[发明专利]一种碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮、制备方法及应用，由以下重量百分比的原料制成：金刚石磨料15‑45%、预合金粉15‑60%、聚四氟乙烯20‑45%、氧化铈3‑15%、润湿剂0.5‑6%。本发明中所用合金体系为Ga‑Cu‑Sn，在合金体系中加入镓低熔点元素，合金粉成型温度低，解决了树脂金属结合剂异相成型的难题。镓金属的加入，发生共晶反应生成高富镓高脆性相β、δ，实现了传统合金体系由硬韧向高脆性的转变，提高结合剂体系自锐性。复合结合剂兼具二者优势，金属结合剂形成骨架提高强度和硬度，树脂粉的存在增加了磨具的弹性，降低磨削过程中的抗冲击性，提升碳化硅片的表面质量。

技术领域

本发明涉及超硬磨料磨具领域，具体涉及一种碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮、制备方法及应用。

背景技术

以碳化硅为代表的宽禁带半导体材料，有更高的饱和漂移速度和更高的临界击穿电压等突出优点，适合大功率、高温、高频和抗辐照应用场合。世界各国对SiC的研究非常重视，纷纷投入大量的人力物力积极发展，美国、欧洲、日本等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划，而且一些国际电子业巨头也都投入巨资发展碳化硅半导体器件。

区别于第一代半导体硅材料硬度低，脆性大的特性，碳化硅晶体材料，莫氏硬度达到9.5，硬度仅次于金刚石，强度较高，加工难度比较大。常用的树脂结合剂砂轮，由于树脂材料强度低，磨削时砂轮容易崩缺，无法去除工件余量；常用金属结合剂砂轮，由于金属应韧，加工碳化硅时结合剂无法自消耗，持续出刃效果差，不具有自锐性，磨削时容易产生砂轮堵塞，工件烧伤、裂片等问题，无法获得优质的加工质量。随着磨削加工技术的发展，结合剂正向着复合化的方向发展。

发明内容

本发明提出了一种碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮、制备方法及应用，该砂轮具有树脂结合剂和金属结合剂的优点，可以持续进刀保持锋利性，可以实现碳化硅晶体的减薄加工，提高加工效率，获得高表面质量的碳化硅晶体。

实现本发明的技术方案是：

一种碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮，由以下重量百分比的原料制成：金刚石磨料15-45%、预合金粉15-60%、聚四氟乙烯20-45%、氧化铈3-15%、润湿剂0.5-6%。

所述的树脂材料聚四氟乙烯具有自润滑作用，在磨削时减少磨擦磨损减小磨削热。所述的聚四氟乙烯为热塑性树脂，可以减小磨削震动作用，提高磨削表面质量。

所述的预合金粉中A镓金属必不可少的，其与铜和锡金属发生共晶反应，生成低熔点脆性预合金粉。

所述结合剂中的氧化铈，在磨削过程中对工件起到抛光作用，可以提高工件表面质量。

所述砂轮的基体为铜基体、钢基体中的一种，且基体有特殊结构设计。

所述的基体结构，有梯形槽，且有24个均匀分布的水孔，有利于提高磨削液进入磨削面，提高磨削过程中冷却散热。

所述金刚石磨料的粒度为400#-2000#。

所述预合金粉由40-60%铜粉、18-35%锡粉和10-25%金属A几种金属制成，其中金属A由铋或银中的至少一种和镓组成，金属A中镓的含量质量分数为50%。

所述预合金粉的处理方法为：将铜粉、锡粉过200#筛五遍，加入金属A，然后将混合物放入行星式球磨机球磨机械混合和细化处理10-20h，即得混合粉；将混合粉热处理，热处理工艺为：以20℃/min的升温速度升至260-350℃保温2h，然后以5℃/min升至380-450℃保温5-20h，然后以10℃/min降温至25℃，即得预合金粉。

所述的碳化硅晶体减薄用复合结合剂砂轮的制备方法，步骤如下：

（1）将热处理后的预合金粉和氧化铈放入行星式混料机中球混2h，过200目标准筛3遍得到粘接剂；