CN104760146B - 一种用于多线切割的复合固结磨料锯线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多线切割的复合固结磨料锯线，该种锯线的母线上至少固结有一组主切割磨料G1（平均粒径为d1)和一组辅助切割磨料G2(平均粒径为d2)，d2为d1的0.2‑0.8倍；G1通过至少一层高强度介质固结层固结于母线上，G2通过树脂介质层固结于母线和/或高强度介质表面；同一单位长度锯线上辅助切割磨料G2的平均体积密度≥主切割磨料G1平均体积密度的2倍。本发明通过复合结构和二次上砂设计，在锯线表面构建不同功能磨粒的自定义排列，实现了主切割、辅助切割以及同步表面整形修复功能的有机结合，以及磨粒的负载均衡与利用效率优化。同时可进一步定制调节金属/合金固结层和树脂固结层的厚度，达到综合优化锯线的制造成本。

Description

一种用于多线切割的复合固结磨料锯线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于多线切割的复合固结磨料锯线及其制备方法，适用于使用多线切割方法加工晶硅、碳化硅、水晶、蓝宝石等硬质材料。

背景技术

当前市场上的固结磨料切割锯线，可以根据基线表面的磨料附着方式，大致分为电镀固结磨料锯线和树脂固结磨料锯线两大类。

从目前市场实用效果看，电镀固结磨料锯线的优点是磨粒固结力强，带来锯线的切割能力较强，典型体现为应用于8英寸单晶硅片制造时，用线量已可轻易降低到2米/片以下，其主要缺点在于：

1. 锯线的生产成本较高，导致对每片用线量的要求苛刻，带来对切割设备要求高，允许的切割工艺窗口小等弊端；

2. 切割后的成品切面沿锯线方向上常出现表面状况异于周边的带状区域，导致在成品的后续加工（如晶硅硅片的后续制绒）成本增加和/或工艺兼容性差；

3. 同时受限于切割机理和排砂模式，已经很难进一步提升切割效率。深入的研究表明，在相同切割环境和对象下，电镀固结磨料锯线表面磨料密度增高，并不能带来切割效率的同比增高，表面磨料密度过低，则会导致切割过程中的断线风险显著增加。

而对于树脂固结磨料锯线，其受限于树脂本身的强度，对于磨粒的本征固结力远弱于电镀固结磨料锯线，同时由于金刚石磨粒的优良热导率，切削产生的热量会堆积在磨粒和树脂的结合部，使得的树脂固结层软化，进一步降低其对磨粒的把持力，从而导致切割过程中磨粒不断脱落。实用中一般通过提高磨粒的堆积密度，以及增加用线量等方式，保证树脂锯线维持一定的切割力。

相对于电镀固结磨料锯线而言，树脂固结磨料锯线的主要优势在于单位长度的制造成本低，带来对切割设备与切割工艺的要求相对较低，且切割成品的表面一致性较好。但是因为使用树脂固结磨料锯线时每片用线量亦需较电镀固结磨料锯线成若干倍地提高，用户在总体切割成本上能否有所收获仍旧成疑，导致电镀/树脂磨料锯线的技术路径之争至今仍旧方兴未艾。另外，树脂磨料锯线本身的结构性弱点，也严重限制了其应用于切割较晶硅更硬的材料（如蓝宝石等）的可行性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服/缓解现有固结磨料技术中的如下问题：

1、电镀固结磨料锯线成本高，对切割设备及应用工艺要求苛刻，且切割后的成品切面沿锯线方向上常出现表面状况异于周边的带状区域，导致在成品的后续加工（如晶硅硅片的后续制绒）成本增加和/或工艺兼容性差；

2、目前市场上电镀固结磨料锯线的磨粒间距大约在磨粒粒径的2~4倍，受限于切片表面材料移除速度以及磨粒本身大小导致的切削量的影响，进一步提升磨粒的排布密度已经无助于切割效率的提高，降低排布密度则会带来切割断线风险的显著增加，总体而言技术改进空间已经遭遇瓶颈；

3、树脂固结磨粒锯线虽然制造成本相对较低，对于切割设备及切割工艺的要求也较低，且切片表面一致性相对良好，但是锯线本身在切割使用过程中损耗大，切割力弱且衰减快，切割效率低，同样缺乏长期不断帮助客户降低总体线切成本的技术潜力。

本发明解决上述技术问题的创新手段是：一种用于多线切割的复合固结磨料锯线，（a）母线上至少固定有一组主切割磨料G1和一组辅助切割磨料G2，主切割磨料G1的平均粒径为d1, 辅助切割磨料G2的平均粒径为d2，d2为d1的0.2-0.8倍，所述母线为用于固定切割磨料的基底金属丝；（b）主切割磨料G1通过至少一层高强度介质固结层固结于母线上，所述高强度介质为抗拉强度在100Mpa以上的金属和/或金属合金；辅助切割磨料G2通过树脂介质层固结于母线和/或高强度介质表面；（c）同一单位长度锯线上辅助切割磨料G2平均体积密度≥主切割磨料G1平均体积密度的2倍，所述体积密度指单位长度锯线包含的磨料颗粒数。

在切割过程中，主切割磨料G1对工件表面进行切割后，会移除一定量的切割区材料，并在切片表面形成与主切割磨料G1粒径相关的粗糙度Ra1。选择辅助切割磨料G2的粒径d2接近主切割磨料G1切割过程所形成的粗糙度Ra1，紧随的辅助切割磨料G2即可对之前的主切割磨料G1形成的切割工面进行较高效的进一步材料移除/辅助切割，迅速降低Ra1，同时减少后续跟进的主切割磨料G1的工作负载：

（a）比较无辅助切割磨料G2存在（也即常规电镀固结磨料锯线）的情况，主切割磨料G1的切割效率得以提高，主切割磨料G1的钝化速度也得到缓解，同时辅助切割磨料G2在切割过程中的逐渐剥落，被冷却液带走，腾出的空间用于接受新的锯屑，如此构成高效且持续性强的“磨削动态排屑”机制，帮助动态移除锯屑在锯缝以及锯线表面的堆堵，进一步改善切割效率和锯线周遭的冷却环境；

（b）因为主切割磨料G1切削移除量大，辅助切割磨料G2主要仅对主磨粒群产生的粗糙面进行二次切削，比较无主切割磨料G1（也即常规树脂固结磨料锯线）的情况，辅助切割磨料G2的工作负载大幅下降，且主切割磨料G1系通过金属/合金固结于母线分布于辅助切割磨料G2中间，可以同时起到帮助散热的作用，树脂介质层和辅助切割磨料G2共同组成的混合层的寿命因此得以大幅提高；

（c）与此同时，切割过程中经过辅助切割磨料G2的辅助磨削，成品的最终表面粗糙度Ra2＜Ra1，成品工件的表面平整度与一致性也得到了相应提高。

为了在主切割磨料G1与辅助切割磨料G2之间达致基本匹配效果，即辅助切割磨料G2的粒径d2基本上能够接近主切割磨料G1切割过程所形成的粗糙度Ra1，选择d2为d1的0.2-0.8倍，同一单位长度锯线上辅助切割磨料G2平均体积密度大于主切割磨料G1平均体积密度的2倍。

研究表明，多数情况下，主切割磨料G1产生的表面粗糙度在d1的0.3-0.6倍之间，因此可优选d2为d1的0.3-0.6倍。

有鉴于辅助切割磨料G2的主体作用，是对主切割磨料G1开辟的工件表面进行相当于“打磨抛光”的作用，引入常规磨具工程经验，同时考虑到树脂固结允许的磨粒体积密度限制，辅助切割磨料G2可能在树脂固结层呈多层排列，以及辅助切割磨料G2可以选择与主切割磨料G1不同的材质（例如辅助切割磨料G2选择碳化硅，主切割磨料G1选择金刚石），优选在同一单位长度锯线上辅助切割磨料G2平均体积密度为主切割磨料G1平均体积密度的3-20倍，以期在主切割磨料G1和辅助切割磨料G2的工作负载和互补效果上达到较佳平衡。

本发明通过对锯线结构和砂粒排布的设计以及高强度介质固结层和树脂介质层，分别固结不同大小和体积密度的主切割磨料G1和辅助切割磨料G2。主切割磨料G1接近母线的一侧固结于第一高强度介质固结层；然后沿母线的径向向外，主切割磨料G1固结于第二高强度介质固结层；然后在接近锯线表面处，主切割磨料G1固结于树脂介质层；辅助切割磨料G2固结于树脂介质层。

a)可以通过控制高强度介质固结层的厚度来控制成本，在一定的工艺条件和良率限制下，最小化高强度介质固结层的厚度，使用低成本的树脂介质层来补全高强度介质固结层的填充。

b)实用过程中，辅助切割磨料G2的随机脱落，还可帮助动态移除锯屑在锯缝以及锯线表面的堆堵，进一步改善切割效率和锯线周遭的冷却环境。

c)主切割磨料G1通过高强度金属介质层结合于母线，混合分布于通过树脂固结的辅助切割磨料G2中间，有利于缓解辅助切割磨料G2因在切削过程产生的热量无法疏导而导致树脂介质层软化，带来磨粒容易脱落的现象，进一步提高树脂介质层和辅助切割磨料G2共同组成的混合层的寿命。

为保证主磨粒群在母线表面具备足够的附着空间，同时具备足够的切割能力，一般选择d1为母线直径的1/5~1/20。

本发明采用的母线表面可以自带有镀层，所述镀层为锌、锡、铜、黄铜、镍中的一种或几种。

本发明所述的主切割磨料G1和辅助切割磨料G2为金刚石、碳化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硼、氮化硼、氧化锆、锆酸铝的一种或几种的组合。

所述主切割磨料G1与辅助切割磨料G2的材质可以不同，一方面可以降低成本，另一方面利于实现磨料在单位体积内的不同分布密度。

所述树脂介质层用于固结辅助切割磨料G2，同时还固结有填料颗粒，帮助动态排屑以及导热，所述填料颗粒的平均粒径d3＜辅助切割磨料G2的平均粒径d2。

所述填料颗粒为氧化铝、碳化硅、金刚石微粉、石墨的一种或几种的组合。

所述填料颗粒的平均粒径d3为d1的0.1-0.5倍。

所述主切割磨料G1和辅助切割磨料G2的磨粒表面通过化学、电化学、真空或保护气体烧结、偶联剂处理的方式包裹金属、合金和/或金属陶瓷，以增强/调节主切割磨料G1和辅助切割磨料G2与高强度介质固结层和/或树脂介质层之间的结合强度。本发明中所述磨料的粒径、平均粒径均不包括预处理后增加的厚度。

本发明所述锯线的制备方法，至少包括如下步骤： (a) 母线预处理：使母线表面具备固结磨粒的条件；（b）主切割磨料G1的附着：将经过预处理的母线浸入含有主切割磨料G1的电镀槽，使得主切割磨料G1通过电镀方式按照一定分布密度附着于表面导电区域，形成带有主切割磨料G1的第一高强度介质固结层；（c）辅助切割磨料G2的附着：采用涂覆或者模压的方式将混合有辅助切割磨料G2的树脂或者单体预聚物浆料附着于步骤（b）的制成品表面，采用热干燥、热固化或者紫外固化的方式固结辅助切割磨料G2。

所述步骤（b）与步骤（c）之间还包括镀层加厚的步骤：对步骤（b）的制成品进一步电镀，至少形成一层高强度介质固结层，以将镀层加厚到设计厚度。

所述树脂或者单体预聚物浆料中包含填料。

本发明的有益效果在于：通过复合结构和二次上砂设计，在锯线表面构建不同功能磨粒的自定义排列，磨粒大小及体积密度均分别单独可调，实现了主切割、辅助切割以及同步表面整形修复功能的有机结合，以及磨粒的负载均衡与利用效率优化。同时可以针对特定的应用设备/工艺环境和良率要求，进一步定制调节高强度介质固结层和树脂介质层的厚度，达到综合优化锯线的制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的用于多线切割的复合固结磨料锯线一种实施例的结构示意图。

图2是本发明的用于多线切割的复合固结磨料锯线一种实施例的剖面结构示意图。

图3是本发明的用于多线切割的复合固结磨料锯线的切割原理示意图。

图4是本发明的用于多线切割的复合固结磨料锯线带有填料磨料的实施例的结构示意图。

图5是本发明的用于多线切割的复合固结磨料锯线另一种实施例的结构示意图。

图中1、母线，2、树脂介质层，3、高强度介质固结层，31、第一高强度介质固结层，32、第二高强度介质固结层，4、切片，5、填料颗粒。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一

如图1-2所示，一种复合固结磨料锯线，可对蓝宝石切片。蓝宝石硬度高，要求锯线具有较高的切削力，并同时控制表面的质量。母线1上至少固定有一组主切割磨料G1和一组辅助切割磨料G2，所述母线1为用于固定切割磨料的基底金属丝；主切割磨料G1通过两层高强度介质固结层3固结于母线1上；辅助切割磨料G2通过树脂介质层2固结于母线1和/或高强度介质表面。高强度介质固结层3由第一高强度介质固结层31和第二高强度介质固结层32组成，主切割磨料G1接近母线1的一侧固结于第一高强度介质固结层31；然后沿母线1的径向向外，主切割磨料G1固结于第二高强度介质固结层32；然后在接近锯线表面处，主切割磨料G1固结于树脂介质层2；辅助切割磨料G2固结于树脂介质层2。

通过以下步骤来制造上述的复合固结磨料锯线：

（1）在0.35mm直径的钢线基底表面以通过电镀镀镍的工艺沉积表观尺寸为30~40微米的金刚石颗粒G1，调节镀镍工艺，控制金刚石颗粒沿母线1轴向方向的间距在50μm左右；

（2）加厚电镀层，达到设计的金属层厚度要求，用于固结步骤（1）中所述的30~40微米表观尺寸的金刚石颗粒G1；

（3）将表观尺寸为15~25微米的金刚石颗粒G2进行硅凝胶预处理；金刚石颗粒G2干燥后进行真空气氛烧结，在金刚石颗粒G2表面形成Si-C；

（4）将经过表面预处理的15~25μm金刚石磨粒G2（颗粒平均粒径d2为一次上砂金刚石磨粒G1的平均粒径d1的0.6倍）和丙烯酸树脂共混，形成均相溶液，控制体积密度为上述步骤（1）磨料体积密度的2倍；

（5）将锯线通过步骤（4）的混合溶液进行二次上砂；

（6）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（7）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图1和图 2。

按照此实施案例获得的锯线，和传统电镀金刚石锯线相比，主切割磨料G1之间的空间被辅助切割磨料G2充分利用，分担了负载，锯线的使用寿命提高了5%，同时G2的粒径设计提高了表面质量，最终切片由于粗糙度波动造成的不良率降低了2%。所述传统电镀金刚石锯线是指，采用0.35mm钢线作为母线1，母线1上通过电镀层固结了一层30~40微米的金刚石，金刚石颗粒的间距在30~60μm。

实施例二

如图1-2所示，一种复合固结磨料锯线，可对单晶硅薄片切割。该产品对表面质量的良率要求较高，因而设计二次上砂的磨粒粒径小，体积密度高以实现较强的表面修复功能。本实施例的锯线结构与实施例一大致相同，通过以下工艺来制造复合固结磨料锯线：

（1）将表观尺寸为8~14μm的金刚石颗粒G1进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（2）将进行过镀钛处理的8~14μm金刚石颗粒G1通过电镀工艺沉积到线径为0.12mm的钢线上；磨粒之间的间距通过电镀参数的调节，控制在间距50微米左右；

（3）加厚电镀层，达到设计的金属层厚度要求，用于固结步骤（1）中所述的进行过镀钛处理的8~14μm表观尺寸的金刚石磨粒；

（4）将表观尺寸为2微米的碳化硅磨粒G2（平均粒径d2相当于一次上砂磨粒的平均粒径d1的0.2倍）用偶联剂KH570进行预处理；

（5）将上述经过表面预处理的碳化硅磨粒G2和丙烯酸树脂共混，形成均相混合溶液；

（6）将锯线通过步骤（5）的混合溶液进行二次上砂，通过调节碳化硅磨粒G2在树脂混合液的浓度，控制碳化硅磨粒G2的体积密度为一次上砂金刚石磨粒的20倍；

（7）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（8）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图1和图2。

按照此实施案例获得的锯线，和传统电镀金刚石锯线相比，在8-14μm的金刚石颗粒中间填充了以树脂固结的高密度的2微米碳化硅磨料G2，这种设计对表面质量的提高尤为明显，并且排屑效果明显，有助于降低断线率。单晶硅薄片的表面粗糙度比传统电镀金刚石锯线切割后的粗糙度下降了7%，同时断线率也下降了2%，二次上砂小粒径磨粒对硅片表面质量有明显改善。所述的传统电镀金刚石锯线是指，采用0.12mm钢线作为母线1，母线1上通过电镀层固结了一层8~14微米的金刚石，金刚石颗粒的间距在50~100μm。

实施例三

如图1-2所示，一种复合固结磨料锯线，可对单晶硅切割。客户产能有富余，要求切割效率高，同时表面质量好，因而设计二次上砂考虑切割效率和表面质量的平衡。本实施例的锯线结构与实施例一大致相同，通过以下工艺来制造复合固结磨料锯线：

（1）将表观尺寸为8~14μm的金刚石颗粒G1进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（2）将进行过镀钛处理的8~14μm金刚石颗粒G1通过电镀工艺沉积到线径为0.12mm的钢线上；磨粒之间的间距通过电镀参数的调节，控制在间距200微米左右；

（3）加厚电镀层，达到设计的金属层厚度要求，用于固结步骤（1）中所述的进行过镀钛处理的8~14μm表观尺寸的金刚石磨粒；

（4）将表观尺寸为6-10微米的金刚石磨粒G2（平均粒径d2相当于一次上砂磨粒G1的平均粒径d1的0.8倍）用偶联剂KH570进行预处理；

（5）将上述经过表面预处理的金刚石磨粒G2和丙烯酸树脂共混，形成均相混合溶液；

（6）将锯线通过步骤（5）的混合溶液进行二次上砂，通过调节金刚石磨粒在树脂混合液的浓度，控制金刚石磨粒体积密度为一次上砂金刚石磨料的15倍；

（7）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（8）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图1和图2。

按照此实施案例获得的锯线，和传统树脂金刚石锯线相比，主切割磨料G1 8-14μm由高强度金属固结，切割力大幅度提升，在G1的金刚石颗粒的间隙中间填充了较高密度的6-10μm的金刚石磨料G2的。和传统树脂金刚石锯线相比，磨料负载搭配均衡，切削效率提升了3倍，使用寿命提高了5倍，并且表面粗糙度下降了2%，良率提高了1%。所述的传统树脂金刚石锯线是指，采用0.12mm钢线作为母线1，母线1上通过树脂固结了一层8~14微米的金刚石，金刚石颗粒的间距在5~50μm。

实施例四

如图1-2所示，一种复合固结磨料锯线，可用于对单晶硅开方，该锯线要求强的切割能力，同时解决开方锯线尺寸波动大造成的良率低的问题。本实施例的锯线结构与实施例一大致相同，通过以下工艺来制造复合固结磨料锯线：

（1）将表观尺寸为30~40μm的金刚石颗粒G1进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（2）将进行过镀钛处理的30~40μm金刚石颗粒G1通过电镀工艺沉积到线径为0.35mm的钢线上；磨粒之间的间距通过电镀参数的调节，控制在间距50微米左右；

（3）加厚电镀层，达到设计的金属层厚度要求，用于固结步骤（1）中所述的进行过镀钛处理的30~40μm表观尺寸的金刚石磨粒；

（4）将表观尺寸为8~12微米的金刚石颗粒G2（平均粒径d2相当于一次上砂磨料平均粒径d1的0.3倍），进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（5）将步骤（4）所述经过表面预处理的金刚石磨粒G2和丙烯酸树脂共混，形成均相混合溶液；

（6）将锯线通过步骤（5）的混合溶液进行二次上砂，，因为树脂介质层2的厚度，磨料G2在树脂介质层2中可以多层排布，调整树脂混合液磨粒的浓度控制8~12微米磨粒的平均体积密度为一次上砂磨料体积密度的6倍；

（7）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（8）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图1和图2。按照此实施案例获得的锯线，和传统电镀金刚石锯线相比，由尺寸波动大造成的不良率降低了5%。所述传统电镀金刚石锯线是指，采用0.35mm钢线作为母线1，母线1上通过电镀层固结了一层30~40微米的金刚石，金刚石颗粒的间距在30~60μm。

实施例五

如图4所示，一种复合固结磨料锯线，可对单晶硅切割。切割效率高，表面质量好，同时断线率低，因而设计二次上砂考虑切割效率和表面质量的平衡。本实施例的锯线结构与实施例一大致相同，不同的是本实施例的树脂介质层2还固结有填料颗粒5，通过以下工艺来制造复合固结磨料锯线：

（1）将表观尺寸为15~25μm的金刚石颗粒G1进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（2）将进行过镀钛处理的15~25μm金刚石颗粒G1通过电镀工艺沉积到线径为0.12mm的钢线上；磨粒之间的间距通过电镀参数的调节，控制在间距90微米左右；

（3）加厚电镀层，达到设计的金属层厚度要求，用于固结步骤（1）中所述的进行过镀钛处理的15~25μm表观尺寸的金刚石磨粒；

（4）将表观尺寸为8-14微米的金刚石磨粒G2（平均粒径d2相当于一次上砂磨粒G1的平均粒径d1的0.6倍）用偶联剂KH570进行预处理；

（5）将表观尺寸为2微米的氧化铝填料5（平均粒径d3相当于一次上砂磨粒G1的平均粒径d1的0.1倍）用偶联剂KH570进行预处理；

（6）将上述经过表面预处理的金刚石磨粒G2，氧化铝填料5和丙烯酸树脂共混，形成均相混合溶液；

（7）将锯线通过步骤（5）的混合溶液进行二次上砂，通过调节金刚石磨粒G2在树脂混合液的浓度，控制金刚石磨粒G2的体积密度为一次上砂金刚石磨料的3倍；氧化铝填料占树脂重量比20%；

（8）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（9）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图4。

传统金刚石电镀锯线只存在一层15~25μm的切割磨料，由电镀层固结，间距在60~80μm，按照此实施案例获得的锯线，和传统电镀金刚石锯线相比，主切割磨粒G1之间的间距扩大了20%，而主切割磨粒G1体积密度下降导致的切割效率损失由3倍密度的G2磨粒承担，同时G2磨料降低了粗糙度，修整了表面质量，填料起到了动态排屑，增加树脂层寿命的作用。最终复合锯线的切削效率提高了4%，并且表面粗糙度下降了2%，良率提升了2%。

实施例六

如图5所示，一种复合固结磨料锯线，可对单晶硅切割。客户产能有富余，要求切割效率高，同时表面质量好，因而设计二次上砂考虑切割效率和表面质量的平衡。本实施例的锯线结构与实施例一大致相同，不同的是本实施例的主切割磨料G1仅通过一层高强度介质固结层3固结于母线1上。

通过以下工艺来制造复合固结磨料锯线：

（1）将表观尺寸为8~14μm的金刚石颗粒G1进行表面真空镀钛处理，在金刚石表面形成C-Ti的化学键结合；

（2）将进行过镀钛处理的8~14μm金刚石颗粒G1通过电镀工艺沉积到线径为0.12mm的钢线上；磨粒之间的间距通过电镀参数的调节，控制在间距200微米左右；

（3）将表观尺寸为6-10微米的金刚石磨粒G2（平均粒径d2相当于一次上砂磨粒G1的平均粒径d1的0.8倍）用偶联剂KH570进行预处理；

（4）将上述经过表面预处理的金刚石磨粒G2和丙烯酸树脂共混，形成均相混合溶液；

（5）将锯线通过步骤（4）的混合溶液进行二次上砂，通过调节金刚石磨粒在树脂混合液的浓度，控制金刚石磨粒体积密度为一次上砂金刚石磨料的17倍；

（6）将锯线通过恒温220℃的管式窑炉，对树脂介质层2进行固化；

（7）清洗锯线，完成锯线的最终制造，该锯线的结构示意图见图5。

按照此实施案例获得的锯线，和传统树脂金刚石锯线相比，主切割磨料G1 8-14μm由高强度金属固结，切割力大幅度提升，在G1的金刚石颗粒的间隙中间填充了较高密度的6-10μm的金刚石磨料G2的。和传统树脂金刚石锯线相比，磨料负载搭配均衡，切削效率提升了3倍，使用寿命提高了5.5倍，并且表面粗糙度下降了2%，良率提高了1%。所述的传统树脂金刚石锯线是指，采用0.12mm钢线作为母线1，母线1上通过树脂固结了一层8~14微米的金刚石，金刚石颗粒的间距在5~50μm。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (15)

1.一种用于多线切割的复合固结磨料锯线，其特征在于：

（a）母线（1）上至少固定有一组主切割磨料（G1）和一组辅助切割磨料（G2），主切割磨料（G1）的平均粒径为d1, 辅助切割磨料（G2）的平均粒径为d2，d2为d1的0.2-0.8倍，所述母线（1）为用于固定切割磨料的基底金属丝；

（b）主切割磨料（G1）通过至少一层高强度介质固结层（3）固结于母线（1）上，所述高强度介质为抗拉强度在100Mpa以上的金属和/或金属合金；辅助切割磨料（G2）通过树脂介质层（2）固结于母线（1）和/或高强度介质表面；

（c）同一单位长度锯线上辅助切割磨料（G2）的平均体积密度≥主切割磨料（G1）的平均体积密度的2倍，所述体积密度指单位长度锯线包含的磨料颗粒数。

2.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：d2为d1的0.3-0.6倍。

3.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：同一单位长度锯线辅助切割磨料（G2）的平均体积密度为主切割磨料（G1）的平均体积密度的3-20倍。

4.如权利要求1或2所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述高强度介质固结层（3）由第一高强度介质固结层（31）和第二高强度介质固结层（32）组成，主切割磨料（G1）接近母线（1）的一侧固结于第一高强度介质固结层（31）；然后沿母线（1）的径向向外，主切割磨料（G1）固结于第二高强度介质固结层（32）；然后在接近锯线表面处，主切割磨料（G1）固结于树脂介质层（2）；辅助切割磨料（G2）固结于树脂介质层（2）。

5.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：d1为母线（1）直径的1/5~1/20。

6.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：母线（1）表面自带有镀层，所述镀层为锌、锡、铜、黄铜、镍中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述主切割磨料（G1）和辅助切割磨料（G2）为金刚石、碳化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硼、氮化硼、氧化锆、锆酸铝的一种或几种的组合。

8.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述主切割磨料（G1）与辅助切割磨料（G2）的材质不同。

9.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述树脂介质层（2）用于固结辅助切割磨料（G2），同时还固结有填料颗粒（5），所述填料颗粒（5）的平均粒径d3＜辅助切割磨料（G2）的平均粒径d2。

10.如权利要求9所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述填料颗粒（5）为氧化铝、碳化硅、金刚石微粉、石墨的一种或几种的组合。

11.如权利要求9所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述填料颗粒（5）的平均粒径d3为d1的0.1-0.5倍。

12.如权利要求1所述的复合固结磨料锯线，其特征在于：所述主切割磨料（G1）和辅助切割磨料（G2）的磨粒表面通过化学、电化学、真空或保护气体烧结、偶联剂处理的方式包裹金属、合金和/或金属陶瓷。

13.一种如权利要求1-12所述的复合固结磨料锯线的制备方法，其特征在于至少包括以下步骤：(a) 母线预处理: 使母线表面具备固结磨粒的条件；（b）主切割磨料（G1）的附着：将经过预处理的母线浸入含有主切割磨料（G1）的电镀槽，使得主切割磨料（G1）通过电镀方式按照一定分布密度附着于表面导电区域，形成带有主切割磨料（G1）的高强度介质固结层；（c）辅助切割磨料（G2）的附着：采用涂覆或者模压的方式将混合有辅助切割磨料（G2）的树脂或者单体预聚物浆料附着于步骤（b）的制成品表面，采用热干燥、热固化或者紫外固化的方式固结辅助切割磨料（G2）。

14.如权利要求13所述的复合固结磨料锯线的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）与步骤（c）之间还包括镀层加厚的步骤：对步骤（b）的制成品进一步电镀，至少形成一层高强度介质固结层，以将镀层加厚到设计厚度。

15.如权利要求13或14所述的复合固结磨料锯线的制备方法，其特征在于：所述树脂或者单体预聚物浆料中包含填料。