[发明专利]超硬材料切割方法及切割装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超材料的高效批量切割方法及装置，尤其是一种能大幅度提高硅、碳化硅、蓝宝石、日用陶瓷制品、金属陶瓷复合材料或其他陶瓷材料片材切割效率和精度的超硬材料切割方法及装置，具体地说是一种超硬材料切割方法及切割装置。

背景技术

目前在对高硬度材料如硅、碳化硅、蓝宝石、日用陶瓷制品、金属陶瓷复合材料或其他陶瓷材料进行单片式切割时常用的有水刀切割，等离子切割，激光切割，圆锯片切割，带锯切割，电火花放电线切割等方式，对于硅片切割而言，目前最有效的方法是采用传统多线切割技术，其原理见图1。缠绕切割线的辊轮带动钢线运动，在被喷上含有切割磨料的切割液后，钢线带动切割磨料对硅片进行切割。目前蓝宝石切割大多是采用摆动式多线切割原理，见图2，缠绕切割线的三根辊轮固定在同一个圆盘上，在辊轮带动金刚石切割线运动的同时，圆盘做一定角度的摆动运动。摆动切割技术彻底解决了传统多线切割技术（上述的硅片切割技术）应用于蓝宝石等超硬超耐磨材料切割时所存在的跳线、断线等瓶颈，获得了成功并迅速占据主导地位。

在摆动式切割技术成功应用蓝宝石切割后，相关研究人员于2008年开始并在持续推进该技术在硅片切割行业的使用。但直至今日仍然未获成功。原因在于，硅相比于蓝宝石更脆，摆动切割更容易造成缺角、崩边、线痕等质量缺陷。同时，出于成本考虑，硅片切割采用更细的金刚石线；更脆的硅会被切下更大颗粒的硅粉，把金刚石线夹在硅片之间造成断线。这些问题至今未有很好地解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有的硅、蓝宝石等超硬材料所采用的线切割方法存在的效率低、能耗高、污染大、加工成本高的问题，发明一种能大幅度提高切割效率、降低能耗、降低成本、绿色环保的超硬材料切割方法及切割装置。

本发明的技术方案之一是：

一种超硬材料切割方法，其特征是将至少两片无锯齿锯片平行装夹成一体，使其在被切割材料上作往复运动，同时在切割过程中向切割锯片上连续喷射带有切割磨料的切割液，切割磨料在切割液的带动下流向切割锯片刃口部位；锯片往复运动过程中，刃口部位所粘附的切割磨料将被切割材料摩擦撞击而导致细小颗粒从被切割材料上逐渐脱落，进而实现切割目的。

所述的锯片的数量为2-20000片。

所述的锯片的形状为矩形。

所述的锯片为纯金属、合金或含有金属成份的金属陶瓷复合材料，当使用金属陶瓷复合材料作为锯片时，如果其中的陶瓷颗粒的硬度大于被切割材料，则在切割时无需向切割锯片上喷射带有切割磨料的切割液；所述的切割磨料为碳化硅粉末、氧化铝粉末、金刚石粉末和氮化硼粉末中的一种或几种的组合。

所述的切割液的成分为水。

本发明的技术方案之二是：

一种超硬材料切割装置，其特征是它由至少两片锯片1、锯片夹具2、和锯片张紧支架3组成，锯片夹具2装夹在锯片1的两端以使各锯片1之间平行并保持设定的距离，锯片之间的间隙用以供切割液通过，锯片张紧支架3与锯片两端的锯片夹具2相连并向两端的锯片夹具2施加一个张力从而使锯片1的两端各受到一个向外的张力使锯片保持张紧状态以提高切割效果；锯片的形状优选为矩形。

本发明的技术方案之三是：

一种超硬材料切割方法，其特征是采用刃面自组装技术：首先，在无锯齿直刃锯片刃口部分涂覆一层高于被切割材料硬度的初始磨料颗粒，利用初始磨料颗粒将被切割材料研磨切割掉下小颗粒粉末；再采用局部瞬时高能量激发，将锯片刃口局部区域熔化，使被切割材料切割掉下的小颗粒粉末粘结并全熔或产熔渗进锯片刃口内部，从而形成硬度等于或高于被切割材料硬度的金属陶瓷刃口结构，进而实现连续切割，整个切割过程中，被切割材料和锯片之间用离子水持续喷淋，起润滑、冷却和导电作用。

所述的被切割材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅；氧化铝陶瓷、人造蓝宝石（人造三氧化二铝单晶）或刚玉（天然氧化铝单晶）。

所述的局部瞬时高能量激发采用高频脉冲电源，将电压施加在锯片与被切割材料之间；利用电火花放电技术实现切割锯片刃面局部瞬时熔化；脉冲电源参数选择：电压：10～220V；脉冲宽度：100μs～1000μs；占空比：10%～50%；锯片形状优选为矩形，尺寸为：长度10～100cm；宽度0.5～50cm；厚度0.05～0.3mm，最佳厚度为0.05～0.1mm。