[发明专利]用于制作法兰盘的过共晶硅铝合金及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种用于制作法兰盘的过共晶硅铝合金及其制备方法与应用。所述过共晶硅铝合金通过将硅铝合金熔体在无氧条件下迅速冷却后制得，具有轻质、加工性良好、强度合理和弹性模量高等特点。数据显示，所述过共晶硅铝合金的密度为2.43～2.50g/cm³，抗拉强度为138～220MPa，屈服强度为138～210MPa，弹性模量为108～131GPa，基于所述硅铝合金制备得到的用于固定超薄切割片的法兰盘，可在高速转动条件下稳定超薄切割片，从而更高效、高品质地进行切割。

技术领域

本发明属于合金领域，具体涉及电子切割应用的过共晶硅铝合金法兰盘。

背景技术

在微电子器件、硅、陶瓷或其他硬质和脆性物质的生产过程中，常采用精密切割工艺，为了使所切割材料损耗降至最低并尽可能避免后续精加工，需要求切割片的厚度一般处于15～100μm，以使切口尽可能窄，因此称为“超薄切割片”。

而超薄切割片一般固定于一对法兰盘上，采用超薄切割片进行加工时，转速需满足50000rpm以上，才能达到所要求的切割线速度。现有技术中用于固定超薄切割片的法兰盘多采用轻质的常规铝合金材料，尽管常规铝合金在质轻、强度方面符合要求，但是在高速旋转下，由于常规铝合金的弹性模量偏低，仅约72GPa左右，极易造成超薄切割片在受力状态下硬挺度不够，容易出现切缝偏移的现象，对所切割零件构成不规则边缘，严重时甚至造成工件报废或切割片产生裂纹而缩短使用寿命；当切割片硬挺度不够时，可以降低切割片的运行转速，但是这将造成切割效率降低，切割表面的品质下降。

因此，提高铝合金的弹性模量，进而提高切割体系的硬挺度成为解决上述问题的关键。在硅铝合金体系中，随着硅含量的提高，弹性模量急速提高，但是，随着硅含量的提高，初生硅晶的粗化成为问题，即便通过半连续铸造工艺法(直接水冷铸锭法)，冷却速率也仅能处于10～100K/s的范围内，由于冷却速度过慢，将使显微组织出现宏观偏析，产生平均晶粒尺寸为100～200μm的粗大初晶硅，该因素将导致材料的韧性、塑性变差，致使机加工极其困难。因此，在工业应用中，铝铸造工艺中的硅含量限定于约25％以下，不适合于高硅量的硅铝合金制造，如果法兰盘使用25％硅含量的铝合金，对法兰盘硬挺度的改善也十分有限。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种轻质的、加工性良好的、具有合理强度和高弹性模量的过共晶硅铝合金材料，来替代当前的常规铝合金，应用于固定超薄切割片的法兰盘，以提高其运行稳定性。

本发明提供一种过共晶硅铝合金在制作用于固定超薄切割片的法兰盘中的应用。

本发明还提供一种过共晶硅铝合金，包括如下重量百分比的原料：硅 50～70％和剩余量的铝。

优选地，所述过共晶硅铝合金的初生硅晶粒平均晶粒尺寸小于10μm。

优选地，所述过共晶硅铝合金的密度为2.43～2.50g/cm³。

优选地，所述过共晶硅铝合金的抗拉强度为138～220MPa。

优选地，所述过共晶硅铝合金的屈服强度为138～210MPa。

优选地，所述过共晶硅铝合金的弹性模量为108～131GPa。

优选地，所述过共晶硅铝合金的含氧量小于100ppm。

本发明还提供一种采用急速冷却成型工艺制备过共晶硅铝合金的方法，包括如下步骤：

(1)将硅和铝加热熔融，得硅铝合金熔体；

(2)将步骤(1)所述硅铝合金熔体倾倒入中间包，使所述硅铝合金熔体由中间包底部的小孔流出至无氧雾化室内，得硅铝合金熔体流束；

(3)在无氧雾化室内，用高压氮气喷射步骤(2)所述硅铝合金熔体流束，得硅铝合金液滴；