镀覆金刚石磨料制成的光固化树脂结合剂薄型锯 片 ,在实际工艺流程中加工效率显著提升 ,锯片的 磨损率也有了很大的下降 。图 4 为采用镀钛金刚 石磨料的光固化树脂锯片与采用普通金刚石磨料 切割不同半导体材料的磨损率的比较 。对于单晶 硅 ,采用普通金刚石磨料的光固化树脂锯片的磨 μ 损量为 4 m/ 100mm , 而采用镀钛金刚石磨料的 μ 锯片相应的磨损率为 3 m/ 100mm , 磨损率降低 到原来的 75 % ; 对于铌酸锂 、 玻璃和陶瓷 ,镀钛金 刚石磨料光固化树脂锯片相应的磨损率也分别降 ・2149 ・

  合性能 ,最重要的一点是要增大磨料与结合剂的 结合面积 [ 5Ο7 ] 。影响光固化树脂磨具中磨料与结 合剂的结合面积的因素有很多 , 如磨料的表面是 否洁净 , 液态树脂对磨粒的浸润性是否充分等 。 因此 ,能够使用对金刚石磨料进行表面清洗 ,在光 固化树脂中添加表面活性剂的方法来改善两者的 结合性能 。另一种可明显地增加磨料与结合剂结合 面积的方法是对磨料进行表面镀覆 , 通过增大磨 料的表面积来增大两者的结合面积 。现代工业中 所使用的人造金刚石磨料有 50 %～ 60 %是经过 表面镀覆的 ,因为金刚石磨料经过表面镀覆后可 以显著增大表面积和提高金刚石磨料的耐热性 , 从而大幅度的提升金刚石磨具的使用效率和寿命 。

  工技术和加工磨具的应用 。光固化树脂是一种全 新的材料 ,它通过光照射引起聚合反应而固化 ,在 高效低耗能的同时洁净无污染 ,因此 ,在许多领域 得到了广泛的应用 。笔者通过几年的研究 , 首次 成功研制出包括端面抛光砂轮 、 超薄切割锯片在 内的多种基于光固化树脂结合剂的新型磨具 。本 文以光固化树脂锯片为研究对象 , 通过研究光固 化树脂作为磨具结合剂的结合理论 ,找到改进磨具 结合性能的方法 ,以提高磨具的加工效率和使用寿 命 ,为光固化树脂磨具得到更广泛 的应 用创 造 条件。

  合物) 、 活性稀释剂 ( 光聚合性单体 ) 、 光引发剂以 及添加剂组成 。液态光固化树脂在一定波长的紫 外光或激光照射下 , 光引发剂吸收光子能量迅速 分解成活性中心诸如自由基 、 阳离子等 ,进而引发 可聚合有机化合物化学交联 , 形成不溶性的交联 网络结构从而固化[ 1 ] 。从图 1 可以看出 , 在聚合 过程中基础聚合物的单体分子从以范德华力作用 变为共 价键 连接 , 相 应原 子间 的距离 从 01 3 ～ 01 5nm 缩短到 01 154nm 。这样 , 原子在聚合物中 的排列比在单体中紧密得多 ,因此 ,会导致光固化 树脂聚合过程中产生一定的体积收缩 [ 2 ,3 ] 。

  及镀钛金刚石微粉各一种 , 型号分别为 YK - J 50NC 、 - J - 50 Ti 和 YK - J - 50N 。试验中使 YK 用的光固化树脂结合剂为自配 , 其中已经添加改 性成分 。试验中光固化树脂锯片的磨料质量分数 根据磨料磨具手册中加工半导体材料的推荐值选 取为 100 % 。 2. 2 试验步骤和参数 试验步骤如下 : 各组分量取 → 搅拌 → 脱泡 → 注模 → 紫外光照射 → 试件后处理 → 修整 → 切割试 验→ 切割工作面电镜分析 。试验完成后测量锯片 单位距离磨损量及观察磨粒脱落率 , 同时观测被 切割材料的切槽及崩边情况 。表 1 为 EC400 型 数控划片机的加工参数及相应的加工材料 。

  料的光固化树脂锯片切割 4 种半导体材料的磨损 率的比较 。对于切割单晶硅 , 采用镀铜金刚石磨 料的光固化树脂锯片的磨损率降低到采用普通金 刚石磨料的锯片磨损率的 75 % , 切割铌酸锂 、 玻 璃和陶瓷 , 磨损率则分别降低到 621 5 % 、 1 5 % 70 和 70 % 。采用镀镍金刚石磨料的光固化树脂锯 片磨损率有更显著的降低 ,对于切割单晶硅 ,采用 镀镍金刚石磨料的光固化树脂锯片的磨损率降低 到采用普通金刚石磨料的锯片磨损率的 30 % ,切 割铌酸 锂 、 璃 和 陶 瓷 , 磨 损 率 则 分 别 降 低 到 玻

  型 ,锯片的修整采用内外圆磨床及 XM - 2 精密 双面研磨机 ,分别对内外圆及两面进行修整 ; 采用

  片切割试验后刃口的扫描电镜照片 。由图 7a 可 见 ,普通金刚石磨粒在镀镍后表面增加了许多刺 状凸起 。由上述分析得知 , 这些刺状凸起大大增 加了金刚石磨粒的表面积 , 从而增加了金刚石与 光固化树脂的结合面积 , 使光固化树脂对金刚石 磨粒的把持力大大增强 ,因此 ,使得金刚石磨粒在 加工过程中不易从锯片上脱落 。这就进一步解释 了采用镀镍金刚石磨料后 , 光固化树脂锯片的磨 损率大大降低的原因 。从图 7b 中还可以看出 ,金 刚石磨粒在磨损了较大的体积后 , 在金刚石磨粒 的周围没有看出裂缝或孔隙 , 金刚石磨粒仍牢固 地把持在光固化树脂基体中 。

  摘要 : 探讨了光固化树脂磨具不同于普通树脂磨具的结合机理 ,并在该理论的基础上寻找 出改善磨具结合性能的措施 。首次在光固化树脂结合剂锯片中引进几种金属镀覆的金刚石磨 料 ,通过对不同半导体材料进行切割试验 ,证实了在光固化树脂结合剂锯片中采用金属镀覆金 刚石磨料后 , 针对单晶硅 、 铌酸锂 、 陶瓷等半导体材料 , 几种不同锯片的磨损率分别降低了 25 %～200 % 、 5 %～62. 5 %和 10. 5 %～52. 6 % ,加工效率和常规使用的寿命有了显著的提高 。 12. 关键词 : 光固化树脂 ; 锯片 ; 金属镀覆金刚石 ; 结合性能 中图分类号 : T G74. 3 文章编号 :1004 — 132X ( 2006 ) 20 — 2148 — 03

  由于制造工艺的不同 , 光固化树脂结合剂磨 具的结合机理不同于普通热固化树脂磨具 。热固

  化树脂磨具是采用粉末树脂与磨料混合后压制烧 结成形的 ,而光固化树脂磨具是液态树脂与磨料 混合后紫外光照射固化成形的 。传统吸附理论认 为 ,粘合剂与被粘物之间的吸附不仅有分子之间 相互作用力 —— — 次价力 , 而且还有原子之间的相 互作用力 —— — 主价力 , 即物理作用与化学作用的 共同结果 [ 4 ] 。通过对光固化树脂固化过程进行分 析 ,由图 1 能够准确的看出 ,由于单体间的原子间距离在 聚合反应后减小到原来的 1/ 2 , 反应过程中体积 收缩率较大 , 因此 , 除上述吸附作用外 , 液态光固 化树脂在固化过程中对磨料的把持存在一个收缩 包裹的过程 。在收缩包裹中如果两者的结合面积 越大 , 则树脂对磨粒的包裹把持力越大 。图 2 所 示为光固化树脂磨具结合机理 , 光固化树脂磨具 中磨粒与结合剂之间是吸附与包裹共同作用的 结果 。

  图 8a 和图 8b 分别显示了采用表面镀铜金刚 石磨料的光固化树脂锯片和采用普通金刚石磨料 的锯片在切割结束后磨粒的脱落情况 。从图中可 以看出 ,在采用了表面镀铜的金刚石磨粒后 ,光固 化树脂锯片的磨粒脱落后留下的凹坑深浅不一 , 相比而言 ,采用普通金刚石磨料的光固化树脂锯 片的磨粒脱落后凹坑光滑 。另一方面 , 在单位面 积内采用镀铜金刚石的光固化树脂锯片的磨料脱 落率明显低于采用普通金刚石磨粒制作的锯片 。 这进一步证明了采用表面镀覆金属的金刚石可以 降低光固化树脂结合剂锯片的磨损率 , 从而提高 锯片的常规使用的寿命 。