一种金刚石线锯及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种金刚石工具及其制备方法， 具体地涉及一种金刚石线锯及其制备方法。 背景技术
作为一种广泛应用的切割工具， 金刚石线锯多用于晶体切割， 其直径大都在 0.1 至 0.45mm， 用于晶体加工的金刚石线锯直径小， 切缝小， 具有被切材料消耗、 浪费小的特 点。但是， 现有的金刚石线锯大多是直接将很细的金刚石颗粒通过电镀或钎焊的方式沉积 或钎焊在钢丝线上后获得， 如 CN200710009082.6 和 200720007553.5 中就公开了一种 “新 型金刚石丝锯” ， 其是一种单根方形、 梯形、 弓形的平切面上钎焊金刚石而制成的丝锯 ； 又如 CN200420005349.6 同样公开了 “一种用于切割硬脆材料的金刚石线锯” ， 其是将细颗粒金刚 石附在金属线上形成金刚石线锯， 但未论述具体的技术工艺方案， 即未论述金刚石粉是通 过哪工艺附着到钢丝线上 ； 再如中国台湾专利 98101497.6 中公开的 “具有不连续切割面的线锯” ， 其论述了金刚石在钢线上不连续排列， 且采用 “电镀法、 粘结法、 硬焊” 的方法将金刚 石固定到线锯上， 但同样没有论述具体的工艺 ； US6102024 中公开了一种 “钎焊超硬材料线 锯和制造方法” (Brased superabrasive wire and method therefor)， 其中不仅论述了在 多边形钢丝上钎焊金刚石的具体方法， 也论述了在多股钢丝绳上直接钎焊金刚石的具体工 艺， 磨料在线表面的排列是连续的， 也可是间隔的， 该专利谈到的工艺主要是指在钢丝 ( 包 括多边形 ) 或钢丝绳 ( 多股钢丝 ) 上直接将钎焊材料及金刚石直接涂到钢丝或钢丝绳上， 通过真空炉及其它焊接方法， 使金刚石直接焊接到钢丝 ( 钢丝绳 ) 上。但是， 在实际操作 中， 这种工艺只适合在单股钢丝上应用， 而并不适用于多股钢丝形成的钢丝绳， 这是因为单 股钢丝的钎料较薄， 金刚石粒径小， 烧结制成后， 钢丝不会僵硬。而在将钎焊料和粗粒金刚 石直接涂附在由多股钢丝形成的钢丝绳上时， 由于钎焊层较厚， 金属钎焊料在高温烧结过 程中熔化， 金属熔体易沿着钢丝绳方向扩散， 冷却后， 这种在多股钢丝上连续或间隔式布砂 钎焊的线锯， 会变得僵硬而无法使用。另一方面， 若线锯上非工作层 ( 间隔部位 ) 无橡塑材 料保护， 则会导致线锯在切割石材时容易磨损， 钢丝绳易断裂的问题。 发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石线锯， 其克服了现有以柔性多股绳作为中心线 的金刚石线锯过于僵硬， 完全无法使用的问题。
本发明的另一目的是提供上述金刚石线锯的制备方法。
为了达成上述目的， 本发明以下的技术方案 ：
一种金刚石线锯， 其特征在于 ： 包括耐弯折的柔性多股绳， 该多股绳的直径为 0.5 ～ 2.0mm， 其上间隔固定有至少两个的厚度为 0.1 ～ 2.0mm 的金刚石钎焊工作层。
在推荐的实施例中， 所述金刚石钎焊工作层为直接钎焊于柔性多股绳上的金刚石 工作层， 该柔性多股绳上金刚石工作层以外的区域则覆盖有橡塑材料层。在推荐的实施例中， 所述的金刚石串珠为预先成型成圆筒状的自支撑金刚石串珠 ( 即金刚石串珠的内壁无金属基体支撑 ) 或带有金属基体支撑的金刚石串珠， 每相邻两个 金刚石串珠之间的柔性多股绳上则固定一由橡塑材料形成的涂层。
在推荐的实施例中， 所述的金刚石钎焊工作层还可设置成螺旋状、 其他规则形状 或不规则形状。
在推荐的实施例中， 所述金刚石钎焊工作层中分布的金刚石磨粒可以是单层的， 也可以是多层的， 或者是混合无层状结构 ( 亦即金刚石磨粒在金刚石工作层中均匀分布 )。
另外， 所述柔性多股绳的材料种类不限， 具体可以是钢线或合金线， 也可以用非金 属纤维线代替。
再者， 所述金刚石钎焊工作层可以采取真空钎焊炉烧结成形， 所述钎焊料可以是 含有 B、 Ti、 Cr、 Mo、 Si 或 W 等与碳容易形成碳化物的金属合金粉， 也可以是不含 B、 Ti、 Cr、 Mo、 Si 或 W 等与碳容易形成碳化物的金属合金粉， 在使用不含有以上元素的金属合金粉之 时， 待钎焊的金刚石磨粒表面可预先金属化， 即在金刚石表面预先形成含有上述元素的碳 化物过镀层， 增强金刚石磨粒与金属的结合力， 并缩短烧结时间。
在推荐的实施例中， 所述橡塑材料层可以是一层保护膜， 其通过将液态橡塑材料 以喷涂、 浸渍、 涂装或注塑等方法涂附在柔性多股绳上后获得。
在推荐的实施例中， 制成橡塑材料层的原材料可选自橡胶、 塑料或粘结剂的一种， 具体可选自乙丙橡胶、 聚氨酯、 热熔胶、 环氧树脂、 酚醛树脂、 丙烯酸树脂、 聚酰亚胺树脂、 橡 胶和塑料的混合物或橡胶和塑料的聚合物中的一种。为增加最外围弹性材料的抗拉强度、 耐磨性或耐水性能， 所述橡塑材料层中可填充有金属纤维、 玻璃纤维、 树脂纤维、 橡塑纤维， 天然纤维、 碳化硼粉、 碳化硅粉或金刚石粉等材料中的至少一种。
本发明中提及的金刚石磨粒可以是金刚石颗粒、 碳化硼、 立方氮化硼、 金刚石聚 晶、 金刚石厚膜或其他块状、 粒状超硬材料中的至少一种。
另外， 上述金刚石磨粒的粒度一般分布在 φ0.1 ～ 0.8mm。
本发明的金刚石线锯可以采用如下的方式制成 ：
a、 将柔性多股绳表面除油后， 在柔性多股绳上间隔涂覆耐高温无机胶水， 固化后 形成隔离被覆层 ；
b、 取金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物 ；
c、 用糊状金属钎焊料涂抹或浸渍柔性多股绳上的空隔部位， 然后再撒上金刚石磨 粒， 待有机胶固化后再喷涂或冷压上一层糊状金属钎焊料 ；
d、 将步骤 c 制得的柔性多股绳干燥后放入真空钎焊炉中烧结， 烧结后取出， 去除 无机胶， 通过热处理后， 在间隔部位涂覆一层橡塑材料保护层， 固化后制得金刚石线锯。
在上述方式中， 由于无机胶水可充满隔离层之内的柔性多股绳间隙， 因此， 在钎焊 过程中， 熔融的金属钎焊料不会再沿着柔性多股绳方向向隔离层内扩散， 从而使柔性多股 绳仍然能够保持原有柔软程度。
上述步骤中在柔性多股绳上间隔涂覆耐高温无机胶水， 固化形成隔离层步骤也可 以使用布基胶带间隔地包扎柔性多股绳或包裹低温陶瓷粉的方式实现。
需要说明的是， 步骤 b 中的步骤也可以使用以下的方式代替 ： 取金刚石磨粒和金 属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物， 再在柔性多股绳上的空隔部位间隔涂覆或冷压上糊状物。 本发明的金刚石线锯也可以采用如下的方式制成 ：
a、 将单股钢丝用耐高温无机胶水浸渍， 放置干燥固化后使钢丝表面固结一层厚度 为 0.05 ～ 0.1mm 的脱模层 ；
b、 取金刚石磨粒和金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物 ；
c、 在脱模层上间隔涂覆或冷压上糊状物， 而后将涂覆有糊状物的单股钢丝放入真 空钎焊炉中烧结 ；
d、 出炉后， 退出中心位置的单股钢丝， 得到环状的金刚石钎焊层， 即得金刚石串 珠；
e、 将金刚石串珠间隔地串到柔性多股绳上， 并用胶水固定， 再在间隔部位涂覆一 层橡塑材料保护层， 固化后制得金刚石线锯。
在上述方式中， 由于金刚石串珠已预先钎焊成型， 再固定至柔性多股绳上， 从而使 得柔性多股绳仍然能够保持原有柔软程度。
上述步骤中在单股钢丝上涂覆耐高温无机胶水， 放置干燥固化形成隔离层步骤也 可以使用布基胶带间隔地包扎单股钢丝的方式实现。
当然， 制得环状金刚石钎焊层的步骤也可以使用陶瓷棒、 竹木棒、 石墨棒、 金属棒 等或非金属材料作为中心支撑物， 再直接在支撑物上间隔涂覆或冷压上糊状物， 烧结后去 除中心支撑物， 便可获得无金属基体支撑的小直径自支撑金刚石串珠。
另外， 耐高温胶水中还可填充有磷酸铝、 CuO、 SiC、 Al2O3、 ZnO、 或 MgO 等金属化合物 中的至少一种。
采用上述两种方式制得的金刚石钎焊工作层 ( 不带金属基体 ) 的厚度一般为 0.2 ～ 1.5mm。
本发明的金刚石线锯还可以采用如下的方式制成 ：
a、 取金刚石磨粒和金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物 ；
b、 在内环直径 0.5mm ～ 2mm 的钢管上涂覆或冷压糊状物， 而后将其放入真空钎焊 炉中烧结 ；
c、 出炉后， 将之切割成长度 1 ～ 10mm 的小段， 获得带有金属基体的金刚石串珠 ；
d、 将金刚石串珠间隔地串到柔性多股绳上， 并用胶水固定， 再在间隔部位涂覆一 层橡塑材料保护层， 固化后制得金刚石线锯。
采用上述的方式制得的金刚石串珠的厚度 ( 加上金属基体 ) 的厚度一般为 0.1 ～ 2mm。
需要说明的是， 带有金属基体支撑的金刚石串珠可制成台阶形状， 即金属基体的 面积较大， 形成下台阶， 而金刚石工作面的面积较小， 形成上台阶。在使用上述形状的金刚 石串珠制成金刚石线锯时， 可使用橡塑材料层包覆下台阶， 使金刚石串珠更为稳定地安装 在柔性多股绳上。
除非特别指明， 这里所使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属技术领域 一般技术人员通常所理解的含义相同。同样， 所有在此提及的出版物、 专利申请、 专利及其 他参考资料均引入本发明作为参考。
与现有技术相比， 本发明中提供的线锯具有以下的优点 ：
1) 本发明通过在柔性多股绳上间隔涂覆耐高温无机胶水， 而后再在柔性多股绳上 的空隔部位涂覆或冷压上金刚石磨粒和金属钎焊料的混合糊状物， 从而可以有效地防止钎 焊料在钎焊过程中渗入柔性多股绳的缝隙中， 从而克服了现有以柔性多股绳作为中心线的 制成金刚石线锯过于僵硬， 完全无法使用的问题 ；
2) 本发明还可以通过将预先成型的金刚石串珠 ( 带金属基体或不带金属基体 ) 固 定至柔性多股绳形成的中心线的方式获得金刚石线锯， 从而使得位于中心的柔性多股绳仍 然能够保持原有柔软程度 ；
3) 本发明还可以通过在单股钢丝上形成脱模层， 而后在脱模层上间隔涂覆或冷压 上金刚石磨粒和金属钎焊料的混合糊状物， 烧结后退出位于中心位置的单股钢丝， 得到环 状的金刚石钎焊层， 获得金刚石串珠。由于该种金刚石串珠无需使用金属基体支撑， 因此， 使用上述的方式可以制得较现有金刚石串珠直径更小的金刚石串珠， 而由于制得的金刚石 串珠直径较小， 因此， 其在切割时形成的切缝小， 使被切材料的利用率显著提高， 另外， 小直 径的金刚石串珠即使没有金属基体支撑， 也完全不用担心制得的金刚石串珠在使用过程中 散架、 碎裂的问题， 在切割过程中也无需担忧金刚石串珠中的金刚石磨粒脱落， 并降低切割 成本 ； 4) 本发明通过橡塑材料层来保护金刚石线锯上的非工作层， 克服金刚石线锯在切 割石材时容易磨损， 柔性多股绳易断裂的问题 ；
5) 该金刚石线锯的制造工艺简单， 生产成本低 ；
6) 金刚石线锯在切割时具有噪音低、 低动力的特点。
附图说明
图 1 为涂覆有高温无机胶的多股钢丝绳的结构示意图 ； 图 2 为在空隔处涂覆有糊状金属钎焊料和金刚石磨粒的多股钢丝绳的结构示意 图 3 为去除了高温无机胶的金刚石线锯的结构示意图 ； 图 4 为带有聚胺酯保护层 5 的金刚石线锯的结构示意图 ； 图 5 为多层金刚石工作层的剖视图 ； 图 6 为固结有脱模层的单股细钢丝的结构示意图 ； 图 7 为间隔涂覆有糊状物的单股细钢丝的结构示意图 ； 图 8 为单层金刚石串珠的剖视图 ； 图 9 为带有金属基体的金刚石串珠的剖视图。图；
具体实施方式
实施例 1
如图 1 中所示， 将一根直径 φ1mm 的耐弯折多股钢丝绳 1 用丙酮表面除油处理后， 将耐高温无机胶按一定的间隔涂到钢丝绳上， 干燥固化后， 形成隔离遮掩区 2。
取金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物。
如图 2 中所示， 用糊状金属钎焊料涂抹多股钢丝绳 1 上的空隔部位 3， 然后再撒上 金刚石颗粒 4， 固化后再喷涂一层糊状金属钎焊料， 然后再撒上金刚石颗粒 4， 固化后再喷涂一层糊状金属钎焊料， 干燥后放入真空钎焊烧结炉中， 将温度升至 950℃， 然后冷却取出， 获得金刚石线锯的半成品。如图 3 和图 4 中所示， 将此线锯半成品用喷砂的方式去除无机 胶形成的隔离遮掩区 2， 通过热处理后， 最后涂附一层聚胺酯保护层 5， 便制成超细金刚石 线锯。
如图 4 和图 5 中所示， 一种金刚石线锯， 包括耐弯折的多股钢丝绳 1， 该钢丝绳 1 的 直径为 0.5 ～ 2.0mm， 其上间隔固定有若干个厚度为 0.1 ～ 1.5mm 的金刚石钎焊工作层 40， 该钢丝绳 1 上金刚石钎焊工作层 40 以外的区域则覆盖有聚胺酯保护层 5， 该金刚石钎焊工 作层 40 中分布有两层金刚石颗粒 4。
实施例 2
如图 6 中所示， 取一根直径 φ0.8mm 的单股细钢丝 6， 将之在耐高温无机胶水中浸 渍后取出， 无机胶水干燥固化后， 在使钢丝表面固结一层厚度为 0.05 ～ 0.1mm 的脱模层 7。
取金刚石磨粒和金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物。
如图 7 中所示， 在脱模层 7 间隔涂覆或冷压上含金刚石的糊状物 8， 而后将涂覆有 糊状物 8 的单股钢丝 6 放入真空钎焊炉中烧结。干燥后放置于真空钎焊炉中升温至 950℃ 后烧结， 冷却后退出位于中心位置的单股钢丝， 便获得自支撑 ( 即不带金属基体 ) 得到环状 金刚石钎焊层 ( 糊状物 8 烧结后获得 )， 即获得如图 8 中所示的金刚石串珠 40。 然后将这些 串珠 40 间隔地串到 φ1mm 的耐弯折多股钢丝绳 1 上， 并用胶水固定， 获得线锯半成品。再 在线锯半成品的空隔处涂覆一层聚胺酯胶 5， 固化后制得如图 4 中所示的金刚石线锯。 如图 4 和图 8 中所示， 一种金刚石线锯， 包括耐弯折的多股钢丝绳 1， 该钢丝绳 1 的 直径为 0.5 ～ 2.0mm， 其上间隔固定有若干个厚度为 0.1 ～ 1.5mm 的金刚石串珠 40， 该钢丝 绳 1 上金刚石串珠 40 以外的区域则覆盖有聚胺酯保护层 5， 该金刚石串珠 40 中含有单层金 刚石颗粒 4。
实施例 3
取金刚石磨粒和金属钎焊料， 加入有机胶后制成糊状物。
取一根直径 0.5mm ～ 2mm 的钢管， 在其上涂覆或冷压糊状物， 而后将其放入真空钎 焊炉中烧结。 出炉后， 将上述钢管切割成长度 5 ～ 10mm 的小段， 获得带有金属基体 9 的金刚 石串珠， 如图 9 中所示。然后将这些串珠 40 间隔地串到 φ1mm 的耐弯折多股钢丝绳 1 上， 并用胶水固定， 获得线锯半成品。再在线锯半成品的空隔处涂覆一层聚胺酯胶 5， 固化后制 得如图 4 中所示的金刚石线锯。
如图 4 和图 9 中所示， 一种金刚石线锯， 包括耐弯折的多股钢丝绳 1， 该钢丝绳 1 的 直径为 0.5 ～ 2.0mm， 其上间隔固定有若干个厚度为 0.1 ～ 2.0mm 的金刚石串珠 40， 该钢丝 绳 1 上金刚石串珠 40 以外的区域则覆盖有聚胺酯保护层 5， 该金刚石串珠 40 中含有金属基 体 9。
上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。