金刚石线锯的复合电镀工艺研究进展

金刚石线锯的复合电镀制备方法是通过金属电沉积的方式将金刚石磨料掺杂到金属镀层中,在锯丝表面形成复合镀层,最终制造出一种线性超硬工具的过程.本课题综述了金刚石线锯的复合电镀工艺的原理特点以及制备时的材料选取和制备工艺过程,并对其工艺方面做出总结和展望.     

电镀金刚石线锯快速植砂工艺研究

为了提高电镀金刚石线锯的制备效率,通过金刚石微粉表面化学镀镍、钢丝基体磁化处理等方式改进上砂工艺,结合SEM、EDS及高斯计等研究不同工艺因素对电镀线锯的制备效率及耐用度的影响。结果表明:基体磁感应强度、金刚石质量浓度及上砂时间对线锯制备效率及耐用度有重要影响;采用磁化基体制备线锯的最佳上砂工艺参数为:电流密度5 A/dm2、基体磁感应强度0.6mT、上砂槽金刚石质量浓度15g/L、上砂时间30s、温度45℃。采用最佳工艺参数制备线锯的上砂时间缩减为金刚石及钢丝基体没有处理时制备线锯的上砂时间的1/20,制备效率可提高81%,同时还能保持较高的耐用度。      

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。      

用复合电镀法制造环形电镀金刚石线锯

本文用复合电镀的方法研制了环形电镀金刚石线锯,锯丝基体采用直径0．8mm的65Mn钢丝,经氩弧焊焊接成环形。采用镀镍的方法将金刚石磨料把持在环形钢丝基体上而制成环形电镀金刚石锯丝,用此环形锯丝在自制的试验设备上对花岗岩的锯切试验表明：锯口边缘整齐规则,无崩碎现象,锯丝切出的表面光滑,质量较高。     

电源输出形式对电镀金刚石切割线上砂形貌的影响

为研究上砂电源的输出形式对金刚石切割线上砂形貌的影响,使用直径为0.18 mm镀铜高碳钢线为基线,和粒度尺寸为30~40 μm（表面化学镀镍磷合金、增重30%）的金刚石颗粒进行电镀试验。上砂电源的输出形式分别为直流输出、单脉冲输出和双脉冲输出。单脉冲输出时,随着占空比从0.8降到0.2,金刚石颗粒在切割线上的团聚现象逐渐减少,占空比为0.6时上砂效果最佳。双脉冲输出时,随着正向脉冲的开通比从8降到2,金刚石颗粒的团聚现象也逐渐降低,开通比为6时最佳,此时基本没有团聚现象,金刚石分布较均匀。理论分析表明:双脉冲输出的负脉冲对团聚的金刚石有脱附作用,因此能有效抑制团聚现象,同时过于强烈的脱附作用也会降低上砂量。      

液流对电镀金刚石线锯形貌影响

电镀金刚石线锯的上砂过程一直是困扰其生产的关键所在。定性研究涡流和稳流两种不同流动形式对电镀金刚石线锯形貌的影响,并采用不同的电流密度对水平放置的钢线和不同深度竖直放置的钢线分别进行了上砂实验研究。结果发现对于10～20μm的金刚石微粉,如果在涡流的情况下,上砂过程中很难沉积足够的金刚石微粉,这是因为金刚石受到液流的冲刷力影响而难以被电吸附进镀层之中,从而对上砂的过程起到了极大的负面影响;而在稳流的情况下,在不同的电流密度或不同的放置方式的情况下,都能得到金刚石磨粒数量较多的线锯;尤其是竖直放置的情况下,金刚石分布的非常均匀且数量适中,有利于生产高品质的金刚石线锯;同时还发现钢线晃动也会对上砂形貌产生较大的影响,其本质原因可归结于液流作用。     

电镀金刚石线锯镀镍层力学性能及磨粒把持力研究

电镀工艺参数直接影响电镀金刚石线锯镀镍层的力学性能且难以测定。按金刚石线锯电镀工艺制备电镀试件,利用纳米压/划痕仪、X射线衍射仪测试试件的力学性能,得镀镍层的硬度、弹性模量、残余应力以及镀镍层与线锯基体的结合强度。简化计算镀镍层对金刚石磨粒的把持力。根据试验获得的镀镍层力学参数建立磨粒把持力有限元模型并进行仿真分析。简化计算与仿真分析的结果一致性较好。      

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。      

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.     

环形电镀金刚石线锯研究

环形电镀金刚石线锯是将金刚石磨粒固着于环形钢丝基体上的一种切割工具。使用自制的环形电镀金刚石线锯进行多晶硅的切割试验,阐述了钢丝基体材料的选择,焊接方法,环形电镀金刚石线锯的制作工艺。采用切割工艺参数为:锯丝线速度20～40 m/s,工件进给速度2～10 mm/min,锯丝张紧力60～100 N。试验表明:硅片表面平整光滑,表面粗糙度Ra达到0.328～0.562μm,体现出环形金刚石线锯切割的良好特性。     

复合电刷镀金刚石线锯的制备工艺研究

使用自制电刷镀金刚石线锯制备装置研究金刚石线锯的制备工艺,分析各工艺参数对线锯性能的影响规律,并优化工艺参数。在确定电刷镀装置许用电流密度的基础上,通过单因素试验及正交试验研究工艺参数对磨粒分布密度的影响规律。结果表明:镀液中无磨粒时,随着毛毡轮转速的增大,许用电流密度先增大后减小,转速在300~500r/min时,许用电流密度达到极值;影响磨粒分布密度的因素主次顺序依次是走丝速度、电流密度、毛毡轮转速;磨粒分布密度最大值对应参数组合为走丝速度15mm/min、电流密度19kA/m2、毛毡轮转速450r/min。      

金刚石线锯质量检验

为检验金刚石线锯的质量,以显微图像分析为基础,采用数学三维建模的方法,共选择5个线锯样品,对其表面的磨粒出刃高度、磨粒出刃率、磨粒面积比、线锯丝径、包络丝径、磨粒堆积直径等参数进行量化分析。结果表明:分析结果能很好地反映产品质量的变化,对于线锯产品质量检验与控制,具有非常有效的指导作用。      

固结磨粒金刚石线锯的研究进展

总结固结磨粒金刚石线锯的制备方法,主要有钎焊法、树脂结合剂粘结法和电镀法;分析金刚石表面金属化的原理和模型,比较金刚石表面金属化方法的优缺点;探讨复合电镀的共沉积机理,主要有吸附理论、力学理论和电化学理论;展望固结磨粒金刚石线锯制备的发展方向。     

树脂结合剂金刚石线锯研究进展

面对普遍使用的切割技术存在的问题,人们逐渐将注意力转移到固结金刚石线锯切割的研究和利用上。与其他固结金刚石线锯相比,树脂结合剂金刚石线锯具有制作工艺简单,生产成本低,切割效率高,环境污染少等优点。本文总结了树脂结合剂金刚石线锯的制作工艺以及线锯失效的形式,并指出这一技术的研究方向是进一步提高制造效率、增长使用寿命、缩小锯丝直径。     

电沉积金刚石线锯装置的研制

电沉积金刚石线锯制作工艺简单、沉积层与基体结合强度高,在超硬晶体切片加工领域具有广阔应用前景。基于电沉积技术的基本原理,分析电极材料沉积到基体表面并发生冶金结合的过程,设计制备金刚石线锯的装置:分析沉积方式和介质对沉积层的影响,确定旋转电极、气体介质的设计方案;用电极与基体间平均电压检测放电状态,据此调节电极与基体的距离,使电极处于电火花放电状态。以此装置电沉积线锯,发现:其运行可靠,可在φ0.4 mm不锈钢丝上沉积金刚石磨粒。      

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。     

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.