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金刚石线切割的原理、特点及其在精密超精密加工领域的应用

金刚石线切割的原理、特点及其在精密超精密加工领域的应用

发布日期:2018-04-21 编辑: 点击:

 1 金刚石线切割20世纪90年代,国际上为了解决大尺寸硅片的加工问题,采用了线锯加工技术将硅棒切割成片。早期的线锯加工技术是采用裸露的金属线和游离的磨料,在加工过程中,将磨料以第三者加入到金属线和加工件之间产生切削作用。这种技术被成功地用于对硅和碳化硅的加工。为了进一步缩短加工时间,以及对其它坚硬物质和难以加工的陶瓷进行加工,人们将金刚石磨料以一定的方式固定到金属线上,从而产生了固定金刚石线锯。

3.1金刚石线切割的原理 图3.1金刚石线切割原理图如图3.1高速往复运动的切割线带动砂浆到切割区,使砂浆中的研磨颗粒(SiC颗粒)与硅棒表面高速磨削,由于研磨颗粒有非常锐利的棱角,并且硬度远大于硅棒的硬度,所以硅棒与线锯接触的区域逐渐被砂浆磨削掉,进而达到切割的效果,同时砂浆也可以带走磨削中产生的大量热。

在对金刚石线锯切割机理的认识过程中,许多研究者认为,金刚石磨粒的微观切削运动是一个滚动、嵌入过程,提出了“滚动 -嵌入”模型。Li 等人提出锯丝施加在磨粒上的力带动磨粒沿切削表面滚动,同时压挤磨粒嵌入切削表面,从而形成剥落片屑和表面裂缝,形成宏观的切割作用。重点研究了磨粒嵌入工件时的应力分布和作用, 发现磨粒对材料的Z大剪切应力发生在微观切削表面之下,据此对磨料的选择进行优化。Kao 等人指出在 “滚动 - 嵌入” 模型中,磨粒的运动除滚动和嵌入外,还包括刮擦, 三者共同形成切削作用。Bhagavat等人则在这个模型中考虑了磨浆的作用并认为,在锯丝带动游离磨料切割硅锭的小区域内,锯丝与磨浆的运动构成了一个弹性流体动力学环境,用有限元方法分析锯丝与硅锭间的磨浆弹性流体动力学模型,得到磨浆薄膜厚度和压力分布关于走丝速度、磨浆粘度和切割条件的函数, 还得出结论:磨浆薄膜厚度大于平均磨粒尺寸,是磨粒的流动产生了切削[3]。 


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