阅读说明：本技术 一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用 (Brittle metal binding agent, metal binding agent grinding wheel and preparation method and application thereof ) 是由 赵赋 王冻冻 邴建立 杜晓旭 邵强 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于磨具磨削技术领域,具体涉及一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用。所述脆性金属结合剂,包括以下体积份数的原料：60-75份铜粉、15-25份锡粉、2-5份锌粉、2-5份银粉、3-8份石墨粉末和3-6份陶瓷粉末。采用本发明制备的脆性金属结合剂制备的砂轮,有效解决了复杂结构电子元器件中延性材料加工不良的问题。(The invention belongs to the technical field of grinding tools, and particularly relates to a brittle metal bonding agent, a metal bonding agent grinding wheel, and a preparation method and application thereof. The brittle metal bonding agent comprises the following raw materials in parts by volume: 60-75 parts of copper powder, 15-25 parts of tin powder, 2-5 parts of zinc powder, 2-5 parts of silver powder, 3-8 parts of graphite powder and 3-6 parts of ceramic powder. The grinding wheel prepared by the brittle metal bonding agent effectively solves the problem of poor processing of ductile materials in electronic components with complex structures.)

一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于磨具磨削技术领域，具体涉及一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用。

背景技术

电子行业的高速发展，带动了电子元器件的不断创新，无论是超薄、微小、精细化，或者是复杂、大尺寸、模组一体化，很多定制化电子元器件不断出现，对该类产品的加工也提出了更严格、更复杂的技术要求，例如对该类产品由整块切割成独立单元的过程，需要兼顾工件材质、结构等各方面特殊性、多样性的问题。具体可能考虑的问题如下：

1)工件结构复杂

电子元器件的切割道垂直方向一般为多层铜框架结构，中间填充为脆性塑料等材质，上下层数较多，容易产生铜拉丝、分层等问题；切割道纵横方向可能出现不稳定断开结构，切割过程中工件边角位置容易偏摆和飞粒，对切割用砂轮产生崩断现象；

2)切割阻力大

工件较厚，层数较多，单个单元尺寸较大，切割阻力大，容易产生工件吸附不牢、切割尺寸偏差等问题，不易加工；

3)加工要求高

对加工工艺要求较高，砂轮切割速度需达到180mm/s以上，转速在30000～40000rpm，切割砂轮易断，砂轮需要更高的锋利度、强度等要求。

而目前现有的电子元器件切割用金刚石砂轮多为通用性，多适用于结构简单、加工工艺要求不高的工件切割，由一般通用结合剂烧结而成金刚石砂轮的对结构复杂、尺寸规模较大、加工工艺要求高的电子元器件切割效果不理想，没有针对性，因此亟需研发一种新的结合剂产品。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用。采用本发明的脆性金属结合剂制备的砂轮，有效解决了电子元器件中延性材料加工不良的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种脆性金属结合剂、金属结合剂砂轮及其制备方法和应用，包括以下体积份数的原料：5-10份金刚石磨料、60-75份铜粉、15-25份锡粉、2-5份锌粉、2-5份银粉、3-8份石墨粉末和3-6份陶瓷粉末。

优选的，所述铜粉、锡粉、锌粉和银粉的粒度均为170～325目。锌粉可以软化结合剂硬度，降低结合剂耐磨性，提高砂轮锋利性；银粉可以促进各金属之间的冶金反应，促进砂轮整体组织均匀性。

优选的，石墨粉末和陶瓷粉末的粒度为700～800目。石墨可以在砂轮使用过程中起到润滑作用，减少电子元器件中铜、塑料等材质对砂轮的粘附堵塞，减小加工阻力，并且石墨和陶瓷粉末可以提高砂轮锋利性。

优选的，所述陶瓷为Al₂O₃、SiC、SiO₂中的一种或多种。

所述脆性金属结合剂的制备方法，包括以下步骤，先取配方中的铜粉、锡粉、锌粉、银粉，过筛并混匀，得混合料A，然后将配方中的石墨粉末和陶瓷粉末加入到混合料A中，混匀，即得。

优选的，铜粉、锡粉、锌粉、银粉采用球磨混合。

采用上述脆性金属结合剂制备的金属结合剂砂轮，包括以下体积份数的原料：金刚石磨料5-10份、脆性金属结合剂90-95份。

优选的，金刚石磨料的粒度为600#～320#。

所述金属结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配方中的金刚石磨料、脆性金属结合剂混匀，得砂轮混合料；

(2)将砂轮混合料投入到模具中进行冷压成型，于500～550℃烧结，即得金属结合剂砂轮。

所述金属结合剂砂轮用于电子元器件的切割加工，具体用于电子元器件的切割加工。

和现有技术相比，本发明的有益效果是：有效解决了电子元器件中延性材料加工不良的问题：a、采用脆性结合剂体系，使结合剂性能可以呈现脆性大、塑性低，因强度差、易磨损的特性，这种结合剂可以在刃口堵塞、切割阻力变大的情况下及时脆性断裂，连带粘附的铜一起剥离；b、在结合剂中辅以大量的弥散颗粒和减磨成孔材料，继续降低结合剂强度，使该结合剂磨损速度具有大于磨料磨钝速度的特性，且磨损时以微小的粒状脱落，而非金属结合剂一般的延性脱落方式，满足了复杂结构大尺寸电子元器件的切断加工需求，具有重大的推广意义。

附图说明

图1为实施例1脆性金属结合剂试块的微观组织形貌图；

图2为对比例1普通结合剂试块的微观组织形貌图：

图3为采用实施例1的金属结合剂砂轮进行切割后的效果图；

图4为采用对比例1的金属结合剂砂轮进行切割后的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明，但并不是对本发明的限制。

实施例1

本实施例的脆性金属结合剂由下述体积份数的原料组成：65份的Cu粉，15份的Sn粉，3份的Zn粉，3份的Ag粉，8份的石墨粉末，3份的SiC粉末和3份SiO₂粉末。

所述脆性金属结合剂的制备方法，包括以下步骤，先取配方中的铜粉、锡粉、锌粉、银粉，过筛并混匀，得混合料A，然后将配方中的石墨粉末和陶瓷粉末加入到混合料A中，混匀，即得。

采用上述脆性金属结合剂制备的金属结合剂砂轮，包括以下体积份数的原料：金刚石磨料6份(粒度600#～520#)、脆性金属结合剂94份。

所述金属结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配方中的金刚石磨料、脆性金属结合剂、石墨粉末和陶瓷粉末混匀，得砂轮混合料；

(2)将砂轮混合料投入到模具中进行冷压成型，于550℃烧结，即得金属结合剂砂轮。

实施例2

本实施例的脆性金属结合剂由下述体积份数的原料组成：70份的Cu粉，20份的Sn粉，2份的Zn粉，2份的Ag粉，3份的石墨粉末，3份的SiC粉末。

所述脆性金属结合剂的制备方法，包括以下步骤，先取配方中的铜粉、锡粉、锌粉、银粉，过筛并混匀，得混合料A，然后将配方中的石墨粉末和陶瓷粉末加入到混合料A中，混匀，即得。

采用上述脆性金属结合剂制备的金属结合剂砂轮，包括以下体积份数的原料：金刚石磨料10份(粒度420#～380#)、脆性金属结合剂90份。

所述金属结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配方中的金刚石磨料、脆性金属结合剂、石墨粉末和陶瓷粉末混匀，得砂轮混合料；

(2)将砂轮混合料投入到模具中进行冷压成型，于520℃烧结，即得金属结合剂砂轮。

实施例3

本实施例的脆性金属结合剂由下述体积份数的原料组成：60份的Cu粉，25份的Sn粉，5份的Zn粉，4份的Ag粉，3份的石墨粉末，3份的Al₂O₃粉末。

所述脆性金属结合剂的制备方法，包括以下步骤，先取配方中的铜粉、锡粉、锌粉、银粉，过筛并混匀，得混合料A，然后将配方中的石墨粉末和陶瓷粉末加入到混合料A中，混匀，即得。

采用上述脆性金属结合剂制备的金属结合剂砂轮，包括以下体积份数的原料：金刚石磨料8份(粒度600#～550#)、脆性金属结合剂92份。

所述金属结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配方中的金刚石磨料、脆性金属结合剂、石墨粉末和陶瓷粉末混匀，得砂轮混合料；

(2)将砂轮混合料投入到模具中进行冷压成型，于500℃烧结，即得金属结合剂砂轮。

实施例4

本实施例的脆性金属结合剂由下述体积份数的原料组成：75份的Cu粉，15份的Sn粉，2份的Zn粉，2份的Ag粉，3份的石墨粉末，1份的Al₂O₃粉末、1份的SiC粉末和1份SiO₂粉末。

所述脆性金属结合剂的制备方法，包括以下步骤，先取配方中的铜粉、锡粉、锌粉、银粉，过筛并混匀，得混合料A，然后将配方中的石墨粉末和陶瓷粉末加入到混合料A中，混匀，即得。

采用上述脆性金属结合剂制备的金属结合剂砂轮，包括以下体积份数的原料：金刚石磨料7份(粒度530#～450#)、脆性金属结合剂93份。

所述金属结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配方中的金刚石磨料、脆性金属结合剂、石墨粉末和陶瓷粉末混匀，得砂轮混合料；

(2)将砂轮混合料投入到模具中进行冷压成型，于530℃烧结，即得金属结合剂砂轮。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：金刚石磨料粒度为360#～320#。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于：金属结合剂种类的不同。

本对比例采用的是普通金属结合剂，由下述体积份数的原料组成：85份的Cu粉和15份的Sn粉。

采用本对比例的结合剂制备金属结合剂砂轮，砂轮配方及制备工艺同实施例1。

采用实施例1和对比例1的结合剂制备的标准试块(标准试块尺寸：8*8*55mm；制备方法：采用对应的结合剂粉末，不加金刚石磨料，置于相应的烧结模具中，采用550℃烧结而成，然后进行性能测试(其中，硬度是采用洛氏硬度计，按照GB-T 230.1-2018标准进行测试；抗折强度是采用三点弯曲试验机，按照YB/T 5349-2006标准进行测试)，结果见表1。

表1采用实施例1和对比例1的结合剂制备的标准试块性能测试结果

编号	密度/g.cm<sup>-3</sup>	硬度/HRB	抗折强度/MPa
				对比例1	8.87	87	830
实施例1	6.95	97	300

由表1的数据可以看出，相比于对比例1的普通结合剂，采用实施例1的脆性结合剂制备的标准试块具备硬度高、强度低的特点，使结合剂更易发生脆性剥落，更易磨损，有效提高产品锋利度。

实施例1脆性金属结合剂试块(即采用实施例1的脆性金属结合剂制备的标准试块)的微观组织形貌(即SEM)图如图1所示，对比例1普通结合剂试块(即采用对比例1的普通结合剂制备的标准试块)的微观组织形貌图如图2所示。由图1和图2可以看出，从微观形貌上，实施例1的脆性结合剂试块的断口主要以脆性解理形貌为主，呈现脆性材料特征，结合剂中因添加减磨成孔辅料(石墨和陶瓷)，存在较多的孔隙，连续性较差，更易出现脆性剥离、粒状脱落方式的磨损。该脆性结合剂磨损方式不同于以往常规结合剂磨损的方式，可以有效解决延性材料的加工问题。

采用实施例1和对比例1中的砂轮(砂轮型号外径58mm，厚度0.3mm，内孔40mm)进行切割测试(采用行业专有设备划片切割机，按照砂轮转速30000rpm，切割进给30mm/s的条件进行工件的切割过程，具体工件为PCB板，长270mm*宽90mm*厚0.8mm，切成尺寸长30mm*宽30mm*厚0.8mm，该类电子元器件内部结构包含有延性铜金属框架和塑封材质，切割过程需要把相应的复合材料切断分离成相应的切成尺寸)，切割后的效果分别见图3和图4，切割品质指标见表2。

表2实施例1和对比例1砂轮的切割品质指标

表2中对比了对比例1和实施例1所制备的砂轮切割后的电子元器件尺寸偏差、砂轮切割距离(即使用寿命)、切割后铜拉丝长度(工件周边延性铜金属框架的延展长度)、崩口(工件周边塑封材质的崩口尺寸)、切割过程可以达到的进给速度参数等，各项参数是否可以达到考核指标。其中，对比例1砂轮在切割距离(即使用寿命)不满足200m指标，铜拉丝长度指标也不满足标准。

图3为实施例1中砂轮在转速30000rpm、进给速度30mm/s加工参数下切割后的表面状态，其中延性铜金属框架延展情况非常轻微，铜拉丝满足≤0.05mm的指标，塑封材质崩口也几乎不可见，满足≤0.1mm的指标；图4为对比例1中砂轮在转速30000rpm、进给速度30mm/s加工参数下切割后的表面状态，其中延性铜金属框架延展情况较为明显，铜拉丝长度达到0.087mm，不满足≤0.05mm的指标。