硬脆材料切割线锯结构发展综述

王妍　顾艳君　陈友玲

【摘要】从专利文献的视角对线锯结构的发展及重点技术分支进行了全面的介绍。

【关键词】线锯；硬脆材料；切割；专利申请；发展路线

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

线锯按线的多少可以分为单丝线锯和多丝绳锯，按其磨料的工作方式可分为游离磨料线锯和固结磨料线锯，随着线锯研究的进一步发展，先后又出现了异性横截面线锯，多丝绳锯等，本文从专利申请的角度，针对硬脆材料切割线锯结构的发展进行分析，总结概括出其结构改进的几个技术分支，并按照其发展的先后顺序依次对每个分支的改进点及发展方向做进一步的分析。

2.硬脆材料切割线锯结构发展

线锯切割晶片的技术是在20世纪八十年代开始发展起来的，刚开始是运用游离磨料的方式，也就是利用线带动游离磨料，让工件和线中间的磨粒对工件进行材料去除的动作，游离磨料线锯最初采用的是一般的不锈钢线，随着技术的发展，为了改进钢线的切割性质，使其具有较高的耐磨性，耐腐蚀性，以及较高的强度，逐渐出现了表面具有镀层的改进型线锯，最为常见的是在钢丝表面进行镀铜或镀锌处理。如发明专利CN101444935A中提到的一种切割丝，其通过在钢质芯线的表面包覆铜芯合金镀层，从而提高了钢丝的柔韧性，降低了切割丝的断丝率，进而提高了切割质量。

为了提高加工效率且使磨粒能够达到最大的使用率，以及降低成本，上世纪末各国开始研制固着磨粒线锯。固着磨粒切割是指利用烧结、电镀或钎焊等方式将金刚石磨粒固定在钢线上来进行切割。此种方式加工效率较高，同时也避免了游离磨粒线锯的磨粒因为凝聚现象的发生而造成的切割液无法喷出的情况。

早在1996年，日本专利JP9-309108A就提出了固着磨粒的线锯，此外专利JP3078020B2、CN202412497U、CN202685117U等专利也对此类线锯进行了研究，该分支的相关专利的着重于对磨粒结合剂及制成方式等角度进行研究，从而对磨粒的附着性能进行改进。

随着固着磨粒线锯的不断发展，出现了具有多层的复合型线锯，其对最原始的钢丝线进行了多方面的改进，使其具备了更优良的切割性能，专利CN102152416A公开了一种金刚石线锯，其除了在线锯表面固结磨粒外，还包括多层结构如保护层、植砂层、镍基层，通过结合镀层技术及固结磨粒技术对线锯结构的改进提高线锯切割的质量。对此类线锯进行研究的还有专利JP9-150314A、JP10-151560A、JP11-347911A等。

为了减小切口的厚度并且从而减少浪费的材料，倾向于使用具有较小直径的线。然而，具有较小直径的线一般更容易受损，在较高的应变下，线更容易断裂，并且在线断裂事件中，可能引起有害的结果。因此存在用于尽可能减小切口损耗的优选直径与用于尽可能增大线的稳定性的优选直径之间的折中的技术问题。期望具有尽可能小的锯切材料的切口损耗，同时尽可能避免由于线断裂造成的半导体材料的损失和停工时间。于是出现了异形横截面线锯。如EP2647458A1里公开的一种矩形横截面的线锯，其还带有波纹型形状、固定磨粒边型形状、锯齿型形状或矩形形状的凹口。此外专利JP2004-338023A、JP2007-196329A、JP9-254006A、JP11-138414A等对这类线锯作了相关研究。

除了上述提及的几种线锯，根据切割对象的不同还有将多股切割丝拧合在一起形成的绳锯，其作为一种柔性超硬材料的切割工具已经有了40多年的發展历史。

绳锯中的串珠绳锯为发展最好、研究最多的技术分支。最早的金刚石串珠绳出现在意大利的VERONA的S.Ambrogio博览会上，从此以后这以深具潜力的工具得到了快速发展。

随着金刚石串珠绳锯技术的日益推广应用，其存在的问题也相继暴露，如断绳频繁、串珠固定效果差、串珠胎体性能与切割对象不匹配、胎体与基体剥离、胎体磨损与金刚石磨损不匹配、绳锯切割过程中材料去除机理不清楚等等，这些问题严重制约着金刚石串珠绳锯技术的进一步发展，因此进一步发展对金刚石串珠绳锯的系统性研究是相当必要的，也是突破当前技术瓶颈的前提和基础[2]。

3.总结

纵观线锯技术的发展，固结磨料线锯无疑是发展主要方向，由于切割要求的不断提高，其外径是向着超细的方向发展，因此对母线界面的几何形状及尺寸偏差，对磨粒粒径的优化与均一性都有待深入研究。

参考文献

[1]黄国钦，徐西鹏.金刚石串珠绳锯技术的研究.工具技术，2005年第39卷第8期.

作者简介

王妍（1987-），女，江苏泰州人，硕士研究生，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，职位：实审审查员，研究方向：焊接与切割。

注释

第二作者所做的贡献与第一作者相同，但限于版面设计，被列为第二作者。