超薄金剛石刀具的加工方法及應用研究
1·引言
超薄金剛石刀具主要用于電子信息產業領域各種集成電路芯片及多種電子元器件劃斷和開槽。這種切割片厚度?。ㄒ话銥?．015～0．1mm）;精度高（厚度尺寸精度一般為＜0．003mm，圓度和同心度＜0．01mm，平行度＜0．005mm）;強度高;剛性好;內應力?。üぷ骶€速度可達100m/s左右）。具有切割速度高、切縫小、崩口小、材料利用率高、工件精度高、表面質量好等優點，完滿足電子信息領域大規模集成電路芯片及多種電子元器件加工的需要。目前，超薄金剛石刀具研制主要有兩種方法，即壓制法和電鑄法。電鑄法比壓制法溫度低、設備簡單、研制的刀具更薄，因此具有更多的優勢。目前，用電鑄法研制超薄金剛石刀具，國外達到實際應用的僅有日本disco公司、三菱公司，韓國的新韓公司等少數幾家，國內僅有少數研究單位正在進行研究開發此項工作，目前還處于起步階段。電鑄法超薄金剛石刀具的研制，可以提高我國工具行業的制造水平，替代進口，并對我國電子信息產業領域的發展起到積極的推動作用。
2·超薄金剛石刀具的研究現狀
2．1超薄金剛石刀具研制方法
目前，超薄金剛石刀具研制主要有兩種方法，即壓制法和電鑄法。
2．1．1壓制法
采用粉末冶金原理，厚度大于0．08mm。其厚度尺寸精度:±0．002～±0．005mm，平行度小于0．005mm。其主要特性是精度高、剛性好、切割鋒利度高，使用速度可達80m/s左右。可加工材料的范圍廣，可用于各種磁頭材料、基板、玻璃、陶瓷、晶體、硬質合金、陶瓷-金屬復合材料、樹脂-陶瓷復合材料、樹脂-陶瓷-金屬復合材料及金屬化合物等的切斷和開槽。
2．1．2電鑄法利用電化學原理，厚度小于0．1mm，其厚度尺寸精度:±0．001～±0．002mm，平行度小于0．005mm（和壓制法相同），主要特點:精度更高、強度更高、剛性更好、切縫更窄、導熱性好、耐磨性高，使用速度可達100m/s左右，但切深淺（一般小于1mm），主要用于各種芯片的劃斷和開槽，可加工的材料范圍相對較窄，主要用于硅、砷化鎵、磷化銦等半導體材料的加工。
2．2應用情況
目前壓制法生產超薄金剛石刀具，國內已經有鄭州磨料磨具研究所等少數研究單位和廠家生產，產品可以替代進口。而電鑄法生產的超薄金剛石刀具，國內應用還主要依賴進口，國內研究單位還處于研制階段。
3·電鑄超薄金剛石刀具的研制
電鑄超薄金剛石刀具的研制過程分為金剛石-鎳復合膜的制備和復合膜的后續加工兩個重要環節。
3．1金剛石-鎳復合膜的制備研究
3．1．1復合電鍍設備
圖1是我們自行設計的復合電鍍設備簡圖，主要由恒流源、恒溫水浴箱、電鍍槽、攪拌器等組成。
3．1．2制備工藝
電鑄金剛石-鎳復合膜制備過程如下:
*步:配制電鍍液;
第二步:將一定質量的金剛石微粉倒入電鍍液中，用電動磁力攪拌器攪拌1h左右，使金剛石顆粒在電鍍液中分散均勻并充分潤濕;
第三步:根據陰極上欲鍍面積和陰極電流密度設計值，計算并調好陰極電流;
第四步:將處理好的陰極型模通電置入鍍槽，進行電鍍;
第五步:施鍍一定時間后，將陰極型模取出，用清水沖洗干凈，晾干;
第六步:脫膜，進行性能檢測。
工藝流程如圖2所示。
電鍍工藝參數包括:鍍液中金剛石含量、陰極電流密度、鍍液溫度、沉積時間、ph值、電極間距、金剛石粒度、攪拌速度和位置等。研究表明，這些參數對復合電鍍層的質量都會產生一定的影響。采用正交實驗方法，鍍液中金剛石含量范圍14～20g/l，陰極電流密度范圍0．5～1．/dm2，鍍液溫度40～60℃，沉積時間1～4h，ph值3．5～4．2，電極間距10～15cm，攪拌速度180～220r/min，攪拌槳在鍍液下部。選用w3．5、w7、w10三種人造金剛石微粉進行實驗。
3．1．3影響復合膜品質的因素分析
用數顯電子測微儀、sem（掃描電子顯微鏡）、xrd（x射線衍射）對復合膜樣品測試，結果顯示:
（1）陰極電流密度對復合膜中金剛石顆粒含量、表面形貌、顯微應變、膜的沉積速率影響很大。隨著電流密度的增加，復合膜的沉積速率增大;復合膜中金剛石顆粒含量先快速增加，在1．3～2．/dm2達到峰值，之后再增加陰極電流密度，金剛石顆粒含量反而下降。而且，在我們的實驗條件下，隨著陰極電流密度的增加，復合膜的顯微應變下降。所以，控制電流密度是沉積高品質復合膜的關鍵。
（2）復合膜中金剛石顆粒含量隨著電鍍液中金剛石濃度的增大而增大，但當金剛石濃度大于18g/l時，隨著金剛石濃度的增大，復合膜中金剛石顆粒含量增加緩慢，并且有接近飽和的趨勢。
（3）在陰極電流密度和鍍液中金剛石顆粒含量相同的條件下，攪拌速度和攪拌槳位置對沉積復合膜中的金剛石密度和顆粒分布的均勻性產生很大影響。*攪拌速度為180～220r/min，*攪拌槳位置為鍍液下部。
（4）陰極懸掛傾角對復合膜中金剛石顆粒含量影響很大，傾角為45°時金剛石顆粒含量zui高而且分布均勻。陰極懸掛方位對沉積復合膜的厚度均勻性影響很大，電鍍過程中陰極沿其自身平面間歇旋轉90°后繼續電鍍，可以得到厚度均勻的復合膜。
（5）在20～70℃溫度范圍內，研究了溫度對復合膜中金剛石磨粒含量、鎳晶粒尺寸、顯微應變、膜沉積速率、鎳晶粒擇優生長取向的影響。隨著溫度的升高，金剛石含量增加，50℃時達到zui大，隨后，金剛石含量隨著溫度的升高開始減小;隨著溫度的升高，顯微應變減小，50℃時顯微應變zui小，隨后，隨著溫度的升高，顯微應變升高;隨著溫度的升高，沉積速率表現為下降趨勢;鎳晶粒尺寸也有下降趨勢。此外，沉積溫度明顯影響晶面擇優生長，尤其是在較低的沉積溫度。所以，為了制備出高精度的金剛石-鎳超薄切割片，電鑄溫度應該在40～50℃范圍內。
對以上正交實驗結果，分析如下:
（1）在復合電沉積過程中，金剛石顆粒被流動的液體輸送到陰極表面，同時被電沉積的鎳覆蓋。當沉積條件相同，尤其是攪拌速率相同時，在不同的陰極電流密度下，復合膜中金剛石含量出現峰值。其原因主要是隨著陰極電流密度的變化，鎳的沉積速率不同。在較小的陰極電流密度下，鎳的沉積速率太小，接觸陰極表面的部分金剛石顆粒還沒有被埋入，即被流動的液體沖走，造成復合膜中金剛石含量較低;隨著陰極電流密度的增加，鎳的沉積速率增加，越來越多的金剛石顆粒被埋入陰極表面，從而使復合膜中金剛石含量增加。但是，如果陰極電流密度大于2．/dm2，金剛石含量反而下降，是由于在大的陰極電流密度下，陰極析氫加劇，陰極表面的氫氣泡削弱了金剛石顆粒在鎳沉積層表面的附著力，造成復合膜中金剛石顆粒含量下降。
（2）隨著鍍液中金剛石濃度的增大，被傳輸并附著在陰極表面上的金剛石顆粒數量增加，金剛石顆粒被鎳離子電沉積時包裹的幾率增加;另一方面，隨著鍍液中固體微粒加入量的增加，陰極極化增加，導致復合電沉積速率迅速增加，使得復合膜中金剛石顆粒含量迅速增大。但是，由于金剛石-鎳復合膜的形成，是由金剛石顆粒首先附著于陰極表面，然后鎳離子在電沉積過程中將金剛石顆粒機械包鑲于基質金屬鎳中而形成的，我們所用的金剛石微粉是用人造金剛石經球磨破碎而成的，金剛石顆粒呈球形或多角形，當鍍液中金剛石濃度增大到一定程度，陰極上附著的金剛石顆粒逐漸達到其堆積密度值，再增加鍍液中金剛石濃度，陰極上附著的金剛石顆粒密度不再增加，因此，復合膜中金剛石顆粒含量有接近飽和的趨勢。
（3）金剛石顆粒的懸浮是靠攪拌來完成的，攪拌過程中，金剛石顆粒跟隨流體運動并向下降落在陰極表面，被沉積的鎳離子覆蓋包裹，攪拌速度和攪拌槳位置必然對鍍液中金剛石顆粒的分布產生很大的影響。攪拌槳在鍍液下部且攪拌速度達到一定值才能夠使金剛石顆粒達到離底懸浮，但如果攪拌速度過大，大多金剛石顆粒將無法下落并停留在陰極表面。
（4）當陰極*豎直懸掛時，金剛石顆粒無法沉落其表面，復合膜中無金剛石顆粒沉積。在陰極傾角較小時，沉落在其表面的金剛石顆粒較少，復合膜中金剛石顆粒含量也相對較少。但在較大的傾角下，鍍液中的金剛石顆粒自由沉降后在陰極表面堆積，難以在陰極表面形成均勻的金剛石附著，當然不可能形成均勻的電沉積復合膜。而且，由于鍍液中金剛石顆粒濃度、電場分布不均勻，在整個電鍍過程中，陰極母板間歇旋轉可以使各個部位在電鍍液中不同部位施鍍時間基本相同，使得復合膜厚度均勻。
（5）溫度越高，鎳離子向陰極表面的移動速度越快，會有越多的金剛石顆粒被鑲嵌于復合膜中，所以，復合沉積速度越大，50℃時達到zui大。但是，隨著溫度的進一步升高，電鍍液的粘度下降，金剛石顆粒在陰極表面的附著能力下降，此時鎳離子的移動速度已經不是金剛石顆粒被包裹于基質金屬的決定因素，所以，總體來講，金剛石顆粒的含量下降。
復合膜中的顯微應變來自于鎳晶體的晶格缺陷，溫度高時，鎳離子有較多的能量，沉積時按晶格規則排列，缺陷少，所以顯微應變小;但是當溫度高于50℃以上，陰極析氫加劇，陰極表面過多的氫吸附使得鎳沉積時大量的氫禁錮于復合膜中，鎳晶格內一旦吸收了氫，晶格就會發生畸變，晶格缺陷增多，結果造成顯微應變增加。
隨著溫度的升高，越來越多的氫附著在陰極表面，使得金剛石和鎳的復合沉積越來越困難，而且，隨著溫度的升高電鍍液的粘度下降，使得電鍍液中金剛石顆粒的懸浮量下降，金剛石顆粒的埋入率下降，從而導致復合膜的沉積速度的降低。
隨著溫度的升高，鎳晶粒的生長速度減小，從而引起鎳晶粒尺寸有下降趨勢。
3．2復合膜的后續加工
經電鑄脫膜后的金剛石-鎳復合膜，由于電鍍過程中的邊緣效應，內外圓邊緣處會出現毛邊和毛刺（如圖3所示），這樣的復合膜如果直接用做切割片，在使用過程中勢必會造成被切工件切縫寬，有可能毀壞被切工件，甚至在*的旋轉速度（30000r/min）下造成刀片和工件碎裂，產生危險。因此，電鑄脫膜后，必須進行后續加工，除去內、外圓邊緣處的毛邊和毛刺，并把刀片加工到使用尺寸。為此，陰極型模電鍍沉積區域尺寸要略大于刀片使用尺寸，給后續加工留出余量。
3．2．1dem加工方法（電火花加工）原理
電火花加工技術是一種在絕緣介質中，對金屬導體材料進行連續的、周期性的電火化放電的電腐蝕加工，還可以進行打孔、切割等加工。其加工系統工作示意圖如圖4所示，電火花加工表面局部放大示意圖如圖5所示:金剛石-鎳復合膜，屬于金屬基復合膜，導電性好，厚度為20～40μm，內外圓加工屬于精密細微加工，由于切割片薄而脆，無法用傳統的切削加工，適宜用電火花加工。
3．2．2dem加工結果
用dem加工方法對電鑄脫膜后的金剛石-鎳復合膜內外圓加工后，毛邊和毛刺被除掉，而且把內外圓尺寸加工到使用值40mm×51mm，加工后的外圓形貌如圖6所示。
4·電鑄超薄金剛石刀具的應用
4．1劃片實驗
用本實驗室制作的超薄金剛石刀片和規格相同的進口（disco公司）刀片，在同一機床上*相同的條件下，先后切割同一片單晶硅集成電路板，實驗條件為:機床參數:機床主軸轉速30000r/min，走刀速度5mm/s，切割深度0．35mm;切割器件:單晶硅集成電路板;刀片規格:51mm×0．025mm×40mm。
然后對切割后的單晶硅集成電路板的切縫用金相顯微鏡進行拍照分析對比，發現切割效率與disco刀片相當:在相同的走刀速度和切割深度條件下，均能滿足劃片工藝要求。切口崩口與disco刀片相當:崩口尺寸基本相同。使用壽命:與disco刀片相當。切縫寬度:本論文切割片為0．048～0．053mm，disco刀片為0．045～0．050mm。
4．2實驗結果分析
4．2．1切割效率和切口崩口情況
切割片是由金剛石顆粒鑲嵌于基質金屬鎳中構成的，其中金剛石顆粒起切割作用，切割效率和切口崩口情況決定于切割片中金剛石顆粒的密度和鎳對金剛石顆粒的把持強度，而這些性能又由電鍍參數來控制。金剛石顆粒的密度高，切割效率高，但鎳對金剛石顆粒的把持減弱，壽命低;金剛石顆粒的密度低，鎳對金剛石顆粒的把持強，刀片自銳性差，切割效率低、切口崩口尺寸大。因此，控制復合膜中金剛石顆粒的含量在適當的范圍，是提高切割片切割效率和減小切口崩口尺寸的關鍵。切縫形貌如圖7所示。
4．2．2切縫寬度
切割片的表面平整度和平行度是決定切縫寬度的主要因素，如果電鍍過程中產生的內應力大，脫膜后復合膜變形大，表面不平整，切縫寬;如果復合電鍍時沉積膜厚度不均勻，刀片的平行度差，切縫寬。本文切割片切割單晶硅集成電路板，切縫寬度0．048～0．053mm，比相同規格的disco刀片切割縫寬0．003mm（disco刀片切縫寬度為0．045-0．050mm），說明本文切割片的表面平整度和平行度較差。因為刀片非常薄，而且使用時機床主軸轉速很高（30000r/min），由于轉動過程中離心力的作用，切割片的表面不平整造成的切縫變寬因素不再重要，而平行度是決定切縫寬度的主要因素，為此，本文切割片切縫寬的主要原因是復合膜的平行度較差。圖8為二者平行度對比情況。進口刀片平均厚度0．025mm（0．02454mm），*．000268mm，相對誤差1．09%;本文切割片平均厚度0．025mm（0．02619mm），*．000547mm，相對誤差2．08%。
5·結論與展望
通過電鑄超薄金剛石刀具的研制及應用研究，得到如下結論:
（1）影響金剛石-鎳復合膜品質的主要電鍍工藝參數包括:陰極電流密度、鍍液中金剛石含量、鍍液溫度、攪拌速度和位置、陰極懸掛傾角等。
（2）復合膜中金剛石顆粒含量、厚度均勻性、平整度（變形情況）、刀口形貌是決定切割片的使用性能的主要因素。
（3）采用電火花加工可以除去電鍍脫膜后的毛邊和毛刺，是一種行之有效的后續加工方法。為了制作高質量的電鑄超薄金剛石刀具，首先要研究高質量的電鑄金剛石-金屬復合膜。電鍍過程中由于邊緣效應產生毛邊和毛刺，而切割片在使用時，這樣的毛邊和毛刺是不允許存在的，所以，電鑄脫膜后，復合膜的后續加工就顯得異常重要。本文采用的dem加工方法雖然可以滿足加工要求，但是加工時間長，加工效率低，從批量生產的角度考慮，此方法不實用。探索有效的后續加工方法也是我們今后的重要研究內容?？傊婅T超薄金剛石刀具是一種新型切割工具，具有巨大的應用前景，但要真正實現產業化還需要我們從理論和應用兩方面不斷探索，提高產品質量。
參考文獻
［1］崔強，許小村，李寶深．ni-b4c復合電鍍工藝參數對鍍層中b4c含量的影響［j］．哈爾濱理工大學學報．1997，2（2）:35-43．
［2］方莉俐，張兵臨，姚寧．金剛石-金屬復合薄膜的電沉積規律［j］．金剛石與磨料磨具工程，2005，145（1）:36-41．
［3］方莉俐，張兵臨，姚寧．攪拌對金剛石-金屬復合薄膜電沉積結果的影響及流體力學分析［j］．金剛石與磨料磨具工程，2005，146（2）:18-20．
［4］方莉俐，張兵臨，禹建麗，等．用人工神經網絡預測電鑄自支撐金剛石-鎳復合膜沉積結果［j］．稀有金屬材料與工程．2006，35（4）:638-641．
［5］fangll，zhangbl，yaon．fabricationofaccurate
diamond-metalcompositecuttingbladebyelectrotypingmethod［j］．
keyengineeringmaterials，2006，304-305:57-61．
［6］*，朱燕娟，張仲舉，等．溫度及攪拌速度對納米氫氧化鎳性能的影響［j］．人工晶體學報．2010，39（3）:751-756．
［7］趙萬生．電火花加工技術［m］．哈爾濱，哈爾濱工業大學出版社，2000．
［8］李忠文．電火花機和線切割機編程與機電控制［m］．北京:化學工業出版社，2004．
（單位：中原工學院理學院 作者：方莉俐，張洋，劉士國）
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2·超薄金剛石刀具的研究現狀
2．1超薄金剛石刀具研制方法
目前，超薄金剛石刀具研制主要有兩種方法，即壓制法和電鑄法。
2．1．1壓制法
采用粉末冶金原理，厚度大于0．08mm。其厚度尺寸精度:±0．002～±0．005mm，平行度小于0．005mm。其主要特性是精度高、剛性好、切割鋒利度高，使用速度可達80m/s左右。可加工材料的范圍廣，可用于各種磁頭材料、基板、玻璃、陶瓷、晶體、硬質合金、陶瓷-金屬復合材料、樹脂-陶瓷復合材料、樹脂-陶瓷-金屬復合材料及金屬化合物等的切斷和開槽。
2．1．2電鑄法利用電化學原理，厚度小于0．1mm，其厚度尺寸精度:±0．001～±0．002mm，平行度小于0．005mm（和壓制法相同），主要特點:精度更高、強度更高、剛性更好、切縫更窄、導熱性好、耐磨性高，使用速度可達100m/s左右，但切深淺（一般小于1mm），主要用于各種芯片的劃斷和開槽，可加工的材料范圍相對較窄，主要用于硅、砷化鎵、磷化銦等半導體材料的加工。
2．2應用情況
目前壓制法生產超薄金剛石刀具，國內已經有鄭州磨料磨具研究所等少數研究單位和廠家生產，產品可以替代進口。而電鑄法生產的超薄金剛石刀具，國內應用還主要依賴進口，國內研究單位還處于研制階段。
3·電鑄超薄金剛石刀具的研制
電鑄超薄金剛石刀具的研制過程分為金剛石-鎳復合膜的制備和復合膜的后續加工兩個重要環節。
3．1金剛石-鎳復合膜的制備研究
3．1．1復合電鍍設備
圖1是我們自行設計的復合電鍍設備簡圖，主要由恒流源、恒溫水浴箱、電鍍槽、攪拌器等組成。
3．1．2制備工藝
電鑄金剛石-鎳復合膜制備過程如下:
*步:配制電鍍液;
第二步:將一定質量的金剛石微粉倒入電鍍液中，用電動磁力攪拌器攪拌1h左右，使金剛石顆粒在電鍍液中分散均勻并充分潤濕;
第三步:根據陰極上欲鍍面積和陰極電流密度設計值，計算并調好陰極電流;
第四步:將處理好的陰極型模通電置入鍍槽，進行電鍍;
第五步:施鍍一定時間后，將陰極型模取出，用清水沖洗干凈，晾干;
第六步:脫膜，進行性能檢測。
工藝流程如圖2所示。
電鍍工藝參數包括:鍍液中金剛石含量、陰極電流密度、鍍液溫度、沉積時間、ph值、電極間距、金剛石粒度、攪拌速度和位置等。研究表明，這些參數對復合電鍍層的質量都會產生一定的影響。采用正交實驗方法，鍍液中金剛石含量范圍14～20g/l，陰極電流密度范圍0．5～1．/dm2，鍍液溫度40～60℃，沉積時間1～4h，ph值3．5～4．2，電極間距10～15cm，攪拌速度180～220r/min，攪拌槳在鍍液下部。選用w3．5、w7、w10三種人造金剛石微粉進行實驗。
3．1．3影響復合膜品質的因素分析
用數顯電子測微儀、sem（掃描電子顯微鏡）、xrd（x射線衍射）對復合膜樣品測試，結果顯示:
（1）陰極電流密度對復合膜中金剛石顆粒含量、表面形貌、顯微應變、膜的沉積速率影響很大。隨著電流密度的增加，復合膜的沉積速率增大;復合膜中金剛石顆粒含量先快速增加，在1．3～2．/dm2達到峰值，之后再增加陰極電流密度，金剛石顆粒含量反而下降。而且，在我們的實驗條件下，隨著陰極電流密度的增加，復合膜的顯微應變下降。所以，控制電流密度是沉積高品質復合膜的關鍵。
（2）復合膜中金剛石顆粒含量隨著電鍍液中金剛石濃度的增大而增大，但當金剛石濃度大于18g/l時，隨著金剛石濃度的增大，復合膜中金剛石顆粒含量增加緩慢，并且有接近飽和的趨勢。
（3）在陰極電流密度和鍍液中金剛石顆粒含量相同的條件下，攪拌速度和攪拌槳位置對沉積復合膜中的金剛石密度和顆粒分布的均勻性產生很大影響。*攪拌速度為180～220r/min，*攪拌槳位置為鍍液下部。
（4）陰極懸掛傾角對復合膜中金剛石顆粒含量影響很大，傾角為45°時金剛石顆粒含量zui高而且分布均勻。陰極懸掛方位對沉積復合膜的厚度均勻性影響很大，電鍍過程中陰極沿其自身平面間歇旋轉90°后繼續電鍍，可以得到厚度均勻的復合膜。
（5）在20～70℃溫度范圍內，研究了溫度對復合膜中金剛石磨粒含量、鎳晶粒尺寸、顯微應變、膜沉積速率、鎳晶粒擇優生長取向的影響。隨著溫度的升高，金剛石含量增加，50℃時達到zui大，隨后，金剛石含量隨著溫度的升高開始減小;隨著溫度的升高，顯微應變減小，50℃時顯微應變zui小，隨后，隨著溫度的升高，顯微應變升高;隨著溫度的升高，沉積速率表現為下降趨勢;鎳晶粒尺寸也有下降趨勢。此外，沉積溫度明顯影響晶面擇優生長，尤其是在較低的沉積溫度。所以，為了制備出高精度的金剛石-鎳超薄切割片，電鑄溫度應該在40～50℃范圍內。
對以上正交實驗結果，分析如下:
（1）在復合電沉積過程中，金剛石顆粒被流動的液體輸送到陰極表面，同時被電沉積的鎳覆蓋。當沉積條件相同，尤其是攪拌速率相同時，在不同的陰極電流密度下，復合膜中金剛石含量出現峰值。其原因主要是隨著陰極電流密度的變化，鎳的沉積速率不同。在較小的陰極電流密度下，鎳的沉積速率太小，接觸陰極表面的部分金剛石顆粒還沒有被埋入，即被流動的液體沖走，造成復合膜中金剛石含量較低;隨著陰極電流密度的增加，鎳的沉積速率增加，越來越多的金剛石顆粒被埋入陰極表面，從而使復合膜中金剛石含量增加。但是，如果陰極電流密度大于2．/dm2，金剛石含量反而下降，是由于在大的陰極電流密度下，陰極析氫加劇，陰極表面的氫氣泡削弱了金剛石顆粒在鎳沉積層表面的附著力，造成復合膜中金剛石顆粒含量下降。
（2）隨著鍍液中金剛石濃度的增大，被傳輸并附著在陰極表面上的金剛石顆粒數量增加，金剛石顆粒被鎳離子電沉積時包裹的幾率增加;另一方面，隨著鍍液中固體微粒加入量的增加，陰極極化增加，導致復合電沉積速率迅速增加，使得復合膜中金剛石顆粒含量迅速增大。但是，由于金剛石-鎳復合膜的形成，是由金剛石顆粒首先附著于陰極表面，然后鎳離子在電沉積過程中將金剛石顆粒機械包鑲于基質金屬鎳中而形成的，我們所用的金剛石微粉是用人造金剛石經球磨破碎而成的，金剛石顆粒呈球形或多角形，當鍍液中金剛石濃度增大到一定程度，陰極上附著的金剛石顆粒逐漸達到其堆積密度值，再增加鍍液中金剛石濃度，陰極上附著的金剛石顆粒密度不再增加，因此，復合膜中金剛石顆粒含量有接近飽和的趨勢。
（3）金剛石顆粒的懸浮是靠攪拌來完成的，攪拌過程中，金剛石顆粒跟隨流體運動并向下降落在陰極表面，被沉積的鎳離子覆蓋包裹，攪拌速度和攪拌槳位置必然對鍍液中金剛石顆粒的分布產生很大的影響。攪拌槳在鍍液下部且攪拌速度達到一定值才能夠使金剛石顆粒達到離底懸浮，但如果攪拌速度過大，大多金剛石顆粒將無法下落并停留在陰極表面。
（4）當陰極*豎直懸掛時，金剛石顆粒無法沉落其表面，復合膜中無金剛石顆粒沉積。在陰極傾角較小時，沉落在其表面的金剛石顆粒較少，復合膜中金剛石顆粒含量也相對較少。但在較大的傾角下，鍍液中的金剛石顆粒自由沉降后在陰極表面堆積，難以在陰極表面形成均勻的金剛石附著，當然不可能形成均勻的電沉積復合膜。而且，由于鍍液中金剛石顆粒濃度、電場分布不均勻，在整個電鍍過程中，陰極母板間歇旋轉可以使各個部位在電鍍液中不同部位施鍍時間基本相同，使得復合膜厚度均勻。
（5）溫度越高，鎳離子向陰極表面的移動速度越快，會有越多的金剛石顆粒被鑲嵌于復合膜中，所以，復合沉積速度越大，50℃時達到zui大。但是，隨著溫度的進一步升高，電鍍液的粘度下降，金剛石顆粒在陰極表面的附著能力下降，此時鎳離子的移動速度已經不是金剛石顆粒被包裹于基質金屬的決定因素，所以，總體來講，金剛石顆粒的含量下降。
復合膜中的顯微應變來自于鎳晶體的晶格缺陷，溫度高時，鎳離子有較多的能量，沉積時按晶格規則排列，缺陷少，所以顯微應變小;但是當溫度高于50℃以上，陰極析氫加劇，陰極表面過多的氫吸附使得鎳沉積時大量的氫禁錮于復合膜中，鎳晶格內一旦吸收了氫，晶格就會發生畸變，晶格缺陷增多，結果造成顯微應變增加。
隨著溫度的升高，越來越多的氫附著在陰極表面，使得金剛石和鎳的復合沉積越來越困難，而且，隨著溫度的升高電鍍液的粘度下降，使得電鍍液中金剛石顆粒的懸浮量下降，金剛石顆粒的埋入率下降，從而導致復合膜的沉積速度的降低。
隨著溫度的升高，鎳晶粒的生長速度減小，從而引起鎳晶粒尺寸有下降趨勢。
3．2復合膜的后續加工
經電鑄脫膜后的金剛石-鎳復合膜，由于電鍍過程中的邊緣效應，內外圓邊緣處會出現毛邊和毛刺（如圖3所示），這樣的復合膜如果直接用做切割片，在使用過程中勢必會造成被切工件切縫寬，有可能毀壞被切工件，甚至在*的旋轉速度（30000r/min）下造成刀片和工件碎裂，產生危險。因此，電鑄脫膜后，必須進行后續加工，除去內、外圓邊緣處的毛邊和毛刺，并把刀片加工到使用尺寸。為此，陰極型模電鍍沉積區域尺寸要略大于刀片使用尺寸，給后續加工留出余量。
3．2．1dem加工方法（電火花加工）原理
電火花加工技術是一種在絕緣介質中，對金屬導體材料進行連續的、周期性的電火化放電的電腐蝕加工，還可以進行打孔、切割等加工。其加工系統工作示意圖如圖4所示，電火花加工表面局部放大示意圖如圖5所示:金剛石-鎳復合膜，屬于金屬基復合膜，導電性好，厚度為20～40μm，內外圓加工屬于精密細微加工，由于切割片薄而脆，無法用傳統的切削加工，適宜用電火花加工。
3．2．2dem加工結果
用dem加工方法對電鑄脫膜后的金剛石-鎳復合膜內外圓加工后，毛邊和毛刺被除掉，而且把內外圓尺寸加工到使用值40mm×51mm，加工后的外圓形貌如圖6所示。
4·電鑄超薄金剛石刀具的應用
4．1劃片實驗
用本實驗室制作的超薄金剛石刀片和規格相同的進口（disco公司）刀片，在同一機床上*相同的條件下，先后切割同一片單晶硅集成電路板，實驗條件為:機床參數:機床主軸轉速30000r/min，走刀速度5mm/s，切割深度0．35mm;切割器件:單晶硅集成電路板;刀片規格:51mm×0．025mm×40mm。
然后對切割后的單晶硅集成電路板的切縫用金相顯微鏡進行拍照分析對比，發現切割效率與disco刀片相當:在相同的走刀速度和切割深度條件下，均能滿足劃片工藝要求。切口崩口與disco刀片相當:崩口尺寸基本相同。使用壽命:與disco刀片相當。切縫寬度:本論文切割片為0．048～0．053mm，disco刀片為0．045～0．050mm。
4．2實驗結果分析
4．2．1切割效率和切口崩口情況
切割片是由金剛石顆粒鑲嵌于基質金屬鎳中構成的，其中金剛石顆粒起切割作用，切割效率和切口崩口情況決定于切割片中金剛石顆粒的密度和鎳對金剛石顆粒的把持強度，而這些性能又由電鍍參數來控制。金剛石顆粒的密度高，切割效率高，但鎳對金剛石顆粒的把持減弱，壽命低;金剛石顆粒的密度低，鎳對金剛石顆粒的把持強，刀片自銳性差，切割效率低、切口崩口尺寸大。因此，控制復合膜中金剛石顆粒的含量在適當的范圍，是提高切割片切割效率和減小切口崩口尺寸的關鍵。切縫形貌如圖7所示。
4．2．2切縫寬度
切割片的表面平整度和平行度是決定切縫寬度的主要因素，如果電鍍過程中產生的內應力大，脫膜后復合膜變形大，表面不平整，切縫寬;如果復合電鍍時沉積膜厚度不均勻，刀片的平行度差，切縫寬。本文切割片切割單晶硅集成電路板，切縫寬度0．048～0．053mm，比相同規格的disco刀片切割縫寬0．003mm（disco刀片切縫寬度為0．045-0．050mm），說明本文切割片的表面平整度和平行度較差。因為刀片非常薄，而且使用時機床主軸轉速很高（30000r/min），由于轉動過程中離心力的作用，切割片的表面不平整造成的切縫變寬因素不再重要，而平行度是決定切縫寬度的主要因素，為此，本文切割片切縫寬的主要原因是復合膜的平行度較差。圖8為二者平行度對比情況。進口刀片平均厚度0．025mm（0．02454mm），*．000268mm，相對誤差1．09%;本文切割片平均厚度0．025mm（0．02619mm），*．000547mm，相對誤差2．08%。
5·結論與展望
通過電鑄超薄金剛石刀具的研制及應用研究，得到如下結論:
（1）影響金剛石-鎳復合膜品質的主要電鍍工藝參數包括:陰極電流密度、鍍液中金剛石含量、鍍液溫度、攪拌速度和位置、陰極懸掛傾角等。
（2）復合膜中金剛石顆粒含量、厚度均勻性、平整度（變形情況）、刀口形貌是決定切割片的使用性能的主要因素。
（3）采用電火花加工可以除去電鍍脫膜后的毛邊和毛刺，是一種行之有效的后續加工方法。為了制作高質量的電鑄超薄金剛石刀具，首先要研究高質量的電鑄金剛石-金屬復合膜。電鍍過程中由于邊緣效應產生毛邊和毛刺，而切割片在使用時，這樣的毛邊和毛刺是不允許存在的，所以，電鑄脫膜后，復合膜的后續加工就顯得異常重要。本文采用的dem加工方法雖然可以滿足加工要求，但是加工時間長，加工效率低，從批量生產的角度考慮，此方法不實用。探索有效的后續加工方法也是我們今后的重要研究內容?？傊婅T超薄金剛石刀具是一種新型切割工具，具有巨大的應用前景，但要真正實現產業化還需要我們從理論和應用兩方面不斷探索，提高產品質量。
參考文獻
［1］崔強，許小村，李寶深．ni-b4c復合電鍍工藝參數對鍍層中b4c含量的影響［j］．哈爾濱理工大學學報．1997，2（2）:35-43．
［2］方莉俐，張兵臨，姚寧．金剛石-金屬復合薄膜的電沉積規律［j］．金剛石與磨料磨具工程，2005，145（1）:36-41．
［3］方莉俐，張兵臨，姚寧．攪拌對金剛石-金屬復合薄膜電沉積結果的影響及流體力學分析［j］．金剛石與磨料磨具工程，2005，146（2）:18-20．
［4］方莉俐，張兵臨，禹建麗，等．用人工神經網絡預測電鑄自支撐金剛石-鎳復合膜沉積結果［j］．稀有金屬材料與工程．2006，35（4）:638-641．
［5］fangll，zhangbl，yaon．fabricationofaccurate
diamond-metalcompositecuttingbladebyelectrotypingmethod［j］．
keyengineeringmaterials，2006，304-305:57-61．
［6］*，朱燕娟，張仲舉，等．溫度及攪拌速度對納米氫氧化鎳性能的影響［j］．人工晶體學報．2010，39（3）:751-756．
［7］趙萬生．電火花加工技術［m］．哈爾濱，哈爾濱工業大學出版社，2000．
［8］李忠文．電火花機和線切割機編程與機電控制［m］．北京:化學工業出版社，2004．
（單位：中原工學院理學院 作者：方莉俐，張洋，劉士國）
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