硬脆材料切割線鋸結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述

王妍　顧艷君　陳友玲

【摘要】從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)線鋸結(jié)構(gòu)的發(fā)展及重點(diǎn)技術(shù)分支進(jìn)行了全面的介紹。

【關(guān)鍵詞】線鋸；硬脆材料；切割；專利申請(qǐng)；發(fā)展路線

The research and analysis of the patent technology development of wire saw for cutting materials

Abstract： This article searched the patent application of wire saw for cutting hard brittle materials at home and abroad， analyzed the status and tendency of the development of wire saw in recent years.

Key words： wire， saw， cut， materials

1.引言

線鋸按線的多少可以分為單絲線鋸和多絲繩鋸，按其磨料的工作方式可分為游離磨料線鋸和固結(jié)磨料線鋸，隨著線鋸研究的進(jìn)一步發(fā)展，先后又出現(xiàn)了異性橫截面線鋸，多絲繩鋸等，本文從專利申請(qǐng)的角度，針對(duì)硬脆材料切割線鋸結(jié)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)行分析，總結(jié)概括出其結(jié)構(gòu)改進(jìn)的幾個(gè)技術(shù)分支，并按照其發(fā)展的先后順序依次對(duì)每個(gè)分支的改進(jìn)點(diǎn)及發(fā)展方向做進(jìn)一步的分析。

2.硬脆材料切割線鋸結(jié)構(gòu)發(fā)展

線鋸切割晶片的技術(shù)是在20世紀(jì)八十年代開始發(fā)展起來的，剛開始是運(yùn)用游離磨料的方式，也就是利用線帶動(dòng)游離磨料，讓工件和線中間的磨粒對(duì)工件進(jìn)行材料去除的動(dòng)作，游離磨料線鋸最初采用的是一般的不銹鋼線，隨著技術(shù)的發(fā)展，為了改進(jìn)鋼線的切割性質(zhì)，使其具有較高的耐磨性，耐腐蝕性，以及較高的強(qiáng)度，逐漸出現(xiàn)了表面具有鍍層的改進(jìn)型線鋸，最為常見的是在鋼絲表面進(jìn)行鍍銅或鍍鋅處理。如發(fā)明專利CN101444935A中提到的一種切割絲，其通過在鋼質(zhì)芯線的表面包覆銅芯合金鍍層，從而提高了鋼絲的柔韌性，降低了切割絲的斷絲率，進(jìn)而提高了切割質(zhì)量。

為了提高加工效率且使磨粒能夠達(dá)到最大的使用率，以及降低成本，上世紀(jì)末各國開始研制固著磨粒線鋸。固著磨粒切割是指利用燒結(jié)、電鍍或釬焊等方式將金剛石磨粒固定在鋼線上來進(jìn)行切割。此種方式加工效率較高，同時(shí)也避免了游離磨粒線鋸的磨粒因?yàn)槟郜F(xiàn)象的發(fā)生而造成的切割液無法噴出的情況。

早在1996年，日本專利JP9-309108A就提出了固著磨粒的線鋸，此外專利JP3078020B2、CN202412497U、CN202685117U等專利也對(duì)此類線鋸進(jìn)行了研究，該分支的相關(guān)專利的著重于對(duì)磨粒結(jié)合劑及制成方式等角度進(jìn)行研究，從而對(duì)磨粒的附著性能進(jìn)行改進(jìn)。

隨著固著磨粒線鋸的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了具有多層的復(fù)合型線鋸，其對(duì)最原始的鋼絲線進(jìn)行了多方面的改進(jìn)，使其具備了更優(yōu)良的切割性能，專利CN102152416A公開了一種金剛石線鋸，其除了在線鋸表面固結(jié)磨粒外，還包括多層結(jié)構(gòu)如保護(hù)層、植砂層、鎳基層，通過結(jié)合鍍層技術(shù)及固結(jié)磨粒技術(shù)對(duì)線鋸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提高線鋸切割的質(zhì)量。對(duì)此類線鋸進(jìn)行研究的還有專利JP9-150314A、JP10-151560A、JP11-347911A等。

為了減小切口的厚度并且從而減少浪費(fèi)的材料，傾向于使用具有較小直徑的線。然而，具有較小直徑的線一般更容易受損，在較高的應(yīng)變下，線更容易斷裂，并且在線斷裂事件中，可能引起有害的結(jié)果。因此存在用于盡可能減小切口損耗的優(yōu)選直徑與用于盡可能增大線的穩(wěn)定性的優(yōu)選直徑之間的折中的技術(shù)問題。期望具有盡可能小的鋸切材料的切口損耗，同時(shí)盡可能避免由于線斷裂造成的半導(dǎo)體材料的損失和停工時(shí)間。于是出現(xiàn)了異形橫截面線鋸。如EP2647458A1里公開的一種矩形橫截面的線鋸，其還帶有波紋型形狀、固定磨粒邊型形狀、鋸齒型形狀或矩形形狀的凹口。此外專利JP2004-338023A、JP2007-196329A、JP9-254006A、JP11-138414A等對(duì)這類線鋸作了相關(guān)研究。

除了上述提及的幾種線鋸，根據(jù)切割對(duì)象的不同還有將多股切割絲擰合在一起形成的繩鋸，其作為一種柔性超硬材料的切割工具已經(jīng)有了40多年的發(fā)展歷史。

繩鋸中的串珠繩鋸為發(fā)展最好、研究最多的技術(shù)分支。最早的金剛石串珠繩出現(xiàn)在意大利的VERONA的S.Ambrogio博覽會(huì)上，從此以后這以深具潛力的工具得到了快速發(fā)展。

隨著金剛石串珠繩鋸技術(shù)的日益推廣應(yīng)用，其存在的問題也相繼暴露，如斷繩頻繁、串珠固定效果差、串珠胎體性能與切割對(duì)象不匹配、胎體與基體剝離、胎體磨損與金剛石磨損不匹配、繩鋸切割過程中材料去除機(jī)理不清楚等等，這些問題嚴(yán)重制約著金剛石串珠繩鋸技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，因此進(jìn)一步發(fā)展對(duì)金剛石串珠繩鋸的系統(tǒng)性研究是相當(dāng)必要的，也是突破當(dāng)前技術(shù)瓶頸的前提和基礎(chǔ)[2]。

3.總結(jié)

縱觀線鋸技術(shù)的發(fā)展，固結(jié)磨料線鋸無疑是發(fā)展主要方向，由于切割要求的不斷提高，其外徑是向著超細(xì)的方向發(fā)展，因此對(duì)母線界面的幾何形狀及尺寸偏差，對(duì)磨粒粒徑的優(yōu)化與均一性都有待深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]黃國欽，徐西鵬.金剛石串珠繩鋸技術(shù)的研究.工具技術(shù)，2005年第39卷第8期.

作者簡介

王妍（1987-），女，江蘇泰州人，碩士研究生，現(xiàn)就職于國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，職位：實(shí)審審查員，研究方向：焊接與切割。

注釋

第二作者所做的貢獻(xiàn)與第一作者相同，但限于版面設(shè)計(jì)，被列為第二作者。