[发明专利]用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物及其制备方法

说明书

本发明属于硬脆材料加工领域，提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物，所述组合物包括金刚石和胎体粉，所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：超细钴粉20‑30份，羰基镍粉5‑15份，铜锡预合金粉10‑20份，超细铁粉10‑20份，磷铜粉1‑10份，钨铜预合金粉5‑15份，β‑碳化硅晶须1‑5份。本发明还提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头的制备方法。本发明提供的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物制备得到的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头具有韧脆俱佳、金刚石出刃好、掏棒效率高、钻头寿命长、掏棒成材率高等优点。

技术领域

本发明属于硬脆材料加工领域，特别涉及一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子信息技术的发展，尤其是半导体照明产业的飞速发展，对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。单晶蓝宝石由于具有优异的光学性能、机械性能、强度高、硬度大、抗腐蚀能力强、耐磨擦、绝缘性能优良等一系列特性而得到了广泛的应用。LED衬底市场和消费电子市场是蓝宝石爆发的两大助推器，因为蓝宝石硬度高(仅次于金刚石)、强度大，防刮擦、耐磨损的效果特别好，苹果在iPhone 5S的镜头保护盖上配备了蓝宝石，是蓝宝石在消费电子市场上首次“亮相”，苹果对蓝宝石的钟爱引领了蓝宝石在消费电子领域的一波热潮，苹果公司在其首款可穿戴智能设备Apple Watch上用上了永不磨损的蓝宝石屏幕，这是继iPhone 5S后，苹果旗下的又一款产品用上蓝宝石晶体材料。从长期看，未来苹果可能在智能终端领域继续推进蓝宝石等新材料应用，手机盖板的应用可能是下一个使用方向。

蓝宝石材料在LED应用领域一直处于供不应求的状况，蓝宝石基片是当前蓝、紫、白光二极管(LED)和蓝光激光器(LD)工业的首选基片，是制造半导体蓝色发光二极管的关键性材料，也是氮化物半导体衬底、集成电路衬底的首选材料，在特殊要求环境下，还没有替代产品，同时蓝宝石是LED上游衬底材料的最优选择。LED是一种节能环保、寿命长和多用途的光源，其能量转换效率大大高于白炽灯和节能灯。衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石，不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。衬底材料的选择取决于很多条件，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。目前能用于生产的衬底只有三种，即蓝宝石衬底和碳化硅(SiC)衬底以及Si衬底。蓝宝石的性价比不断提升将成为LED上游衬底材料的最优选择。

蓝宝石的应用越来越广泛，但由于脆性大、硬度高，化学性能稳定，批量生产的技术还很不成熟，效率低，裂纹、划痕和崩边现象比较严重，给加工带来了很大的困难。蓝宝石生长成晶柱后，第一道工序就是用套料钻头把蓝宝石从晶柱中套出，形成一根根的蓝宝石柱体，然后再切割、研磨、划片等。目前蓝宝石套料钻头大致存在以下几个问题：

(1)套料钻头的锋利度不够，产生打滑不进尺现象，钻进效率低，甚至会导致晶体表面裂纹严重；

(2)套料钻头的锋利度很好，脆性大，导致刀头的强度较低，存在安全隐患。

(3)套料钻头寿命较短，增加了加工的成本。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物及其制备方法。

发明人经过研究发现，在钻进坚硬弱研磨性的单晶蓝宝石时，最易出现的问题是胎体过硬而导致金刚石被磨平不能脱落，新一层金刚石不能及时出露而影响了钻进效率和钻头寿命。故针对研磨性弱的单晶蓝宝石，采用低耐磨性的胎体，通常在胎体中引入脆性相，超细钨铜粉末具有很高的锋利性，但由于锋利度好，而导致胎体的脆性增加，强度降低，为了增加强度而不影响钻头的锋利性，首次将β-碳化硅晶须引入胎体中，起到增强相的作用，从而提高了刀头的强度。

本发明的第一个方面提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物，所述组合物包括金刚石和胎体粉，所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：