一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，該方法制備厚金剛石切割砂輪毛坯采用定容式裝料，簡(jiǎn)化了單片燒結(jié)時(shí)裝料、刮平工序，提高了燒結(jié)效率；該方法采用電火花線切割切片，與現(xiàn)有的燒結(jié)制備方式相比，研磨余量減少了45％～65％，大幅縮短了研磨時(shí)間，提高了燒結(jié)型金剛石超薄切割砂輪的制備效率；該方法簡(jiǎn)化了單片燒結(jié)時(shí)的人工裝料、燒結(jié)工序，便于實(shí)現(xiàn)金剛石超薄切割砂輪批量自動(dòng)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于硬脆材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石超薄切割砂輪由于其具有切割效率高，切口質(zhì)量好，被切材料消耗少等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于對(duì)硅片、玻璃、陶瓷、藍(lán)寶石等硬脆性材料進(jìn)行下料、切斷和開(kāi)槽。目前使 用的燒結(jié)型金屬結(jié)合劑金剛石超薄切割砂輪常規(guī)厚度約為〇. 2_，具有結(jié)合強(qiáng)度高、成型性 好、使用壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為硅晶圓劃片的重要加工砂輪。金屬燒結(jié)型超薄切割砂輪一 般是先熱壓燒結(jié)，再采用平面研磨的方法制備金屬結(jié)合劑超薄切割砂輪，由于熱壓燒結(jié)條 件的限制，金剛石超薄切割砂輪并不能直接燒結(jié)到預(yù)期的尺寸，燒結(jié)厚度一般大于產(chǎn)品使 用尺寸，同時(shí)很難保證粉末在模具中的平整性和均勻性，燒結(jié)后毛坯件的厚度尺寸不均勻， 相對(duì)翹曲度較大，因此對(duì)熱壓燒結(jié)成型的金剛石超薄切割砂輪毛坯進(jìn)行研磨減薄成為該制 備方法的關(guān)鍵。采用平面研磨的方法進(jìn)行減薄，由于金剛石超薄切割砂輪毛坯硬度高、耐磨 性好，研磨減薄效率較低，加之研磨余量較大，直接影響該方法制備金剛石超薄切割砂輪的 效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種金剛石超薄切割砂輪的制備方 法。
[0004] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0005] 一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，包括如下步驟：
[0006] (1)按比例將所需的金屬粉末加入三維混料機(jī)中混合2?4小時(shí)，再加入經(jīng)過(guò)酸洗 的金剛石粉末，繼續(xù)混合2?4小時(shí)，得混合料；
[0007] ⑵將上述混合料填滿冷壓模具內(nèi)，填置均勻、刮平，于10?25MPa的壓力下進(jìn)行 冷壓，得冷壓毛坯；
[0008] (3)將上述冷壓毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空燒結(jié)，得燒結(jié)毛坯，上述真空熱壓 燒結(jié)的溫度為550?950 °C，壓力為15?60KN，升溫速度為20?90°C/min，保溫時(shí)間為 5?15min，冷卻速度為20?90°C/min;
[0009] (4)將上述燒結(jié)毛坯去毛刺后，通過(guò)電火花成型工藝進(jìn)行內(nèi)孔修圓，通過(guò)外圓磨進(jìn) 行外圓修圓，再于平面磨床上進(jìn)行兩端面的磨削，得預(yù)加工毛坯；
[0010] (5)將上述預(yù)加工毛坯進(jìn)行電火花線切割切片，形成0.2?0.3mm厚的砂輪毛 坯，該電火花線切割切片的工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti= 4?40ys，脈沖間隔To= 20? 220ys，峰值電流I= 5?35A，開(kāi)路電壓U= 65?110V，采用正極性加工；
[0011] (6)將上述砂輪毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)較平，得較平坯，該真空 熱壓燒結(jié)的溫度為400?500°C，壓力為15?30KN，升溫速度為20?90°C/min，保溫時(shí)間 為15?25min，冷卻速度為20?90°C/min;
[0012] (7)將上述較平坯進(jìn)行平面研磨減薄至0. 15?0. 2mm，制得所述金剛石超薄切割 砂輪，上述平面研磨減薄的工藝參數(shù)為：?jiǎn)蚊嫜心r(shí)間5?20min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50?200r/ min，研磨壓力0? 5X104?2. 5X10 4Pa，金剛石磨料粒度8?60ym，研磨液濃度0? 5? 10wt% 〇
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（1)中的金剛石粉末的粒度為140? 3000 目。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（2)的冷壓壓力為10?20MPa。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（3)的真空熱壓燒結(jié)的溫度為600? 900°C，壓力為15?50KN，升溫速度為20?70°C/min，保溫時(shí)間為5?lOmin，冷卻速度為 20 ?70°C/min。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（5)為：將上述預(yù)加工毛坯固定于旋 轉(zhuǎn)夾具上，由該旋轉(zhuǎn)夾具帶動(dòng)該預(yù)加工毛還以30?100r/min的速度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行電火花線切 割切片，或直接將上述預(yù)加工毛坯固定于電火花線切割機(jī)床上，進(jìn)行電火花線切割切片，形 成0? 2?0? 3mm厚的砂輪毛還。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟（5)的電火花線切割切片的工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti= 8?32ys，脈沖間隔To= 40?200ys，峰值電流I= 15?30A，開(kāi)路電壓U= 70?100V， 采用正極性加工。
[0018] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（6)的真空熱壓燒結(jié)的溫度為400? 450°C，壓力為15?20KN，升溫速度為20?80°C/min，保溫時(shí)間為15?20min，冷卻速度 為 20 ?70°C/min。
[0019] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（7)的平面研磨減薄的工藝參數(shù)為： 單面研磨時(shí)間5?15min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50?150r/min，研磨壓力0? 5X104?2X10 4Pa，金 剛石磨料粒度10?50ym，研磨液濃度2?3wt%。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1、本發(fā)明的方法制備厚金剛石切割砂輪毛坯采用定容式裝料，簡(jiǎn)化了單片燒結(jié)時(shí) 稱料、刮平工序，提高了燒結(jié)效率；
[0022] 2、本發(fā)明的方法采用電火花線切割切片時(shí)，選擇合適的工藝參數(shù)，電火花線切割 得到的超薄切割砂輪預(yù)加工毛坯的厚度與產(chǎn)品設(shè)計(jì)厚度更接近，與現(xiàn)有的燒結(jié)制備方式相 比，研磨余量減少了 45%?65%，大幅縮短了研磨時(shí)間，提高了燒結(jié)型金剛石超薄切割砂 輪的制備效率；
[0023] 3、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)化了單片燒結(jié)時(shí)的人工裝料、燒結(jié)工序，便于實(shí)現(xiàn)金剛石超薄 切割砂輪批量自動(dòng)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] (1)按比例將所需的金屬粉末加入三維混料機(jī)中混合2?4小時(shí)，再加入經(jīng)過(guò)酸洗 的140?3000目金剛石粉末（優(yōu)選W40)，繼續(xù)混合2?4小時(shí)，得混合料；
[0027] (2)將上述混合料填滿冷壓模具內(nèi)，填置均勻、刮平，于10?25MPa(優(yōu)選10? 20MPa)的壓力下進(jìn)行冷壓，得冷壓毛坯；
[0028] (3)將上述冷壓毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空燒結(jié)，得燒結(jié)毛坯，上述真空熱壓 燒結(jié)的溫度為550?950 °C，壓力為15?60KN，升溫速度為20?90°C/min，保溫時(shí)間為 5?15min，冷卻速度為20?90°C/min;優(yōu)選的，真空熱壓燒結(jié)的溫度為600?900°C，壓力 為15?50KN，升溫速度為20?70°C/min，保溫時(shí)間為5?lOmin，冷卻速度為20?70°C/ min〇
[0029] (4)將上述燒結(jié)毛坯去毛刺后，通過(guò)電火花成型工藝進(jìn)行內(nèi)孔修圓，通過(guò)外圓磨進(jìn) 行外圓修圓，再于平面磨床上進(jìn)行兩端面的磨削，得預(yù)加工毛坯；
[0030] (5)將上述預(yù)加工毛坯固定于旋轉(zhuǎn)夾具上，由該旋轉(zhuǎn)夾具帶動(dòng)該預(yù)加工毛坯以 30?100r/min的速度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行電火花線切割切片，或直接將上述預(yù)加工毛還固定于電火 花線切割機(jī)床上，進(jìn)行電火花線切割切片，形成0. 2?0. 3_厚的砂輪毛坯，該電火花線切 割切片的工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti= 4?40ys，脈沖間隔To= 20?220ys，峰值電流 I= 5?35A，開(kāi)路電壓U= 65?110V，采用正極性加工；優(yōu)選的，該電火花線切割切片的 工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti= 8?32ys，脈沖間隔To= 40?200ys，峰值電流I= 15? 30A，開(kāi)路電壓U= 70?100V，采用正極性加工。
[0031] (6)將上述砂輪毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)較平，得較平坯，該真空 熱壓燒結(jié)的溫度為400?500°C，壓力為15?30KN，升溫速度為20?90°C/min，保溫時(shí)間 為15?25min，冷卻速度為20?90°C/min;優(yōu)選的，真空熱壓燒結(jié)的溫度為400?450°C， 壓力為15?20KN，升溫速度為20?80°C/min，保溫時(shí)間為15?20min，冷卻速度為20? 7CTC/min〇
[0032] (7)將上述較平坯進(jìn)行平面研磨減薄至0. 15?0. 2mm，制得所述金剛石超薄切割 砂輪，上述平面研磨減薄的工藝參數(shù)為：?jiǎn)蚊嫜心r(shí)間5?20min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50?200r/ min，研磨壓力0? 5X104?2. 5X10 4Pa，金剛石磨料粒度8?60ym，研磨液濃度0? 5? 10wt% ;優(yōu)選的，平面研磨減薄的工藝參數(shù)為：?jiǎn)蚊嫜心r(shí)間5?15min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50? 150r/min，研磨壓力0? 5X104?2X10 4Pa，金剛石磨料粒度10?50ym，研磨液濃度2? 3wt% 〇
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 以厚度0?2mm、外徑58mm、內(nèi)徑40mm的金剛石超薄切割砂輪為例，采用W40金剛 石，金剛石顆粒粒徑為40ym，制備該砂輪的方法包括如下步驟：
[0035] (1)按如下質(zhì)量比將所需的金屬粉末加入三維混料機(jī)中混合2小時(shí)，再加入經(jīng)過(guò) 酸洗的金剛石粉末，繼續(xù)混合3小時(shí)，得混合料：
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 按比例將所需的金屬粉末加入三維混料機(jī)中混合2?4小時(shí)，再加入經(jīng)過(guò)酸洗的金 剛石粉末，繼續(xù)混合2?4小時(shí)，得混合料； (2) 將上述混合料填滿冷壓模具內(nèi)，填置均勻、刮平，于10?25MPa的壓力下進(jìn)行冷壓， 得冷壓毛坯； (3) 將上述冷壓毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空燒結(jié)，得燒結(jié)毛坯，上述真空熱壓燒結(jié) 的溫度為550?950°C，壓力為15?60KN，升溫速度為20?90°C /min，保溫時(shí)間為5? 15min，冷卻速度為20?90°C /min ; (4) 將上述燒結(jié)毛坯去毛刺后，通過(guò)電火花成型工藝進(jìn)行內(nèi)孔修圓，通過(guò)外圓磨進(jìn)行外 圓修圓，再于平面磨床上進(jìn)行兩端面的磨削，得預(yù)加工毛坯； (5) 將上述預(yù)加工毛坯進(jìn)行電火花線切割切片，形成0. 2?0. 3mm厚的砂輪毛坯，該電 火花線切割切片的工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti = 4?40 ys，脈沖間隔To = 20?220 ys，峰 值電流I = 5?35A，開(kāi)路電壓U = 65?110V，采用正極性加工； (6) 將上述砂輪毛坯放入石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)較平，得較平坯，該真空熱壓 燒結(jié)的溫度為400?500 °C，壓力為15?30KN，升溫速度為20?90 °C /min，保溫時(shí)間為 15?25min，冷卻速度為20?90°C /min ; (7) 將上述較平坯進(jìn)行平面研磨減薄至0. 15?0. 2_，制得所述金剛石超薄切割砂輪， 上述平面研磨減薄的工藝參數(shù)為：?jiǎn)蚊嫜心r(shí)間5?20min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50?200r/min，研 磨壓力〇? 5X 104?2. 5X 10 4Pa，金剛石磨料粒度8?60 ym，研磨液濃度0? 5?10wt%。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步驟 (1)中的金剛石粉末的粒度為140?3000目。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步驟 ⑵的冷壓壓力為10?20MPa。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步驟 (3)的真空熱壓燒結(jié)的溫度為600?900°C，壓力為15?50KN，升溫速度為20?70°C /min， 保溫時(shí)間為5?lOmin，冷卻速度為20?70°C /min。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步 驟（5)為：將上述預(yù)加工毛坯固定于旋轉(zhuǎn)夾具上，由該旋轉(zhuǎn)夾具帶動(dòng)該預(yù)加工毛坯以30? 100r/min的速度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行電火花線切割切片，或直接將上述預(yù)加工毛還固定于電火花線 切割機(jī)床上，進(jìn)行電火花線切割切片，形成〇. 2?0. 3_厚的砂輪毛坯。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述 步驟（5)的電火花線切割切片的工藝參數(shù)為：脈沖寬度Ti = 8?32 ys，脈沖間隔To = 40?200 y s，峰值電流I = 15?30A，開(kāi)路電壓U = 70?100V，采用正極性加工。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步驟 (6) 的真空熱壓燒結(jié)的溫度為400?450°C，壓力為15?20KN，升溫速度為20?80°C /min， 保溫時(shí)間為15?20min，冷卻速度為20?70°C /min。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種金剛石超薄切割砂輪的制備方法，其特征在于：所述步驟 (7) 的平面研磨減薄的工藝參數(shù)為：?jiǎn)蚊嫜心r(shí)間5?15min，研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速50?150r/min， 研磨壓力〇? 5X 104?2X 10 4Pa，金剛石磨料粒度10?50 ym，研磨液濃度2?3wt%。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK104440620SQ201410682902
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】郭樺, 徐西鵬, 張順林 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)