用金刚石线切割机切割铁钛合金
实验材料：熔炼的圆形铁钛合金锭。
1cm
图1实验所用材料图
实验目的：使用STX-202A金刚石线切割机，将表面光滑的圆形铁钛合金锭从中间切割开，观察切割后的表面。
实验设备：STX-202A金刚石线切割机、MTI-3040加热平台
（1）STX-202A金刚石线切割机（2）MTI-3040加热平台
图2实验所用设备图
实验过程：
试样的固定：
首先将合金锭和用于固定试样的树脂陶瓷块及载样块放到MTI-3040加热平台上进行预热，如图3（1）所示，待树脂陶瓷块和试样达到80℃左右的温度后将石蜡涂到树脂陶瓷块上用于固定试样的凹坑中及树脂陶瓷块与载样块相接触的位置，然后将铁钛合金锭放到凹坑中的石蜡上，再将放有合金锭的树脂陶瓷块放到载样块上，最后将三者一同移到加热平台下方进行冷却，冷却后铁钛合金锭就固定在树脂陶瓷块中间的凹坑中了，如图3（2）所示。
（1）预热中的试样和树脂陶瓷块（2）固定好的铁钛合金锭
图3合金锭试样的固定
试样的切割：将固定有试样的载样块固定到金刚石线切割机的样品台上进行切割，切割前应将金刚石切割线对准至铁钛合金锭的中线处，对准完之后设置切割速度为0.1㎜/min，并开启冷却切削油循环系统用切割油对试样进行冷却润滑。切割过程中应观察切割线的水平情况，如果金刚石切割线始终保持一个较小的角度向下运行，证明所选切割速度适合该种材料样品的切割；若金刚石线切割一段时间后与样品接触处弧度变量较大则证明所选切割速度过快，应适当降低切割速度，否则容易将金刚石切割线损坏；若切割一段时间后金刚石线弧度变小，则说明切割速度还有提升的空间，可适当增加切割速度，使金刚石切割线与试样之间保持一个恒定的小角度进行切割，从而保证金刚石线处于一个最佳的切割速度。
图4切割中的试样图
观察切割后的试样可见，试样从中间垂直剖开，切割后的断面平整光滑，没有切偏的现象发生，可见切割后的样品状态满足制样要求。
图5切割后的试样图
本实验证明，STX-202A金刚石线切割机适合小型合金圆锭的切割，且切割后能获得平行度好的切割表面。
2010.03 30 摘要：本文着重介绍了金刚石单线切割机的发展技术背景，并就中国电子科技集团公司第四十五研究所基于金刚石线切割自主研发的JXQ-401单线切割机详细的介绍，性能特点，关键技术以及切割工艺实验分析，就金刚石线切割机理分析以及应用进行了初步的探讨。 关键字：恒张力控制 切断 切方 曲线切割 王仲康， 杨生荣 （中国电子科技集团第四十五研究所） 1.整机概括介绍 JXQ-401单线切割机主要用于碳化硅、蓝宝石等脆硬材料的分切。该产品由中国电子科技集团公司第45研究所自主研发设备，具有4项发明、3项实用新型专利，切割晶片最薄厚度可达180μm 。与传统游离态多线比较，具有节能环保，切割厚度可任意设定，同时具有切方、切断，异形曲面切割等功能。 设备性能参数 2.技术背景 传统上一般晶锭切成片状的方式是内圆切割，这种切片机的刀片刃口厚度在0.28～0.35mm 之间，加工效率较低，材料损耗大，出片率低、加工晶片表面质量较低,难以加工硬度大、脆性高以及耐磨性好的材料。并且随着晶圆直径的增大和第三代半导体材料的出现，内圆锯片加工受到其本身结构的限制使得切片切割过程逐渐困难，所以内圆锯片的加工方式在第三代半导体材料和大直径大批量晶片生产中逐渐被边缘化。 上个世纪九十年代发展起来的线切割技术的成熟应用,成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是 利用线带动游离磨粒， 使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨 图1 整机 万方数据
31 2010.03 削切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件，则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。 为了改善上面的缺点，切割碳化硅等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固着在钢丝表面,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工,相比游离磨料多线锯的“三体加工”,它属于“二体加工”，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。 3.关键技术描述及实施方法简述 JXQ-401单线切割机是以金刚石线作为切割线的一种硬 脆材料切割设备，具有切割线张力稳定切片表面粗糙度Ra 可达0.3μm 界同类设备领先地位。工艺实验表明，M&B 效率，还是断线率， 优于国外同类产品。图2 切割前后金刚石线变化图 图3 游离磨料和固定磨料切割效率对比图 图4 美国DWT 单线切割机 图5 DWT 单线控制原理示意图 万方数据
金刚石线锯切割设备现状与设计初探 周世威郑超 国家特种矿物材料工程技术研究中心桂林541004 摘要：随着光伏产业、半导体等高精端产业的发展，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等材料的切割加工显得犹为重要。近年来，世界各国研究开发其切割设备，新工艺，新设备不断涌现。而金刚石线锯切割设备成为研究和发展的主流趋势，本文介绍国外硅片切割设备研究的最新进展以及国内发展状况，并介绍笔者参与研制的金刚石环形线锯机的功能、特点和设计心得体会及金刚石单线和环线切割机应用前景展望。 关键词：线切割设备金刚石线多线切割金刚石线开方机金刚石单线机环线机 一、前言 目前，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等，具有优良、稳定的物理和化学性能(如耐磨损性、抗腐蚀性、电绝缘性等)，在电子、光学及其它领域得到广泛应用，特别是单晶硅、多晶硅、陶瓷材料被广泛用于太阳能光伏产业、半导体、真空电镀等高精端产业中。伴随半导体、光伏材料技术的发展，需求量不断增加，切割加工量大幅增长，由于硬脆材料硬度高、脆性大，因此加工难度较大。锯切是硬脆材料机械加工的第一道工序，锯切加工成本约占加工总成本的 5 0 ％以上，因此，切割工艺、工具及设备受到越来越广泛的关注，并得到迅速发展。（1）从目前国内外加工的现状来看，硬脆性材料切割方法多种多样，主要有：金刚石圆盘锯切割（如外圆锯片切割和内圆锯片切割）、金刚石带锯切割、电火花线切割（只能用于带金属晶体）、游离磨料线锯切割和金刚石线锯切割等等。在国际上，游离磨料线锯切割在单晶硅、多晶硅的切割中占主流地位，但是这种技术存在明显的不足：线锯走丝速度低，通常≤10m/S，切割效率低, 锯丝使用寿命短。切割大尺寸坯料时磨料难以进入到长而深的切缝，磨浆的处理和回收成本较高。因此，近来出现金刚石线锯代替游离磨料线锯的发展趋势。目前，国内硅片多线切割设备仍然是国外品牌厂家统治的天下，其核心技术长期为他们所垄断，严重制约我国光伏产业和半导体IC产业的发展。国家将对新能源及其装备制造业给予有力的政策支持，并提出要强化科技创新，提升产业核心竞争力，加强产业关键核心技术和前沿技术研究，强化企业技术创新能力建
金刚石线切割技术简析 技术简介 以生产工艺划分，金刚石线可以分为电镀金刚石线和树脂金刚石线。金刚石切割线是通过一定的方法，将金刚石镀覆在钢线上制成，通过金刚石切割机，金刚石切割线可以与物件间形成相对的磨削运动，从而实现切割的目的。 金刚石线是用复合电镀的方法将高硬，高耐磨性的金刚石微粉固结在钢丝基体上，而制成固结磨料金刚石锯线。在切割过程中90%的抗拉强度来自钢丝线，因此钢丝线对金刚石线至关重要。 在自由磨料线锯切割过程中，研磨液由喷嘴直接喷到钢丝线与硅晶体上，由线网的钢丝线带动游离磨料对硅晶体进行切割。与游离磨料不同，金刚石线将金刚石微分固结到钢丝线上，钢丝线往复移动对硅晶体进行切割。 图：金刚石线构成轴剖面图 技术优势
传统砂浆的利用钢丝的快速运动将含磨料的液体带入到工件切缝中，产生切削作用。在切割过程中，碳化硅被冲刷下来，唯有持续进行滚动磨削，而减少切割效率。碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金刚石硬度在10（莫氏）。金钢线切割线速度基本在15m/s，正常切割的砂浆线速度基本在9-11.5m/s。而若金钢线再做突破的话，就应该是要更硬，同时兼有更好的自锐性（多晶金刚石），更稳定的固结方式，更快的线速度。 金刚石切割线相比传统工艺有三大优势： 1）金刚石线切割漏损少，寿命长，切割速度快，切割效率高，提升产能； 2）品质受控，单片成本低，金刚石线切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片； 3）环保，金刚石线使用水基磨削液（主要是水），有利于改善作业环境，同时简化洗净等后道加工程序。 添加剂原理 随着金刚石线切割技术的发展及单多晶竞争的日益激烈，多晶硅片将全部由砂浆线切割转变为金刚石线切割。不过由于金刚石线切割多晶硅片的损伤层浅、线痕明显等问题，常规砂浆线的酸制绒难以在其表面刻蚀出有效的减反射绒面。 目前，针对金刚石线多晶硅片制绒的难题，主要解决办法包括：金刚石线直接添加剂法、干法黑硅(RIE)及湿法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工艺等原因，目前大多数企业以金刚石线直接添加剂法制备金刚石线切割多晶硅片的减反射绒面，当然由于添加剂法制备的电池转换效率低等因素，决定其只是金刚石线切割多晶硅片全面推广的一个过渡阶段。
金刚石线切割机的选用 一、金刚石线切割机 金刚石线切割机原理 金刚石线切割机装有一个绕丝筒。绕丝筒在高速旋转的同时进行往复回转运动进而带动金刚石线做往复运动，金刚石线被两个张紧轮所张紧，为增加切割的精度和面型，在张紧轮下面安装两个导向轮。[1] 通过自动控制工作台向金刚石线方向不断地进给，或是控制金刚石线向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间不断产生磨削进而切割。 金刚石线锯切割优势 电火花线切割加工要求被加工材料必须导电，其工作原理是在绝缘油介质中，靠金属切割盘与试样之间产生的电弧起切割作用。将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，将金属丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。脉冲电源提供加工能量，加工过程中应用专用的线切割工作液清除加工中产生的碎屑[2]。切割过程中若工件材料过厚时，工作液较难进入和充满放电间隙，会对加工精度和表面粗糙度造成影响。有时某些工件可能会在表面出现裂纹、变形等问题。切割后的金属表面没有裸露最原始的金属，而是覆盖一层氧化皮，若想观察原始金属层，需先将金属表面的氧化皮磨掉，否则影响整个样品表面的形态。对于一些熔点特别高的金属，如钨合金，切割时接触点放电的热量所提供的温度达不到其熔点，因此难以对其进行切割。当被加工材料不导电且需要采用线切割的方式进行加工时，此时电火花线切割机不再适用。而金刚石线切割机的加工优势便显现出来，金刚石线切割机同时适用于导电材料和不导电材料（硬度要比金刚石线小）的切割。因此，金刚石线切割机被广泛用于各种金属和非金属及复合材料的切割，如陶瓷、玻璃、岩石、宝石、玉石、陨石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、环氧板、铁氧体、PCB 以及建筑材料、牙科材料、生物材料及仿生复合材料等，特别适用于切割各种高硬度、高价值、易破碎的脆性材料。[3-4] 金刚石线切割机常用的金刚石线有电镀型和树脂型两种。 1、电镀型：用电镀的方法在金属丝上沉积一层金属（一般为镍和镍钴合金），并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。金属镀层是结合剂，金刚石磨料则用于切削加工。
用金刚石线切割机切割铁钛合金 实验材料：熔炼的圆形铁钛合金锭。 1cm 图1实验所用材料图 实验目的：使用STX-202A金刚石线切割机，将表面光滑的圆形铁钛合金锭从中间切割开，观察切割后的表面。 实验设备：STX-202A金刚石线切割机、MTI-3040加热平台 （1）STX-202A金刚石线切割机（2）MTI-3040加热平台 图2实验所用设备图 实验过程： 试样的固定： 首先将合金锭和用于固定试样的树脂陶瓷块及载样块放到MTI-3040加热平台上进行预热，如图3（1）所示，待树脂陶瓷块和试样达到80℃左右的温度后将石蜡涂到树脂陶瓷块上用于固定试样的凹坑中及树脂陶瓷块与载样块相接触的位置，然后将铁钛合金锭放到凹坑中的石蜡上，再将放有合金锭的树脂陶瓷块放到载样块上，最后将三者一同移到加热平台下方进行冷却，冷却后铁钛合金锭就固定在树脂陶瓷块中间的凹坑中了，如图3（2）所示。
（1）预热中的试样和树脂陶瓷块（2）固定好的铁钛合金锭 图3合金锭试样的固定 试样的切割：将固定有试样的载样块固定到金刚石线切割机的样品台上进行切割，切割前应将金刚石切割线对准至铁钛合金锭的中线处，对准完之后设置切割速度为0.1㎜/min，并开启冷却切削油循环系统用切割油对试样进行冷却润滑。切割过程中应观察切割线的水平情况，如果金刚石切割线始终保持一个较小的角度向下运行，证明所选切割速度适合该种材料样品的切割；若金刚石线切割一段时间后与样品接触处弧度变量较大则证明所选切割速度过快，应适当降低切割速度，否则容易将金刚石切割线损坏；若切割一段时间后金刚石线弧度变小，则说明切割速度还有提升的空间，可适当增加切割速度，使金刚石切割线与试样之间保持一个恒定的小角度进行切割，从而保证金刚石线处于一个最佳的切割速度。 图4切割中的试样图 观察切割后的试样可见，试样从中间垂直剖开，切割后的断面平整光滑，没有切偏的现象发生，可见切割后的样品状态满足制样要求。