用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，旨在解決現有技術中用金屬鍍層金剛石微粉制造樹脂金剛線成本高、能耗高、污染大的技術問題。它包括下列步驟：先對金剛石微粉進行表面改性處理；再配制樹脂金剛砂共混物料；將該樹脂金剛砂共混物料均勻涂覆在芯線上；經過一次固化、二次固化得到成品樹脂金剛線。采用本發明制得的樹脂金剛線，平均線徑較小，切割質量高、效率高且切口損耗小；該方法工藝簡單、生產成本低、環境污染小，有利于規模化生產。
【專利說明】用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金剛石線切割【技術領域】，具體涉及一種用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法。
【背景技術】
[0002]對于高硬度晶體材料的切割常用到線切割技術，傳統的線切割技術是采用金屬線加游離磨料的方式，在切割過程中，將磨料加入到金屬線和加工件之間產生切削作用。為了進一步縮短切割時間以及加工更高硬度的材料，固結磨料線切割技術得到發展，將金剛石磨料以一定的方式固定在金屬線上，形成金剛石線鋸(金剛線)。與傳統的線切割方式相比，金剛線切割技術具有切割時間短、效率高、切口損耗小等優點，該項技術的應用，對于晶硅切割【技術領域】的發展起到了重要的推動作用。
[0003]在金剛線的生產過程中，金剛石磨料的固結方式有滾壓嵌入式、擠壓或沖壓方式、金屬結合劑固結(釬焊、電鍍)、樹脂結合劑固結等。其中，以樹脂結合劑固結方式生產金剛線，其制程溫度遠低于金屬焊接，線材不會因為高溫而產生變形造成抗拉強度的衰減，有利于縮小金剛石線徑進而降低耗材率。但是由于樹脂對金剛石磨料的把持力較低，樹脂金剛線在使用過程中，在磨削力的作用下金剛石磨料極易脫落，從而使其使用壽命降低。結合劑對金剛石磨料的把持力分為三種:機械鑲嵌力、物理吸附力、化學結合力。其中，物理吸附力很小，可以忽略；機械鑲嵌力的大小取決于胎體的孔隙率和胎體的強度和硬度；化學結合力最強。而樹脂對金剛石磨料的浸潤性不好，難以形成樹脂結合劑與金剛石之間的化學鍵，因此樹脂對金剛石磨料的化學結合力不強，金屬線與金剛石磨料之間的把持力主要還是依靠機械嵌合力，才使得樹脂金剛線上的金剛石磨料極易脫落。
[0004]為解決樹脂金剛線對磨料把持力不強的問題，現有的方法是在金剛石磨料表面進行金屬鍍層，例如鍍金屬鎳，由于鎳的晶胞中的(111)面是等邊三角形，最外層電子是f層空軌道，與相對應金剛石磨料上的C原子容易發生三位吸附，吸引成化學鍵，形成化學結合力，進而提高樹脂對金剛石磨料的把持力。在中國發明專利申請公開說明書CN102658606A中公開了一種樹脂金剛線的制作方法，其采用的就是金屬涂層后的金剛砂。但是采用金屬鍍層的金剛石磨料的缺點在于:金剛石磨料的金屬鍍層工藝復雜，成本高，且危害操作人員的身體健康，環境污染嚴重，不利于長期發展。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的缺陷，提供一種能耗少、環境污染小且成本低的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法包括下列步驟:
(O金剛石微粉表面改性:取粒徑為1-50 μ m的單晶金剛石微粉用氧化性酸去除其表面的非金剛石碳層，再用有機物對其進行表面改性處理；所述氧化性酸為硫酸、硝酸、高氯酸中的至少一種；所述有機物為高級脂肪酸及其鹽、脂類化合物、高分子聚合物、表面活性劑中的至少一種；
(2)配制樹脂金剛砂共混物料:取樹脂粘結劑和有機溶劑進行混合攪拌，至樹脂溶解后，再加入粒徑為1_5μπι的SiC超細粉體和步驟(1)所得金剛石微粉，混合均勻后得到樹脂金剛砂共混物料；
(3)制線:將步驟(2)所得樹脂金剛砂共混物料均勻涂敷在芯線上；
(4)一次固化:將涂敷有樹脂金剛砂共混物料的芯線通過固化爐，在溫度為400~1000°C的條件下加熱固化15-30min，得到半硬化樹脂金剛線；
(5)二次固化:將步驟(4)所得半硬化樹脂金剛線線軸放入恒溫鼓風干燥箱中干燥固化，得到成品樹脂金剛線。
[0007]本發明采用表面非鍍覆的金剛石微粉制造樹脂金剛線，對金剛石微粉進行表面改性，改性后的金剛石微粉表面極性增強，有利于金剛石微粉和樹脂之間的粘接，提高把持力或附著力，進而提高樹脂金剛線的磨削能力，避免產生樹脂金剛線上的金剛石磨料在磨削過程中極易脫落的問題。
[0008]優選的:步驟(1)中所述所述脂類化合物為磺酸酯、磷酸酯或多元醇酯；所述高分子聚合物為聚乙二醇、聚丙烯酸鹽或酚醛樹脂；所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單硬脂酸酯、聚甘油多聚蓖麻酸酯或十二烷基橫酸納。
[0009]步驟(2)中所述樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為樹脂粘結劑10~45wt%、有機溶劑10~45wt%、金剛石微粉5~30wt%、SiC超細粉體5~25wt%。
[0010]所述有機溶劑為N，`N- 二甲基甲酰胺。
[0011]所述樹脂粘結劑為酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂中的至少一種。
[0012]步驟(3)中所述涂覆芯線的方法為:將芯線輪安裝到送線軸上，芯線通過模具，以
0.1~0.2m/s的速度連續送線；同時在不斷攪拌條件下，用蠕動泵將步驟(2)所得樹脂金剛砂共混物料注入模具，使得芯線上均勻涂敷樹脂金剛砂共混物料。
[0013]步驟(3)中所述芯線的線徑為Φ80-Φ100μπι。
[0014]步驟(4)中所述固化爐為直立型固化爐，加熱方式為電加熱、高頻率誘導加熱或/和熱反射加熱。
[0015]步驟(5)中所述恒溫鼓風干燥箱采用程序升溫控制，在5~40h內升溫到100~500°C，再保溫5~20h，然后自然降溫至室溫。
[0016]采用上述技術方案的有益效果在于:
1.采用本發明制得的樹脂金剛線，平均線徑較小，切割質量高、效率高且切口損耗小；
2.用表面非鍍覆的金剛石微粉制造樹脂金剛線，通過對金剛石微粉進行表面改性處理，提高樹脂對金剛石的把持力，工藝簡單，成本低；
3.用樹脂金剛線工藝進行生產，整個反應過程在室溫下進行，反應條件溫和，制備方法簡單，易于控制；
4.對操作人員基本無傷害，環境污染小，有利于長期發展。
[0017]采用本發明制得的樹脂金剛線，平均線徑可達到80-150 μ m，拉伸強度最小達到27N，摩擦實驗平均達到2500 μ m。能夠廣泛應用于光伏行業的單晶硅、多晶硅切割以及藍寶石、半導體材料等超硬材料的精細切割領域。
[0018]對于本發明的具體操作步驟及流程，將在下面結合附圖作出進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法的工藝流程框圖。
[0020]圖2為表面非鍍覆金剛石的SEM圖片。
[0021]圖3為表面鍍鎳金剛石的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0022]以下結合實施例進一步闡述本發明的【具體實施方式】。下面的實施例只是用來詳細說明本發明，并不以任何方式限制本發明的范圍。
[0023]實施例1:采用本發明的方法，用非鍍覆金剛石微粉生產樹脂金剛線，生產過程如下:
(1)金剛石微粉表面改性:取粒徑范圍在1-50μ m的單晶金剛石微粉，用濃度為30%的硝酸去除其表面的非金剛石碳層，再用質量分數為10%的失水山梨醇單硬脂酸酯對其進行表面改性處理；
(2)配制樹脂金剛砂共混物料:取樹脂粘結劑28wt%、有機溶劑25wt%、經過步驟(I)表面改性處理后的金剛石微粉30wt%、粒徑范圍在1-5 μ m的SiC超細粉體17wt%，將樹脂粘結劑和有機溶劑進行混合攪拌，至樹脂溶解后，加入上述金剛石微粉和SiC超細粉體，混合均勻成為糊狀物，得到樹脂金剛砂共混物料；其中，樹脂粘結劑為酚醛樹脂，有機溶劑為N，
N-二甲基甲酰胺；
(3)制線:將直徑為Φ80-Φ 100 μ m的芯線安裝到送線軸上，芯線通過模具，以0.15m/s的速度連續送線；同時在不斷攪拌條件下，用蠕動泵將步驟(2)所得樹脂金剛砂共混物料注入模具，使得芯線上均勻涂敷樹脂金剛砂共混物料；
(4)一次固化:將涂敷有樹脂金剛砂共混物料的芯線通過固化爐，在溫度為750°C的條件下加熱固化20min，得到半硬化樹脂金剛線；
(5)二次固化:將步驟(4)所得半硬化樹脂金剛線線軸放入恒溫鼓風干燥箱中干燥固化，采用程序升溫控制，在IOh內升溫到300°C，再保溫10h，然后自然降溫至室溫，最后得到成品樹脂金剛線。
[0024]實施例2:與實施例1不同之處在于，步驟(I)中用濃度為30%的混合酸去除其表面的非金剛石碳層，再用質量分數為10%的聚丙烯酸和質量分數為15%的脂肪醇聚氧乙烯醚先后對金剛石微粉進行表面改性處理；該混合酸為硫酸和高氯酸的混合，其中硫酸和高氯酸的比例為3:1 ;步驟(2)中樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為:樹脂粘結劑25wt%、有機溶劑23wt%、金剛石微粉30wt%、SiC超細粉體22wt%，其中樹脂粘結劑為環氧樹脂和丙烯酸樹脂的混合物；步驟(3)中送線速度為0.2m/s ;步驟(4)中在溫度為1000°C的條件下加熱固化15min;步驟(5)中在25h內升溫到450°C，再保溫8h，然后自然降溫至室溫。
[0025]實施例3:與實施例1不同之處在于，步驟(I)中用磺酸酯和十二烷基磺酸鈉先后對金剛石微粉進行表面改性處理；步驟(2)中樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為:樹脂粘結劑17wt%、有機溶劑38wt%、金剛石微粉20wt%、SiC超細粉體25wt% ;其中樹脂粘結劑為環氧樹脂；步驟(3)中送線速度為0.lm/s ;步驟(4)中在溫度為400°C的條件下加熱固化30min ;步驟(5)中在40h內升溫到500°C，再保溫5h，然后自然降溫至室溫。
[0026]實施例4:與實施例1不同之處在于，步驟(I)中用多元醇酯和聚乙二醇先后對金剛石微粉進行表面改性處理；步驟(2)中樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為:樹脂粘結劑32wt%、有機溶劑20wt%、金剛石微粉25wt%、SiC超細粉體23wt% ;步驟(4)中在溫度為600°C的條件下加熱固化25min ;步驟(5)中在20h內升溫到380°C，再保溫7h，然后自然降溫至室溫。
[0027]實施例5:與實施例1不同之處在于，步驟(I)中用磷酸酯和聚甘油多聚蓖麻酸酯先后對金剛石微粉進行表面改性處理；步驟(2)中樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為:樹脂粘結劑18wt%、有機溶劑37wt%、金剛石微粉26wt%、SiC超細粉體19wt%。
[0028]實施例6:與實施例2不同之處在于，步驟(I)中用酚醛樹脂和失水山梨醇單月桂酸酯先后對金剛石微粉進行表面改性處理；步驟(2)中樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為:樹脂粘結劑45wt%、有機溶劑17wt%、金剛石微粉28wt%、SiC超細粉體10wt%。
[0029]實施例7:與實施例2不同之處在于，步驟(I)中用酚醛樹脂和烷基酚聚氧乙烯醚先后對金剛石微粉進行表面改性處理；步驟(4)中在溫度為800°C的條件下加熱固化ISmin ;步驟(5)中在8h內升溫到200°C，再保溫20h，然后自然降溫至室溫。
[0030]在以上實施例中，所涉及的儀器設備如無特別說明，均為常規儀器設備；所涉及的工業原料如無特別說明，均為市售常規工業原料。
[0031]對實施例1-實施例7所用的非鍍覆金剛石微粉原料進行檢測:用掃描電子顯微鏡觀察金剛石微粉(如圖2所示)，其表面凹凸不平，比表面積大；通過粒度測試儀測試，粒度分布均勻，符合產品使用標準。作為對比，用掃描電子顯微鏡觀察表層鍍鎳的金剛石微粉(如圖3所示)，其表面清潔無雜質，團聚現象不明顯。
[0032]對實施例1-實施例7制得的樹脂金剛線產品進行檢測:用掃描電子顯微鏡觀察制得的樹脂金剛線表面附著金剛石的數量和突出量，檢驗結果無異常；用張力試驗機測量該樹脂金剛線的承受拉力情況，符合國際規范；用摩擦試驗機測試其摩擦效果，該樹脂金剛線表現出良好的切割性能。
[0033]檢測結果表明，實施例1-實施例7制得的樹脂金剛線平均線徑達到80-150 μ m,拉伸強度最小達到27N，摩擦實驗平均達到2500μπι。可見，采用本發明的方法制造的樹脂金剛線切割性能良好，平均線徑較小，切割質量高、效率高且切口損耗小，各種性能指標均達到或高于生產要求。與現有的采用表面金屬鍍層的金剛石微粉制造的樹脂金剛線相比，本發明工藝簡單，生產成本大幅降低；整個反應過程在室溫下進行，反應條件溫和，制備方法簡單，易于控制；對操作人員基本無傷害，環境污染小，有利于長期發展。
[0034]上面結合附圖和實施例對本發明作了詳細的說明，但是，所屬【技術領域】的技術人員能夠理解，在不脫離本發明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。
【權利要求】
1.一種用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)金剛石微粉表面改性:取粒徑為1-50μ m的單晶金剛石微粉用氧化性酸去除其表面的非金剛石碳層，再用有機物對其進行表面改性處理；所述氧化性酸為硫酸、硝酸、高氯酸中的至少一種；所述有機物為高級脂肪酸及其鹽、脂類化合物、高分子聚合物、表面活性劑中的至少一種； (2)配制樹脂金剛砂共混物料:取樹脂粘結劑和有機溶劑進行混合攪拌，至樹脂溶解后，再加入粒徑為1-5 μ m的SiC超細粉體和步驟(I)所得金剛石微粉，混合均勻后得到樹脂金剛砂共混物料； (3)制線:將步驟(2)所得樹脂金剛砂共混物料均勻涂敷在芯線上； (4)一次固化:將涂敷有樹脂金剛砂共混物料的芯線通過固化爐，在溫度為400?1000°C的條件下加熱固化15-30min，得到半硬化樹脂金剛線； (5)二次固化:將步驟(4)所得半硬化樹脂金剛線線軸放入恒溫鼓風干燥箱中干燥固化，得到成品樹脂金剛線。
2.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(O中所述脂類化合物為磺酸酯、磷酸酯或多元醇酯；所述高分子聚合物為聚乙二醇、聚丙烯酸鹽或酚醛樹脂；所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單硬脂酸酯、聚甘油多聚蓖麻酸酯或十二烷基磺酸鈉。
3.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(2)中所述樹脂金剛砂共混物料中各組分的重量百分比為樹脂粘結劑10?45wt%、有機溶劑10?45wt%、金剛石微粉5?30wt%、SiC超細粉體5?25wt%。
4.根據權利要求3所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，所述有機溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺。
5.根據權利要求3所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，所述樹脂粘結劑為酚醛樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(3)中所述涂覆芯線的方法為:將芯線輪安裝到送線軸上，芯線通過模具，以0.1?0.2m/s的速度連續送線；同時在不斷攪拌條件下，用蠕動泵將步驟(2)所得樹脂金剛砂共混物料注入模具，使得芯線上均勻涂敷樹脂金剛砂共混物料。
7.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(3)中所述芯線的線徑為Φ80-Φ100μπι。
8.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(4)中所述固化爐為直立型固化爐，加熱方式為電加熱、高頻率誘導加熱或/和熱反射加熱。
9.根據權利要求1所述的用非鍍覆金剛石制造樹脂金剛線的方法，其特征在于，步驟(5)中所述恒溫鼓風干燥箱采用程序升溫控制，在5?40h內升溫到100?500°C，再保溫5?20h，然后自然降溫至室溫。
【文檔編號】B28D5/04GK103753720SQ201410026801
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】孫毅, 宋中學, 李要正, 呂艷艷, 于輝耀, 王雪峰, 袁慶冬 申請人:開封恒銳新金剛石制品有限公司