硬脆材料的电镀金刚石线锯超声切割锯切力研究

基于冲量理论和振动加工理论,采用叠加原理建立了电镀金刚石线锯超声切割锯切力数学模型.从理论上分析了电镀金刚石线锯施加超声振动后锯切力与普通锯切力的区别,并进行了超声振动与普通锯切力对比试验研究.结果表明:锯切力的大小随线锯往复频率的提高而降低,随侧向压力的增加而增大.通过比较发现,超声振动锯切力比普通锯切力减小20%～30%.同时,对超声振动锯切过程中单颗金刚石磨粒切削运动轨迹进行了仿真分析,进一步解释了施加超声振动后锯切力减小的原因.     

金刚石线切割单晶碳化硅锯切力的实验研究

从锯切力的角度对金刚石线锯锯切单晶SiC材料的加工过程进行了研究。得出了线速度、进给速度、线锯张紧力对锯切力的影响规律。从单位长度线锯材料去除量、锯切比能的角度讨论了锯切工艺对锯切力的影响机理。在金刚石线锯锯切单晶SiC过程中,锯切力随着线速度的增大而减小,随着进给速度的增大而增大,线速度与进给速度对锯切力的综合影响表现为:单位长度线锯材料去除量的增加会增大锯切力。单位长度线锯材料去除量对于金刚石线锯锯切单晶SiC材料的锯切比能具有显著的影响。     

电镀金刚石线锯使用性能的试验研究

为评价电镀金刚石线锯的使用性能,搭建恒力进给式金刚石线锯性能评价试验机,对编号为Ⅰ、Ⅱ的2种基体直径相同的电镀金刚石线锯进行单晶硅切片试验,记录切片时间,计算锯切效率,利用粗糙度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分别测量硅片表面粗糙度、锯缝宽度及锯丝表面磨粒脱落率。试验结果表明:金刚石线锯性能评价试验机能够定量评价电镀金刚石线锯的使用性能;Ⅰ号线锯的锯切效率比Ⅱ号线锯的高13.6%;用Ⅱ号线锯切片得到的硅片走丝方向、进给方向的表面粗糙度分别比用Ⅰ号线锯的小17.5%、10.8%;Ⅰ号线锯的锯缝宽度比Ⅱ号线锯的小3.8%;Ⅱ号线锯的使用寿命比Ⅰ号线锯的长;Ⅰ号线锯的磨粒脱落率是Ⅱ号线锯的2.1倍。      

超声金刚石线锯复合加工工件的对比实验研究

使用改进的金刚石线锯加工机床,分别在有超声作用与无超声作用下对金刚石线锯切割工件的过程进行研究。结果表明:锯切力随金刚石线锯线速度的增大而变小,随工作台进给速度的增大而变大;相同条件下,超声金刚石线锯复合加工与单纯用金刚石线锯加工相比,加工过程中锯切力要小得多,工件加工轨迹直线度更好,表面粗糙度值更小,工件表面加工质量更好。      

环形金刚石线锯加工参数优化

本文建立了环形金刚石线锯加工的振动方程,研究在锯切力作用下锯丝的随机振动,得出张紧力、锯丝速度对锯丝振动的影响规律。分析了锯丝加工时的受力,根据锯丝的强度,得出锯丝不被拉断时最大可承受的拉力。综合考虑锯丝的振动分析、锯丝强度和锯切力,优化了加工工艺参数。对于本实验应用的环形金刚石线锯,当加工碳化硅和硅晶体时,锯丝的最大张紧力为36N,恒进给压力小于7N,最大锯切速度为27m／s。由于机床精度的限制,实际试验中最高锯切速度为16m／s。     

悬浮上砂金刚石线锯的锯切性能试验分析

采用不同上砂位置的悬浮上砂电镀金刚石线锯对单晶硅进行锯切试验,记录锯切时间,计算锯切效率,对比不同上砂位置锯丝的锯切性能。用扫描电镜对锯丝上砂及磨损情况进行观测,用表面粗糙度仪对硅片表面粗糙度进行测量。试验结果表明:不同上砂位置的锯丝的磨粒密度相差较大,上砂位置靠近上砂槽体中心的锯丝磨粒密度最大;磨粒密度较大的锯丝的锯切效率较高。磨粒密度为585 颗/mm的锯丝锯切效率为4.949 mm2/min,比磨粒密度为446 颗/mm的锯丝锯切效率(2.158 mm2/min)提高了138%;用磨粒密度不同的锯丝加工出的硅片表面质量差别不大;锯丝的磨损及损伤形式主要是磨粒的磨损、磨粒的脱落及锯丝镀层的磨损与损伤。      

环形金刚石线锯切割YAG晶体的亚表面损伤预测

YAG （Y₃Al₅O₁₂）晶体亚表面损伤降低材料使用性能和寿命。本研究基于经典脆性固体断裂力学模型,并引用中位裂纹深度计算式,得到中位裂纹是脆性材料亚表面损伤的主要因素。通过金刚石磨粒数统计和金刚石线锯切削参数总结,获得单颗磨粒切削深度并计算切削投影面积,得到单颗磨粒所受法向和切向力,然后预测亚表面损伤裂纹深度与金刚石线速度v_s、进给速度v_w、切割材料性质、电镀锯丝上金刚石颗粒粒度分部等有很大关系,为硬脆材料切割后亚表面损伤预测提供依据。最后提出该模型需要进一步通过实验修正的必要。      

电镀金刚石线锯切割光伏多晶硅的表面特性与锯丝磨损分析

电镀金刚石线锯切割的光伏多晶硅切片表面特性,影响其断裂强度和后续的制绒工艺;为探究线锯锯切工艺参数对多晶硅切片表面特性的影响规律,揭示电镀金刚石锯丝的磨损机理,开展了光伏多晶硅的电镀金刚石线锯切片试验。研究结果表明:锯切的多晶硅表面存在由金刚石磨粒的塑性剪切、微切削去除形成的塑性浅划痕与较深的沟槽,及材料脆性去除留下的表面破碎微凹坑;切片表面材料的塑性去除和脆性去除相对比例随工艺参数组合变化而变化,增大晶片进给速度,降低走丝速度,切片表面粗糙度增大,表面形貌逐渐由塑性沟槽为主转变为以破碎微凹坑为主;使用表面镀镍(金属化)的金刚石颗粒制备的电镀金刚石锯丝的磨损形态在稳定阶段主要是磨粒磨平,使用后期主要是磨粒脱落和镀层磨损。      

电镀金刚石线锯超声振动切割多晶硅材料工艺研究

通过电镀金刚石线锯在超声振动下切割多晶硅的实验,研究了工艺参数对材料去除率的影响,建立了单颗金刚石磨粒材料去除模型,分析了金刚石粒度、静压力和线速度与材料去除率的关系.分析表明:基于超声波线锯切削条件下,适当提高金刚石粒度、静压力和线速度有利于提高材料去除率.施加超声振动后金刚石锯切加工效率平均提高1～2.5倍.     

硬脆材料的环形电镀金刚石线锯加工试验研究

本文利用环形电镀金刚石线锯对硬脆材料单晶硅、LT55陶瓷进行了切割试验,研究了锯切力、材料加工表面质量及锯丝的磨损.研究发现,在相同加工参数下,切割LT55陶瓷时的法向力与切向力之比小于单晶硅,与磨削相比,线锯加工的法向力与切向力之比非常小;在本实验条件下,单晶硅和LT55陶瓷均为脆性去除方式;因为LT55陶瓷断裂韧性高,在同样加工条件下,陶瓷加工表面质量优于单晶硅;恒进给压力条件下,锯丝速度增加,粗糙度值略微减小,恒进给压力增加,粗糙度值明显增大;锯丝首先在焊口处断裂,由于锯丝不能自转,沿锯丝圆周方向磨损不均匀.     

用复合电镀法制造电镀金刚石锯丝的实验研究

固结磨料金刚石线锯切割技术有望在将来广泛地应用于硅晶体等硬脆材料的切割,而高性能的固结磨料金刚石锯丝的研制是此技术发展应用的关键.本文选用以瓦特液为基础的光亮镍镀液,采用复合电镀法试制了电镀金刚石锯丝,制定了锯丝的电镀工艺,分析了上砂电流密度和上砂时间对锯丝表面金刚石磨粒密度和镀层与基体间结合力的影响.结果表明,获得表面磨粒分布均匀、结合力良好的电镀金刚石锯丝的最佳电流密度范围为1.5 A/dm2～2.0 A/dm2,其预镀、上砂与加厚镀时间依次为6 min、8 min～10 min和18 min.     

金刚石绳锯的锯切轨迹及锯切机理研究

本文从理论上分析了金刚石绳锯的锯切轨迹及锯切机理 ,并对大理石和花岗石进行了锯切试验 ,以验证理论分析的结果。理论分析和锯切试验均表明 :(1)金刚石绳锯的锯切轨迹近似为圆的渐开线 ,锯切过程中单位长度绳锯对石材的压力、绳锯张紧力决定了该渐开线的形状 ;(2 )金刚石绳锯锯切线速度高 ,锯切过程中单颗粒金刚石施加在石材上的压力很小 ,不足以使石材产生体积破碎 ,切屑细小。其主要碎岩方式是赫兹破碎 (Hert zianfracture) ,通过高速磨削实现锯切。根据金刚石绳锯的碎岩机理 ,锯切时应适当控制绳锯拉力和绳锯线速度 ,选用耐磨蚀性好的金刚石和胎体 ,保证良好冷却 ,以提高锯切速度 ,延长绳锯寿命。     

单晶硅切片加工技术研究进展

单晶硅切片加工是集成电路产业和光伏产业的重要环节,其加工方式和加工质量直接影响到晶片的出片率、晶圆衬底和光伏太阳能电池板的生产成本。随着晶片尺寸的不断增大,线锯切片技术已成为目前单晶硅片的主流切片加工技术。为实现单晶硅片高效、精密、低裂纹损伤的切片加工,阐述了线锯切片技术的分类及其加工特点,总结了金刚石线锯切片加工机理的研究现状,探讨了对金刚石线锯切片加工过程的微观分析,概括了单晶硅切片加工引起的裂纹损伤及其抑制措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势和面临的挑战。      

蓝宝石加工过程中金刚石线锯生命周期表面形貌及抗拉极限载荷实验研究

为优化金刚石线锯多线切割加工蓝宝石晶片的工艺参数,通过加工实验,获得金刚石线锯生命周期内各个阶段样本,采用扫描电镜分析样本表面形貌;用拉伸试验机对样本抗拉极限载荷进行测试,得到样本的抗拉极限载荷,并对断口形貌进行分析。实验结果表明:金刚石磨粒在生命周期内,经历包覆磨损、显露、碎裂、脱落的过程;磨粒碎裂是导致脱落的主要原因;生命周期内,金刚石线锯抗拉极限并没有随着线磨损、金刚石颗粒掉落而降低;断口分为裂纹扩展区、瞬断区、电镀层区,且电镀层区与瞬断区发生分离。在分析结果的基础上,给出工艺参数优化方法。      

电镀金刚石线锯表面磨粒分布密度的多相机视觉检测

电镀金刚石线锯广泛用于单晶硅、蓝宝石、单晶碳化硅、陶瓷等硬脆性材料的切片加工领域,其表面磨粒分布密度直接影响其切片加工性能.用4台CCD相机采集金刚石线锯表面图像,对图像进行高斯滤波预处理,并基于柱面模型将图像展开,以图像中磨粒重心为特征点,通过特征点匹配及筛选、配准模型求解、图像重采样、图像重合区域去除等方法完成图像...     

金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析

采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究,分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响.分析发现:线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑.走丝速度增大,工件进给速度降低,锯...