[发明专利]具有电镀在衬底线上的磨料颗粒的锯线

说明书

技术领域

本发明涉及适于锯切硬脆材料的固定磨料锯线，其中磨料颗粒通过以电解方式施加的粘合层附着在衬底线上。

背景技术

当前，用于锯切硬脆材料的主要技术通过多环形单线锯来进行，这些硬脆材料诸如为切削长度短于臂长度的硅、石英、砷化镓、金刚砂、刚玉、磁性材料或者任何其它昂贵材料。在这种锯中，包括悬浮在载液（通常为聚乙二醇）中的磨料颗粒（主要为金刚砂）的悬浮液通过圆薄的高张力钢线被拖入工件的切口。所述线由开槽的铰盘以环的方式被引导，所述环被布置成彼此平行因此形成线幅（wire web）。工件由于在线和工件之间滚动的磨料颗粒的滚动粘合作用而被切削。该过程因为悬浮液组分在使用期间的变化而是棘手的，因为线和磨料两者均被磨损并且必须被不断地补充因而是昂贵的，因为悬浮液通过铰盘喷出因而是脏的，并且因为使用过的悬浮液（在该悬浮液中具有工件材料碎片和钢部分）和线必须以受控的方式被丢弃因而具有高的环境成本。

因此，行业中正在寻求一些技术方案来进行悬浮液的制备、悬浮液的控制和丢弃。所提议的其中一种技术方案是摒弃用于磨料颗粒的载液的使用并且将磨料颗粒直接固定在线上。因此仅仍需要冷却液来冲走可能集中在线上的碎片。这导致：

更佳的锯切作用，因为磨料颗粒的全部冲量被转化成工件中的切削（不再有微粒的滚动）；

更纯净的残留产品，因为冷却液主要包含工件碎片；以及

消耗品的更佳使用，因为磨料被更佳地使用并且线磨损较小（由于磨料不能相对于线移动）。

线锯切割固有地导致工件材料（有时是贵重的）的损失。因此还在不断地努力以保持“锯痕损失”（工件材料由于锯切碎片损失的量）尽可能低。这可通过将线的直径保持得尽可能小来实现。对于松散的磨料锯切，标准是120μm，而已显示可以使用80μm的线来切削例如硅锭。120μm规格的线导致大约135μm的锯痕损失，因为磨料在切削中也占用一些宽度。

此外，在线锯切中，在线上必定存在张力。因为线被推靠在工件上，因此纵向施加的张力被转化为切削平面中的横向力。该横向力（与线的纵向运动结合）迫使线来切削工件。线因此在锯切期间呈弓形形状。张力越高，弓形越小，切削也越快。实践中，该张力在幅面中大约为25牛顿。因此，锯线必须能够至少承受该力的1.5至2倍，因为否则会存在线断裂的风险。因此在与线的直径成比例的锯痕宽度的进一步降低与和线的直径的平方成比例的线的强度之间存在冲突。如将进一步所示的，在固定的磨料锯线中，当将磨料颗粒固定到线上时，该问题甚至变得更为突出。

当前研究出各种技术来将磨料颗粒（通常为金刚石微尘）固定到载线：

可通过机械结合来进行该固定：通过将金刚石微粒挤压在软护套高张力线中，诸如在当前申请的申请号为EP2010/055678的申请中描述的那样。

也已考虑过冶金结合，例如通过将微粒镀或焊到线的表面，诸如在WO99/46077中所描述的那样。然而，这较不优选，因为线的热负荷导致线强度的不利损失。在150μm以下的细线的情况下，热负荷甚至变得更有问题，因为线的表面与线的体积的比值变得更大：热量流入增加，而被加热的线的质量减小，而导致甚至更高的热负荷。

已详尽地研究了诸如在US6070570中描述的树脂结合。然而，其被证实在锯切期间难以将微粒保持在树脂中。

借助金刚石微粒的电解或非电镀固定。该方法已形成于用于切削硅碇的替代锯条技术，并且通常还使用于金刚石切削工具。

由于在本申请中对固定技术的后一类型进行了改进，因此将对其更加详细地讨论。基本上存在两种不同的方式通过电化学手段来将金刚石附着到线上：

存在非电镀镍（EN）工艺。在该工艺中，线被浸入磨料颗粒和水溶液的镀液中，该镀液包括金刚石和电解质，该电解质包括金属离子（镍）、还原剂（例如次氯酸磷酸钠）、络合剂（诸如柠檬酸）和镀浴稳定剂。镀液是自动催化的，将线浸没在镀液中，镍镀层将形成在线上。不需要具有电流源来电镀所述线（因此术语为非电镀）。现在，当金刚石微粒被涂覆有导电层（优选为镍）时，金刚石微粒将同样被类似地涂覆有镍，由此将金刚石微粒固定到所述线。该工艺的缺点在于，其进行得慢，镀液具有有限的使用期，并且镀液需要严格的镀液维护。而且该工艺在表面上产生氢，这可能有损于钢的疲劳寿命。通常，EN涂层富含有磷，而使涂层更硬。该硬化需要进行超过400℃的热处理，这对于细线也是不优选的。