[发明专利]固定磨料锯线

说明书

描述

技术领域

本发明涉及锯线(sawing wire)，更特别地涉及在碳钢丝的外表层锚定有固定磨料颗粒并且固定有粘接层的锯线。特别关于线是在高碳含量钢丝芯上采用低碳含量钢作为表层。这样的线可用于切割硬而脆材料如石英(用于例如石英晶体振荡器或掩模基板(blancs))、硅(用于例如集成电路晶片或太阳能电池)、砷化镓(用于高频电路)、碳化硅或蓝宝石(例如用于蓝光led衬底)、稀土磁性合金(例如用于记录磁头)或者甚至天然或人工钻石。

背景技术

用于锯切大小物件(此后称之为工件)的由硬而脆材料制得的线已经为人们熟知多个世纪。在该领域中使用不同的名称来命名实际接触和锯切工件的构件：术语“线锯”(即为线的锯，尽管采用线的锯切设备也用其表示)、“锯线”(用于锯切的线)和“锯切线材(saw wire)”(用作锯的线)均出现了。在下文中，将坚持术语“锯线”。

“锯绳(sawing rope)”或“锯缆(sawing cable)”是包含由在其上固定有磨料珠的多根纤丝制得的绳的绳索，其有时被称为“锯线”，但其不落入本申请的范围。

基本上，锯线作为将材料从要锯切的物件上磨掉的磨料构件的载体。这些磨料构件：

-可以从载体分离并且通过一种或另外一种方法将其注入线和要锯切的物件之间。该方法有时被称为“第三本体磨损”(第三本体是磨料构件)或“松散的磨料切割”。一个众所周知的例子是通过普碳钢丝切割硅锭，所述钢丝带着浆料进入切口。该浆料包含细的磨料颗粒，其在线和工件之间滚动粘贴，局部压碎材料并且因而进一步深化切口，或者

-可以由与线(如在木锯中)相同的材料制得的以突出齿的形式附着在载体线上，或者

-可以以除了线以外的另一材料的磨料颗粒形式附着在载体线上。在后者情况中，颗粒必须是硬的并且应该牢固地附着在载体线上。

本申请所关注的是最后一种类型的线，将其称为“固定磨料锯线”。

对固定磨料锯线所期望的是以下：

-必须以足够长的长度(至少是千米)提供，因为短的长度使往复运动成为必要。往复运动意味着重复的加速和减速，因而损失了能量和时间。线越长，需要的转向越少。

-此外，往复(thro and fro)运动倾向于将磨料颗粒摆动出线，由于颗粒的损失导致线过早的磨损。因此有必要将磨料颗粒在线里或线上固定好。固定好不仅意味着磨料颗粒必须保持在原位，而且意味着它们相对于线的弹性运动保持为低的。

-线越薄越好。较薄的线意味着较少的锯口损失。锯口损失是磨损掉并损失的工件材料的量。较少的锯口损失意味着较好的利用材料。对于贵重的材料(例如硅、砷化镓或稀土磁性合金)，在锯口损失方面的小的减少导致大的财政获利。基准以松散的磨料切割设定，其中120μm标准的线是惯例，并且采用80μm的线进行测试。这导致130-140μm和90-100μm的锯口损失，因为浆料载体中的磨料颗粒也在线和工件之间占据了一些空间。

-由于在锯切过程期间必须将线拉紧以便将磨料颗粒压入物件中，因此线必须能够维持一定的张力。可维持的较高张力导致在磨料颗粒上较大的接触力并且因而较高的锯速(尽管存在对此的限制)。该张力通常为20N以上。

-对低锯口损失的需求即小宽度的固定磨料锯线与需要高张力的高锯速相结合，使得高拉伸强度线的使用是不可缺少的。线的拉伸强度以断裂载荷来确定-线断裂时的力与线的横截面积相除，并以N/mm²表示。为了安全可靠，线的最小断裂载荷应该至少是张力的约两倍。在例如200μm的固定磨料锯线的情况下，这导致1300N/mm²的最小拉伸强度，并且在140μm的固定磨料锯线的情况下导致2600N/mm²的最小拉伸强度。

-优选锯线不应该使用污染物污染工件。例如将尝试消除在硅晶片锯切中的铜，这不仅是因为硅中的扩散铜是电活性的，而且因为含铜的废水处理更难。

固定磨料锯线已描述于与本申请的目的最相关的各个专利申请和专利中：

EP0243825描述了从钢丝杆和围绕杆的管开始制备固定磨料锯线的方法，其中杆和管之间具有空隙。采用金属粉末和磨料颗粒的混合物填充该空隙。在通过将其蚀刻掉而移除外部管后，密封末端并将该杆在重复的步骤中热处理和冷拉拔，以获得固定磨料锯线。缺点是该方法不允许制备可观长度(高于100米)的固定磨料锯线，所得线的拉伸强度较低(比如低于1800N/mm²)并且所得的线太厚(1mm)。