专利名称：固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线及其制作方法
技术领域：
本发明属于切割加工技术领域，涉及一种可广泛应用于陶瓷材料、硅晶体、宝石等硬脆材料切割加工的超硬磨料的切割线，具体说是一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线及其制作方法。
背景技术：
随着太阳能光伏产业以及LED节能技术的发展，硅晶体、蓝宝石等非金属硬脆材料的应用越来越广泛。而切割加工是这些硬脆材料加工的关键工序，其主要技术要求为切割效率高，切割成本低，切缝窄，表面损伤小，无污染等。目前，通常用电镀金刚石切割线或电镀立方氮化硼切割线来切割加工这些硬脆材料，电镀金刚石切割线和电镀立方氮化硼切割线都具有切割效率高，能耗低，切缝窄、无环境污染等特点。但它们也都有各自的局限性，以金刚石为切割磨料的切割线存在的主要问题是由于金刚石的热稳定性较差，在空气中为600 850°C，在切缝窄，切削液冷却效果差的情况下，由于高速磨削产生的高温容易使金刚石磨料产生氧化或表面石墨化，金刚石硬度下降，产生快速磨损，从而降低金刚石切割线的使用寿命。特别对于大尺寸硅锭的切割加工时，由于冷却不良，金刚石表面硬度降低或石墨化的现象越严重。以立方氮化硼为切割磨料的切割线存在的主要问题是虽然立方氮化硼磨料的热稳定性非常好，能耐受1200 1400°C的磨削温度，但立方碳化硼的硬度较金刚石磨料低， 在切割较高硬度的材料，如蓝宝石时，其磨损较快。另外立方氮化硼在较高的磨削温度下容易和水反应，加快立方氮化硼磨料的磨损。因此采用水基切削液时，需对切削液做特殊处理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线及其制作方法，自身的硬度适宜，热稳定性好，适用范围广，切割线锋利性好，切割效率高；制作材料选择合理，制作方法简单。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，包括金属钢线、固结在金属钢线上的磨料，其特征在于所述的磨料是金刚石和立方氮化硼混合磨料，所述金刚石和立方氮化硼混合磨料通过电镀镍的方式固结到金属钢线上。对上述技术方案的改进所述金刚石和立方氮化硼磨料的粒径范围为5-75 μ m。对上述技术方案的进一步改进所述金属钢线的直径小于1. 5mm。对上述技术方案的进一步改进所述金刚石磨料与立方氮化硼磨料的重量比为 1 :0. 1 10。对上述技术方案的进一步改进所述金属钢线为直钢线、波纹钢线、钢绞线或钢丝绳。
对上述技术方案的进一步改进所述的金属钢线表面有镀铜层。一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的制作方法，其特征在于制作步骤如下
按一定比例称取金刚石磨料和立方氮化硼磨料，充分混合后用浓硝酸浸泡活化，清水清洗至中性备用；将金属钢线碱洗除油，酸洗除锈，清水清洗，再以电镀的方法将金属镍和金刚石和立方氮化硼混合磨料固结到金属钢线上，清洗干燥后制成固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线。对上述技术方案的改进所述金刚石和立方氮化硼磨料的粒径范围为5-75 μ m， 所述金刚石磨料与立方氮化硼磨料的重量比为1:0. 1 10，所述金属钢线的直径小于 1. 5mm，所述金属钢线为直钢线、波纹钢线、钢绞线或钢丝绳。对上述技术方案的进一步改进在固结金刚石和立方氮化硼混合磨料之前，对所述金属钢线表面镀铜。本发明的优点和积极效果是
1、固结金刚石和立方氮化硼混合磨料切割线锋利性好，切割效率高。由于金刚石和立方氮化硼磨料的热稳定性和硬度有一定差异，在切割过程中，由于切割温度的作用，金刚石磨料表面软化，硬度降低，磨损加快，这时立方氮化硼磨料起主要切割作用。立方氮化硼磨料由于硬度较低，在逐渐磨损过程中，金刚石磨料会重新参与切割，并起主要切割作用。如此循环，金刚石磨料和立方氮化硼磨料在切割过程中可以实现交替切削、交替磨损，能长时间保持切割线的锋利性，提高了切割效率。2、适用范围广。可以充分发挥金刚石磨料的高硬度和立方氮化硼磨料的热稳定性，从而使这种切割线不仅可以适用于切割大尺寸的硅锭等较软的硬脆材料，也适用于切割尺寸较小的蓝宝石等较硬的硬脆材料，扩大了切割线的适用范围。单纯的电镀金刚石切割线在高温下易和钢铁反应，不能切割钢铁类材料，本发明结合了金刚石的高硬度和立方氮化硼的热稳定性，因此即可良好应用于切割蓝宝石，钻石等高硬度材料，也可良好应用于无法进行良好冷却的切割场合，如钢铁类材料的切割加工。3、通过改变金刚石磨料和立方氮化硼磨料的配比有针对性地制造出适用于各种特定材料的切割线，如，对于蓝宝石的切割加工，由于蓝宝石的硬度较高，因此，保持磨料的高硬度为主要问题，这时应适当提高切割线的金刚石含量比例，降低立方氮化硼磨料的比例。4、制作材料选择合理，制作方法简单。
图1为本发明固结金刚石和立方氮化硼混合磨料切割线的结构示意图； 图2为本发明固结金刚石和立方氮化硼混合磨料切割线的截面结构示意图。图中标号1-金刚石磨料；2-立方氮化硼磨料；3-金属镍；4-金属钢线。
具体实施例方式图1、图2给出了本发明固结金刚石和立方氮化硼混合磨料切割线的结构示意图， 不代表本发明中所用金刚石磨料、立方氮化硼磨料、金属钢线的真实比例。
参见图1、图2，本发明一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的实施例，包括金属钢线4、固结在金属钢线4上的磨料，所述的磨料是金刚石1和立方氮化硼2 混合磨料，金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2的粒径范围为5-75 μ m。所述金刚石磨料1与立方氮化硼磨料2的重量比为1 :0. 1 10。金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2的重量比可根据使用要求任意确定。金属钢线4的直径小于1. 5mm，但一般不小于0. 1mm，金属钢线 4可以是直钢线、波纹钢线，也可以是钢绞线或钢丝绳；金属钢线4表面可以预先镀铜，也可以不镀铜。上述金刚石1和立方氮化硼2混合磨料通过电镀金属镍3的方式固结到金属钢线4上。本发明一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的制作方法的实施方式为
按一定比例称取金刚石磨，1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用浓硝酸浸泡活化，清水清洗至中性备用；将金属钢线4碱洗除油，酸洗除锈，清水清洗，再以电镀的方法将金属镍3和金刚石1和立方氮化硼2混合磨料固结到金属钢线4上，清洗干燥后制成固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料的切割线。以下通过特定金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2的配比和金属钢线4直径的实施例来说明本发明的具体实施方式
。考虑到切割线的电镀工艺为电镀切割线行业所熟知的， 本发明也采用常规的电镀切割线制造工艺，在实施方式中不再具体描述电镀切割线的制造工艺。实施例1
将线径0. IOmm的镀铜金属钢线4长10000m除油，除锈，清洗干净。按6:1的比例称取粒度为W5-W10的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 12mm的固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于硅晶体的切片加工。实施例2
将线径0. 20mm的镀铜金属钢线4长10000m除油，除锈，清洗干净。按1:6的比例称取粒度为W30-W40的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 28mm固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于多晶硅锭的开方加工。实施例3
将线径0.20mm的镀铜金属钢线4长5000m除油，除锈，清洗干净。按1:1的比例称取粒度为W30-W40的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 28mm固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于单晶硅棒的截断加工和多晶硅块的去头尾加工。实施例4
将线径0.20mm的镀铜金属钢线4长5000m除油，除锈，清洗干净。按8:1的比例称取粒度为W30-W40的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 28mm固结金刚石1和立方氮化硼混合2磨料切割线。此种切割线可应用于2 4英寸蓝宝石的切片加工。实施例5
将线径0. 25mm的镀铜金属钢线4长10000m除油，除锈，清洗干净。按6:1的比例称取粒度为W40-W50的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 35mm固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于6英寸蓝宝石的切片加工。实施例6
将线径0. 25mm的镀铜波纹金属钢线4长10000m除油，除锈，清洗干净。按1:8的比例称取粒度为W40-W50的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到金属钢线4上，制备出线径0. 35mm固结金刚石1和立方氮化硼混合2磨料切割线。此种切割线可应用于多晶硅锭的开方加工。实施例7:
将线径0. 30mm的高碳钢线4长5000m除油，除锈，清洗干净。按5:1的比例称取粒度为W30-W40的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到高碳钢线 4上，制备出线径0. 38mm固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于6英寸蓝宝石的切片加工。实施例8
将线径0. 40mm的不锈钢钢丝绳4长10000m除油，除锈，清洗干净。按3 1的比例称取粒度为W40-W50的金刚石磨料1和立方氮化硼磨料2，充分混合后用硝酸浸泡表面活化，形成备用的金刚石1和立方氮化硼2混合磨料。将混合磨料通过电镀镍3的方法固结到不锈钢钢丝绳4上，制备出线径0. 50mm固结金刚石1和立方氮化硼2混合磨料切割线。此种切割线可应用于单晶硅棒的截断加工和多晶硅块的去头尾加工以及陶瓷材料的切割加工。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，包括金属钢线、固结在金属钢线上的磨料，其特征在于所述的磨料是金刚石和立方氮化硼混合磨料，所述金刚石和立方氮化硼混合磨料通过电镀镍的方式固结到金属钢线上。
2.按照权利要求1所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述金刚石和立方氮化硼磨料的粒径范围为5-75 μ m。
3.按照权利要求1或2所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述金属钢线的直径小于1. 5mm。
4.按照权利要求1或2所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述金刚石磨料与立方氮化硼磨料的重量比为1 0. 1 10。
5.按照权利要求3所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述金刚石磨料与立方氮化硼磨料的重量比为1:0.1 10。
6.按照权利要求1或2所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述金属钢线为直钢线、波纹钢线、钢绞线或钢丝绳。
7.按照权利要求6所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线，其特征在于所述的金属钢线表面有镀铜层。
8.一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的制作方法，其特征在于制作步骤如下按一定比例称取金刚石磨料和立方氮化硼磨料，充分混合后用浓硝酸浸泡活化，清水清洗至中性备用；将金属钢线碱洗除油，酸洗除锈，清水清洗，再以电镀的方法将金属镍和金刚石和立方氮化硼混合磨料固结到金属钢线上，清洗干燥后制成固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线。
9.按照权利要求8所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的制作方法，其特征在于所述金刚石和立方氮化硼磨料的粒径范围为5-75 μ m，所述金刚石磨料与立方氮化硼磨料的重量比为1 0. 1 10，所述金属钢线的直径小于1. 5mm，所述金属钢线为直钢线、波纹钢线、钢绞线或钢丝绳。
10.按照权利要求8或9所述的固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线的制作方法，其特征在于在固结金刚石和立方氮化硼混合磨料之前，对所述金属钢线表面镀铜。
全文摘要
本发明提供了一种固结金刚石和立方氮化硼混合磨料的切割线及其制作方法，包括固结磨料的金属钢线，其特点是所述的磨料是金刚石和立方氮化硼混合磨料，所述金刚石和立方氮化硼混合磨料通过电镀镍的方式固结到金属钢线上。所用磨料的粒径为5-75μm，金属钢线的直径不大于1.5mm。其制作方法是将金属钢线除油、除锈，通过电镀镍的方法将金刚石和立方氮化硼混合磨料固结到金属钢线上形成。本发明将金刚石和立方氮化硼两种磨料相结合，在切割硬脆材料时，金刚石和立方氮化硼交替参与切割，提高了切割线的切割能力和切割效率。通过调节金刚石与立方氮化硼的比例，可以更好地适用于硅晶体开方、切片以及蓝宝石的切片加工。
文档编号C25D15/00GK102555088SQ201210000670
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者金永焕, 高伟 申请人:青岛高校测控技术有限公司