号电流密度(A/dm2)弯曲后观测镀层表面结果10.5表面产生细裂纹21结合牢固无裂纹和剥落现象31.5结合牢固无裂纹和剥落现象

42镀层出现剥离

由表2可以看出,当阴极电流密度为0.5A/dm2

时,弯曲后镀层表面产生微细裂纹,这是因为电流密

度过低,阴极极化作用小,镀层结晶晶粒较粗而导致

的。当电流密度在1.0-1.5A/dm2时能够获得较好

的镀层结合力,这时电流密度使镀层结晶细致紧密,

内应力小,所以弯曲时无裂纹和剥落现象。当电流

密度为2.0A/dm2时,由于超过了获得良好镀层的电

流密度上限,阴极析氢严重使镀层结晶不规律,内应

力过大,因此,弯曲后镀层出现剥离现象。所以,为

了提高电镀效率,取预镀电流密度为1.5A/dm2。

图3󰀁镀层厚度与时间的关系

图3是镀层厚度与时间的关系曲线,在开始电

镀时,由于钢丝基体直径较小,所以镀层厚度增加较

快,随着电镀过程的进行,被镀件的直径逐渐增加,

因为电流密度不变,所以被镀件的直径变化较缓慢,

及镀层厚度增加量逐渐减少。反应在图上即为镀层

增长厚度的斜率逐渐减小。

预镀层厚度一般为1-

3󰀁m[5],本实验获得的预镀层厚度为3󰀁m,由图3可以看出,电流密度在

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环形金刚石线锯切割大理石试验研究

第ｚ３卷第６期　２０１１年１２月　超　硬　材　料　工　程　

ＳＵＰＥＲＨＡＲＤ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．Ｚ３　

Ｄｅｃ．２Ｏ１１　

环形金刚石线锯切割大理石试验研究①　

刘莹　，王进保　，陈超　，吕智　

（１－桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林５４１００４；２．桂林矿产地质研究院，广西桂林５４１００４）　

摘要：选用环形电镀金刚石线锯切割大理石，分析了锯丝线速度、工件进给速度和锯丝张紧力对大理石　表面加工质量的影响，研究了金刚石锯丝的磨损机理。结果表明：．３－件进给速度对大理石表面粗糙度的影　响最大，锯丝线速度对大理石表面粗糙度的影响次之，锯丝张紧力对大理石表面粗糙度的影响再次之。在　本试验参数范围内，最优工艺参数为：工件进给速度为１Ｏｍｍ／ｍｉｎ，锯丝线速度为３０ｍ／ｓ，锯丝张紧力为　

１００Ｎ。　关键词：环形金刚石线锯；失理石；正交试验；表面粗糙度　中图分类号：ＴＧ７４；ＴＱ１６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１４３３（２０１１）０６—０００１—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｅｎｄｌｅｓｓ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｗｉｒｅ　ｓａｗ　ｆｏｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｍａｒｂｌｅ　

ＬＩＵ　Ｙｉｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｊｉｎ－ｂａｏ　，ＣＨＥＮ　Ｃｈａｏ　，ＬＵ　Ｚｈｉ。　

（１．Ｇｕｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４。Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｇｕｉｌｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃ，．ｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｒｂｌｅ，ｔｈｅ　ｅｎｄｌｅｓｓ　

ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｗｉｒｅ　ｓａｗ　ｉｓ　ｃｈｏｓｅｎ　ｆｏｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｍａｒｂｌｅ　Ｉ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅ—　

电镀制备金刚石线锯时扫砂管喷砂口流速的仿真分析与实验研究

• 133

• DOI: 10.19289/j.1004-227x.2020.03.003

电镀制备金刚石线锯时扫砂管喷砂口流速的仿真分析与实验研究

马晓宾1，葛培琪1, 2, *，毕文波1，孟剑峰1

（1.山东大学机械工程学院，山东济南 250061；

2.山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东济南 250061）

摘要：针对电镀金刚石线锯的过程中采用一端进液扫砂管时上砂槽内沉砂、上砂不均等现象，设计了中间进液扫砂管，并在

1.40 m/s和1.80 m/s的入口流速下对两种扫砂管进行了流场仿真分析及实验研究。结果表明，两种结构扫砂管的仿真分析与实

验结果都比较吻合。在研究的入口流速下，一端进液扫砂管上距离入水口最远的喷砂口的流速最大，随着喷砂口与入口距离的

减小，流速逐渐减小；中间进液扫砂管左右两端喷砂口的流速最大，入水口两侧的流速大致对称分布。中间进液扫砂管在上砂

槽内的搅拌效果优于一端进液扫砂管。

关键词：金刚石线锯；复合电镀；搅拌；喷口；流速；仿真

中图分类号：TQ153.2 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2020) 03 – 0133 – 05

Simulational and experimental studies on flow rates at the blow holes of bath agitation pipe during composite

electroplating for manufacturing of diamond wire saws // MA Xiaobin, GE Peiqi*, BI Wenbo, MENG Jianfeng

Abstract: As for the problems existing in the bath agitation pipe with an inlet at one end for manufacturing diamond wire

金刚石圆锯片刀头制造新工艺

摘要：提出一种低温电镀法与粉末冶金热压法相结合制造金刚石圆锯片刀头的新工艺。该工艺采用电镀法制造金刚石复合基块作为金刚石圆锯片刀头的骨架与磨料，再通过低熔点金属粉末粘结制成金刚石圆锯片刀头。试验说明，该工艺制备的金刚石刀头锋利耐用，并具有良好的性能价格比。

关键词：金刚石圆锯片刀头电镀粉末冶金Wu Jian et al

New Method of Making Diamond Sawing Blades for Processing Marble and

Granite

Abstract： A new method of making diamond sawing blades for processing marble

and granite with low cost and high efficiency is presented．By this method，diamond

composites are made by electroplating and segments are produced by applying the

metal powder binder with low melting points．Experiments prove that the segment is

sharp and endurable，and has a satisfactory performance-cost ratio．

Keywords： diamond sawing blade segment electroplating powder metallurgy

一、引

在将大理石、花岗石由荒料加工为饰面板材的过程中，锯切加工是极为关键的工序，锯切加工本钱占整个石材加工本钱的50％以上。因此，降低锯切工具即金刚石圆锯片刀头的制造本钱，进步其使用性能和寿命，就成为降低石材加工本钱的重要途径之一。

金刚石线锯切割加工实验报告

尊敬的生物实验室各位老师：

首先，非常感谢裕华给了我一个很好的实习机会，感谢公司一直以来对我的信任和关照，感谢公司给予我发挥个人优势的平台。在公司工作的n个月当中，公司给了我很多的培育，让我学到了许多，也进步了许多，同时也看到了社会竞争的残酷无情。但由于在公司里得不到我想要的东西，无论是精神上，还是物质生活上，为此，我很遗憾地在这里向公司提交辞呈。来裕华已经n个月了，虽然有点不舍，经过多方面的考虑，我还是打算辞职。

大家好!请允许我以这样的形式向你们表达最深的敬意和谢意，并申请辞职。辞职完全是由于我个人的原因，我觉得该为我3个月的生物实验室实习生活划上完整的句号了。

截止到昨天的最后一班，我顺利地完成了自己的职责，并在心中默默地向生物实验室惜别。当然，这种离别只是一种工作关系的改变而已，我的心依然深深地维系着生物实验室。今后，生物实验室出现更多的将是我学习和求索的身影，我以同样的执着与热情期待我们的生物实验室越建越好，能为学生们提供越来越多的服务。

在此，我深深地感谢生物实验室为我提供了这份工作，并感激阅览部老师3个月来对我的关怀与照顾。可以说，生物实验室在我最困难的时候给了我恰到好处的帮助，使我渐渐地在惠大适应过来，并不断地学习成长。生物实验室简直就是我的衣食父母，这不仅是生活上的，还有学习上和精神上的。最后，无论多么不舍得，孩子长大了终究是要离开父母的，他必须学会独立地面对生活。而我，也终究要学会面对离别。各位老师，可能有点辜负你们的期待了，你们都希望我能做完这个学期，但我却在此时退出，为此我深感歉意。实因一张张新的面孔的出现，一张张熟悉的面孔离开，生物实验室实习工作已经顺利地实现了级际替换，我也应该把机会留给更需要的人。

如果因为我的离开而给各位老师带来什么不便的话，也只好敬请各位老师的原谅，我只能抱歉地说一声“老师辛苦了!”，我会在心中一直感谢你们的，感谢你们在我的人生旅途中，送给了我那么多。我暂时无以为报，只能祝福各位：“好人一生平安!”。谢谢

金刚石圆锯片的力学性能研究及工艺优化

金刚石圆锯片作为一种切割工具,广泛应用于混凝土、耐火材料、石材,陶瓷等硬脆材料的加工。但由于其超薄的结构,工作时在外力的作用下极易发生轴向变形,甚至断裂;另外圆锯片在工作时所产生的噪声也会对环境造成极大的危害。

本文主要对圆锯片的平面应力、动态特性以及加工工艺进行研究,主要内容包含以下方面:对金刚石圆锯片的几种平面应力进行了理论研究,主要分为五部分:离心力的理论研究、锯切力的理论研究、热应力的理论研究、适张应力的理论研究和回火应力的理论研究。分析了它们对圆锯片稳定性的影响,从而为第三章的有限元仿真分析和圆锯片的结构优化提供理论支持。

利用有限元软件ANSYS Workbench对圆锯片进行静力学与热力学仿真,得到圆锯片在仅受离心力、锯切力、热载荷和三种载荷共同作用下的变形和应力分布的规律,并以此为依据,对圆锯片的径向槽进行结构优化,把槽的底孔半径、槽深、槽宽和槽的倾斜角作为变量,对圆锯片进行热力耦合分析,得到径向槽最优的结构参数,从而提高圆锯片的力学性能。对金刚石圆锯片进行动态特性分析,确定其固有频率和各阶阵型,并分析了影响锯片动态特性的主要因素(如预应力、法兰盘直径、基体厚度);并对开圆形降噪孔锯片、复合型锯片的振动特性进行了研究,以此对开圆形降噪孔锯片的孔径大小、分布位置及圆孔数量进行了优化,确定了复合型圆锯片的夹层阻尼材料类型与最佳夹层厚度,并将优化后的复合型圆锯片与普通圆锯片进行振动衰减实验对比,结果表明:复合片的振动强度与衰减时间与常规锯片相比有大幅度减小,从而为圆锯片的减振降噪设计提供技术支撑。

基于目前对复合型圆锯片制造工艺的分析,结合优化后的复合型圆锯片的结构特点,对其中的关键工序(如点焊、热处理、磨削等)的工艺参数及加工方式进行优化,并探讨了上述关键工序的加工控制要求。

金刚石线锯超声切割二氧化锆陶瓷的实验研究

２００７年６月　总第１５９期第３期　金刚石与磨料磨具工程　Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｕｎｅ．２００７　Ｓｅｒｉａｉ．１５９　Ｎｏ．３　

文章编号：１００６—８５２Ｘ｛２００７）０３一ＯＯ６４－０３　

金刚石线锯超声切割二氧化锆陶瓷的实验研究　

张辽远　，　贾春德　吕玉山　慕丽　刘玉梅　

（１．沈阳理工大学，沈阳１１０１６８　２．长春理工大学，长春１３００２２）　

摘要本文采用电镀金刚石锯超声振动切割加工方法研究了磨粒度、线往复运动频率、侧向压力等工艺参数对二氧化　

锆陶瓷材料去除率的影响及表面粗糙度的关系。实验结果表明该种加工方法与相同实验条件下的未施加超声振动相比　

当磨料粒度为１８０　、线锯往复运动频率４５０　Ｈｚ、侧向压力１０　Ｎ时，其加工材料去除率为２１．８　ｍｍ／ｍｉｎ；而未施加超声振　

动，其加工材料去除率仅７．５　ｍｍ／ｍｉｎ；提高了近３倍。表面粗糙度也由Ｒ。１．３—１．５　ｍ降低到Ｒ　０．７～０．８ｐ￣ｎ０从其加　

工表面的形貌特征可以清楚地看到，施加超声振动的切割表面与未施加超声振动的切割表面相比，其加工表面没有明显　

的切割条纹，是一种云雾状表面。这一点与测得的表面粗糙度的结果一致。　

关键词硬脆材料；超声波加工；金刚石线锯；表面质量　

中图分类号ＴＱ１６４　文献标识码Ａ　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　

ｏｆ　ＺｒＯ２ｃｅｒａｍｉｃ　ｔｈ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｗｉｒｅ　ｓａｗ　

Ｚｈａｎｇ　Ｌｉａｏｙｕａｎ　・　Ｊｉａ　Ｃｈｕｎｄｅ　Ｌｕ　Ｙｕｓｈａｎ　Ｍｕ　Ｌｉ　Ｌｉｕ　Ｙｕｍｅｉ　

（１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉｇｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｃｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）　

（２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２，Ｃｈｉｎａ）　

电镀金刚石线锯上砂方式的进展

王亮亮１，２王秦生１・２董国旭２梁鹏伟２

（１中原工学院，郑州４５０００７）

（２郑州人造金刚石及制品工程中心有限公司，郑州４５０００７）

摘要电镀金刚石线锯上砂方式分为埋砂法、落砂法和刷镀法等多种方法。埋砂法是将线锯基体埋

在堆积于镀液内的金刚石微粉之中，完成上砂。落砂法是将线锯基体淹没于镀液之中，悬浮在镀液中的微粉落在基体上完成上砂。刷镀法是在电镀槽内加置毛刷，通过毛刷的转动完成上砂。目前电镀金刚

石线锯的生产大多采用埋砂法，生产速度较慢。落砂法和刷镀法制备电镀金刚石线锯技术还不成熟，有

待突破。本文综述了电镀金刚石线锯上砂的不同方式和形式以及上砂工艺参数的选择，对电镀金刚石

线锯生产速度的提高具有一定的参考价值。

关键词电镀金刚石线锯；上砂方式；生产速度

Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓａｎｄ－ｔａｃｋｉｎｇ－ｏｎｆｏｒ

ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄｗｉｒｅｓａｗ

ＷａｎｇＬｉａｎｇｌｉａｎ９１”，ＷａｎｇＱｉｎｓｈｅｎ９１”，ＤｏｎｇＧｕｏｘｕ２，ＬｉａｎｇＰｅｎｇｗｅｉ２

（ＪＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００７．Ｃｈｉｎａ）

（２ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＳｙｎｔｈｅｔｉｃＤｉａｍｏｎｄａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００７，Ｃｈｉｎａ）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓａｎｄ—－ｔａｃｋｉｎｇ・－ｏｎｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄｗｉｒｅｓａｗｉｎｃｌｕｄｅｓ

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SiC单晶线锯切片及电镀锯丝制造技术的研究进展

高玉飞;葛培琪;刘全斌;毕文波

【摘要】针对碳化硅(SiC)单晶硬度高、脆性大,金刚石线锯切片时工具磨损快、切割效率低、晶片表面亚表面易出现微破碎损伤,使SiC单晶高质量切片和高性能锯丝制造技术成为关键和难点的状况,综述了SiC单晶线锯切片及电镀金刚石锯丝制造技术的研究现状,对其中存在的问题进行了概括与分析,并提出了SiC单晶金刚石线锯切片技术的未来研究方向.

【期刊名称】《河北科技大学学报》

【年(卷),期】2013(034)006

【总页数】6页(P501-506)

【关键词】SiC单晶;线锯切割;表面质量;金刚石锯丝

【作者】高玉飞;葛培琪;刘全斌;毕文波

【作者单位】山东大学机械工程学院,山东济南 250061;山东大学机械工程学院,山东济南 250061;山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南 250061;山东信远集团有限公司,山东烟台 265200;山东大学机械工程学院,山东济南

250061

【正文语种】中文

【中图分类】TH161.1;TQ153

碳化硅(SiC)单晶是继第一代半导体材料单晶硅(Si)和第二代半导体材料砷化镓(GaAs)后发展起来的第三代半导体材料,具有宽禁带、高热导率、高饱和电子漂移速率、高临界击穿电场、化学性质稳定等特点，是制作氮化镓(GaN)基蓝色发光二极管的理想衬底，也是制作高温、高频、抗辐照、大功率电子器件的重要材料[1]。特别是在极端条件和恶劣环境下的应用，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件，因此在半导体照明工程、核反应堆、原油勘探、电力系统、航空航天与国防中具有广阔的应用前景[1-2]。这一切将会给SiC器件带来巨大的需求增长。

SiC单晶的生长与加工是目前国际上的研究热点，一些国际电子业巨头也都投入巨资发展SiC半导体器件。由于一些特殊方面的应用，国外碳化硅生产企业对中国进行禁运。中国中科院物理所、上海硅酸盐研究所、山东大学、西安理工大学、中国电子科技集团第四十六所等单位纷纷开展对SiC单晶的研究，在实验室中已生长出4英寸(约101.6 mm)的SiC单晶。相对于近年来SiC单晶生长技术取得的突破，加工技术有待提高。SiC单晶在机械加工阶段的关键工序为晶棒切片→粗研磨→精研磨→抛光，研磨阶段主要是为了去除切割刀痕及切割引起表面加工变质层，降低表面粗糙度[2]。其中，切片加工环节十分关键，最初的成形加工，晶片总厚度偏差(TTV)与翘曲度(Warp)主要由切片工艺引起[3]。由于SiC单晶硬度高(莫氏硬度为9.2～9.6，仅次于金刚石莫氏硬度10)与脆性大的力学特性，使其切片加工难度很大，主要体现在：刀具磨损快，切割效率低，切片表面亚表面易出现微破碎缺陷。尤其是SiC单晶切片表面出现的异常深划痕和凹坑等缺陷，直接影响后续研磨工序加工质量，给磨抛工序带来极大的工作量。目前，SiC单晶切片厚度已薄到0.5 mm[4]，尺寸增大和切片厚度变薄给SiC单晶切片加工带来极大挑战。

金刚石线锯简介

- 1 - 金刚石线锯晶片切割简介

传统砂浆切割设备在2010年的快速发展，由于砂浆中使用的主要原料聚乙

二醇（PEG）其COD值较高，对于水体环境影响较大，环保政策逐步严苛。

国外金刚线的推广程度较快，从2010年开始，瑞士MB的DW288、日本NTC

的PV500D、东洋的T-8252B、安永的TW-320C、高鸟的MWS-4450DD等均推出

了不同型号的金刚石线多线切割机。例如日本有超过90% 金刚线切片如东洋、

美国的MEMC、Sunpower ；

金刚线加工主要是静压使晶硅破碎，往复走线过程在晶硅表面形成刮擦状的

非晶硅；形成脆性+

塑性的独特的加工方式。

- 2 - 国内2012年随着环保政策的要求及金刚石线成本的降低，以及切割技术的

进步，硅片厚度已经逐步从超过200um的水平逐步下降至180、160um的水平，

硅片实验室切割水平硅片厚度已经可以达到140um，甚至更低的水平。

P型单晶普通电池和P型多晶PERC电池成本相当，单晶电池竞争力回升，

多晶市场主导地位受到挑战。多晶硅光伏产品行业目前也在加速推进金刚线切割

多晶硅及制绒技术的研究与应用。伴随电池技术进步，硅片薄片化是未来必然的

发展趋势，通过薄片化可以降低硅片硅耗，提高硅片产量，进而降低硅片切割的

硅成本。金刚线切片技术在单晶加工领域获得了巨大的推广。在成本和环保的双

重压力下，国内多家单晶硅片生产公司如西安隆基、内蒙古中环、锦州阳光、卡

姆丹克、申和热磁、晶龙等行金刚线切片。多晶金刚线方面上海卡姆丹克、浙江

昱辉、保利协鑫、晶科等公司进行传统砂浆切割设备的改造，有改造成功案例。

项目金刚线切割砂浆切割

切割线表面镀有金刚石的钢线表面光滑的钢线或结构线

碳化硅 NA 新碳化硅+回收碳化硅

切割液水性冷却液以PEG,DEG为主要成分

切割效率切割速度快1.4-2.0mm/min 速度慢0.4-0.5mm/min

砂浆配置 NA 需充分搅匀砂浆

金刚石线锯超声振动切割SiC锯切力的实验研究

西安理工大学学报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１２）Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．１　８５　

文章编号：１００６－４７１０（２０１２）０１－００８５－０５　

金刚石线锯超声振动切割ＳｉＣ锯切力的实验研究　

张洁　，杨润　，李淑娟　，李言　

（１．西安理ｑ－大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安７１００４８；２．西安理工晶体科技有限公司，陕西西安７１００７７）　

摘要：在建立金刚石线锯普通切割ＳｉＣ各锯切参数与锯切力关系的基础上，研究了振动切割中各　

参数对锯切力的影响机理和锯丝磨损对ＳｉＣ切割表面质量的影响，并采用单因素进行锯切参数对　锯切力和ＳｉＣ切割表面形貌的试验研究。结果表明：同等条件下，超声振动切割比普通锯切的平均　主锯切力明显减小；相对于锯切速度和工件转速，工件进给速度对锯切力的影响更为明显；增大振　幅直接扩大了介于工具一工件间的动态容屑空间，有利于排屑。正确选择锯切工艺参数尤其是进给　速度和振幅，对锯切力和动态容屑空间的平衡至关重要。　关键词：金刚石线锯；振动切割；锯切力　

中图分类号：ＴＧ７３２。ＴＧ７１７　文献标志码：Ａ　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｓｃｒｏｌｌ　Ｓａｗ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　ＳｉＣ　

ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ　，ＹＡＮＧ　Ｒｕｎ　，ＬＩ　Ｓｈｕｊｕａｎ　，ＬＩ　Ｙａｎ　（１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００４８，Ｃｈｉｎａ；　２．ＸＡＵＴ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ　Ｌｔｄ，Ｘｉ’ａｎ　７１００７７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｕｎｄｅｒ　ｗｉｒｅ　ｓａｗ　ｆｉｘｅｄ　ｄｉａｍｏｎｄ　ａｂｒａｓｉｖｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ＳｉＣ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｗａｆｅｒｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｆｏｒ　ｅａｃｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ—　ｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｒｅ　ｓａｗ　ｗｅａｒ　ｈａｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ＳｉＣ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｗａ－　

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