一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及多線切割機中使用的導(dǎo)線輪，具體涉及一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，所述的氧化鋯陶瓷材料為復(fù)合氧化鋯，主要組成成分是按質(zhì)量百分比計的≥75%的氧化鋯和余量的添加劑，其中，所述的添加劑任選氧化釔、氧化鈣或二氧化鈰中的一種。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有材質(zhì)的導(dǎo)線輪存在的耐磨性差，并因在高速運轉(zhuǎn)的時產(chǎn)生大量的熱而導(dǎo)致的熱膨脹及變形問題，能完全滿足導(dǎo)線輪所需承受的抗壓能力，不易變形，同時達到減少損耗，延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本的目的。
【專利說明】
一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及多線切割機及其他需要導(dǎo)線輪的器械領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯陶瓷因其擁有極好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性以及高剛度，不易變形等優(yōu)良特性，在結(jié)構(gòu)材料等多種領(lǐng)域中，備受世界各國材料科學(xué)研究者的青睞。但由于純ZrO2在升溫時由單斜向四方轉(zhuǎn)化，有5 %的體積收縮，而降溫時由四方向單斜轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生8 %的體積膨脹，出現(xiàn)較大應(yīng)力，結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生微裂紋，加之導(dǎo)熱系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)大，使純ZrO2的力學(xué)、電學(xué)以及抗熱震等性能都很差，導(dǎo)致純ZrO2不能直接用來制造大型、異形產(chǎn)品，極大地限制了 ZrO2的應(yīng)用。
[0003]同時最近幾年多線切割機以其極高的生產(chǎn)效率和出片率，在生產(chǎn)中大量出現(xiàn)，并在磁性材料及大直徑硅片加工領(lǐng)域逐漸取代內(nèi)圓切片機，但在小規(guī)模多品種領(lǐng)域與內(nèi)圓切割機并駕齊驅(qū)。而導(dǎo)線輪是控制片厚的關(guān)鍵部件。
[0004]在多線切割機以及各類需要導(dǎo)線輪的器械中，均要求制作導(dǎo)線輪的材料具有較好的耐磨性，優(yōu)良的耐腐蝕性，高剛度，在較大壓力下或者如在多線切割機中切割張緊時不會變形。而目前大多數(shù)制作導(dǎo)線輪的材料以高分子材料為主，其成分為聚酯多元醇/二苯基甲烷二異氰酸酯(LM98-1/MDI)型熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)，其耐磨性一般，在高強度作業(yè)下40小時左右就需要更換了，且價格不菲。
[0005]由于如今導(dǎo)線輪的性能不佳，導(dǎo)致?lián)p耗較大，造成材料的嚴重浪費和嚴重影響了生產(chǎn)效率以及使成本增加，基于此，迫切需要研究一種新的材料來實現(xiàn)符合導(dǎo)線輪的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的各種問題和缺陷，本發(fā)明旨在提供一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，以期能克服現(xiàn)有材質(zhì)導(dǎo)線輪的不足，大大提高導(dǎo)線輪的耐磨性，并大大降低導(dǎo)線輪因在高速運轉(zhuǎn)的時產(chǎn)生大量的熱而導(dǎo)致的熱膨脹及變形問題，同時該導(dǎo)線輪擁有較高的抗壓強度，能完全滿足導(dǎo)線輪所需承受的抗壓能力，不易變形，同時達到減少損耗，延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
[0007]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人提供如下的技術(shù)方案:
一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，所述的氧化鋯陶瓷材料為復(fù)合氧化鋯，主要組成成分是按質(zhì)量百分比計的2 75%的氧化鋯和余量的添加劑，其中，所述的添加劑任選氧化釔、氧化鈣或二氧化鈰中的一種。
[0008]純ZrO2因其本身的局限性并不能直接用來制造大型、異形產(chǎn)品，極大地限制了ZrO2的應(yīng)用。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，按本發(fā)明配比的比例添加氧化釔、氧化鈣或二氧化鈰這三種添加劑的一種，可以解決純的二氧化鋯在燒結(jié)中產(chǎn)生的晶型轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的不良影響，使氧化鋯陶瓷發(fā)揮出其優(yōu)良的特性，從而為生產(chǎn)出性能符合要求的導(dǎo)線輪打下堅實基礎(chǔ)。
[0009]本發(fā)明中可根據(jù)不同的使用用途及性能要求，適當改變復(fù)合氧化鋯的成分及其含量，添加劑含量的不同會改變產(chǎn)品的力學(xué)性能。以氧化釔為例，當氧化釔的添加量達到3%的時候，復(fù)合氧化鋯的各方面性能都達到最優(yōu)，如相對密度達到98.113%，抗彎強度接近300MPa，硬度接近340MPa。但是并不是所有產(chǎn)品都需要那么優(yōu)的性能，而且大批量生產(chǎn)時需要考慮實際生產(chǎn)條件，燒成溫度，成本等各個方面的因素，所以根據(jù)需要達到產(chǎn)品所需就可以了，在本發(fā)明配方的比例范圍內(nèi)做出調(diào)整即可。
[0010]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的氧化鋯的粉體粒徑小于ΙΟμπι，添加劑的粉體粒徑小于6μπι。粉料固相反應(yīng)速率常數(shù)反比于顆粒半徑的平方，因此粉料越細越有利于燒結(jié)。進一步的研究證明，粉料的粒度也是改善材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的重要因素。
[0011]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的復(fù)合氧化鋯滿足:粉料的灼燒減量<8%，松裝密度21.lg/cm3，水分< 6%。若灼燒減量過大，將會導(dǎo)致燒成后質(zhì)量過輕，收縮過大，燒成后內(nèi)部空隙過多，影響產(chǎn)品力學(xué)性能。松裝密度過小意味著粉料中顆粒較大，間隙過大，導(dǎo)致調(diào)試模具時會增加裝料量甚至原模具不適用，對實際生產(chǎn)造成不便的影響。粉料中水分過多容易結(jié)塊，顆粒容易團聚，對干壓成型造成影響。
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的導(dǎo)線輪包括并不限于多線切割機用導(dǎo)線輪等。
[0013]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的導(dǎo)線輪按下述方法制備:
(1)根據(jù)要求選用不同的模具，將復(fù)合氧化鋯在20KN?200KN的成型壓力下干壓成型，此目的在于將該多線切割機用陶瓷導(dǎo)線輪初步成型，
(2)再在10MPa?250MPa的成型壓力下進行等靜壓成型，此目的在于將初步成型的坯體進一步致密化，既防止產(chǎn)品在干壓過程中出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，也減少產(chǎn)品在燒結(jié)過程中尺寸產(chǎn)生較大變化，
(3)再經(jīng)數(shù)控機床加工，使產(chǎn)品完全成型，
(4)然后在最高溫度為1350°01600°C溫度下燒結(jié)而成。
[0014]研究證明，正是基于陶瓷導(dǎo)線輪經(jīng)過嚴格的工藝實現(xiàn)了產(chǎn)品的材料革命。
[0015]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的等靜壓成型之前還包括選用-0.05MPa—0.1MPa真空度抽真空，抽真空時間為5s以上。比如實施例中采取:將初步成型后的坯體放入塑料袋中，選用-0.8MPa真空度經(jīng)5s將塑料袋中的空氣完全抽出，使塑料袋完全緊貼坯體。此目的在于防止在下一步等靜壓成型中水浸濕坯體，導(dǎo)致坯體報廢。
[0016]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的等靜壓成型的保壓時間為10s?200s。
[0017]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，所述的燒結(jié)的時間為25h~50h。
[0018]本發(fā)明中可以根據(jù)不同的槽間寬度定制不同厚度的導(dǎo)線輪。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明的陶瓷導(dǎo)線輪與現(xiàn)有導(dǎo)線輪相比，耐磨性提升了 10倍以上，具有極好的耐磨性，及高剛度、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕等優(yōu)良性能。
[0020]2、本發(fā)明制備方法簡單，能制備出的高性能陶瓷導(dǎo)線輪，優(yōu)選的耐磨性為400小時以上，抗壓強度為40MPa以上，抗彎強度為200MPa以上，斷裂韌性為5MPa/m2以上，熱膨脹系數(shù)15X10—6/°C以下，這就大大提高了導(dǎo)線輪的使用壽命，從而實現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本的目的。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。
[0022]在本發(fā)明中，若非特指，所有的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0023]本發(fā)明所提供的氧化鋯陶瓷材料，可以根據(jù)不同的需要制作不同型號的陶瓷導(dǎo)線輪并應(yīng)用在不同設(shè)備上。為了更好的理解本發(fā)明，以一種多線切割機用的氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪為例做出具體說明。
[0024]需要說明的一點:實際生產(chǎn)中不會有100%的純凈的復(fù)合氧化鋯，所以存在質(zhì)量百分比< 0.7%的雜質(zhì)，雜質(zhì)以氧化鋁為主。
[0025]實施例1
本實施例中采用的復(fù)合氧化鋯，主要組成成分為質(zhì)量百分比2 94%的氧化鋯和質(zhì)量百分比為5.30 5%氧化乾。氧化錯的粉體粒徑小于6μηι，氧化乾的粉體粒徑小于4μηι。復(fù)合氧化錯滿足:粉料的灼燒減量< 4%，松裝密度? 1.3g/cm3，水分< 3%。
[0026]—種多線切割機用的氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，按下述步驟制備:
(1)干壓成型
將復(fù)合氧化鋯在120KN的壓力下用干壓成型機進行干壓成型，
(2)抽真空處理
將初步成型后的坯體放入塑料袋中，選用-0.8MPa真空度經(jīng)5s將塑料袋中的空氣完全抽出，使塑料袋完全緊貼坯體，
(3)等靜壓成型
將步驟(2)中已裝袋的坯體放入等靜壓機中，在240MPa的壓力下進行等靜壓成型處理，保壓時間為120s，
(4)加工成型
將等靜壓成型完成后的坯體，用數(shù)控機床進行加工，使產(chǎn)品完全成型，
(5)燒結(jié)得到成品
將完全成型后的坯體在最高溫度為1500°C的環(huán)境下進行燒結(jié)，從開始到結(jié)束的整個燒結(jié)時間為40h。
[0027]經(jīng)過上述五個步驟后便能得到所需的多線切割機用氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，經(jīng)檢測該陶瓷導(dǎo)線輪的耐磨性為52011，抗壓強度為5010^，抗彎強度為28010^，熱膨脹系數(shù)為10乂10—V0C，斷裂韌性為8.5MPa/m2。
[0028]實施例2
本實施例中采用的復(fù)合氧化鋯，主要組成成分為質(zhì)量百分比2 94.5%的氧化鋯和質(zhì)量百分比為5.101%氧化鈣。氧化鋯的粉體粒徑小于5.3μπι，氧化鈣的粉體粒徑小于3.5μπι。復(fù)合氧化鋯滿足:粉料的灼燒減量< 3.1%，松裝密度之1.26g/cm3，水分<2.6%。
[0029]—種多線切割機用的氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，按下述步驟制備:
(1)干壓成型
將復(fù)合氧化鋯在120KN的壓力下用干壓成型機進行干壓成型，
(2)抽真空處理
將初步成型后的坯體放入塑料袋中，選用-0.8MPa真空度經(jīng)5s將塑料袋中的空氣完全抽出，使塑料袋完全緊貼坯體，
(3)等靜壓成型
將步驟(2)中已裝袋的坯體放入等靜壓機中，在230MPa的壓力下進行等靜壓成型處理，保壓時間為120s，
(4)加工成型
將等靜壓成型完成后的坯體，用數(shù)控機床進行加工，使產(chǎn)品完全成型，
(5)燒結(jié)得到成品
將完全成型后的坯體在最高溫度為1464°C的環(huán)境下進行燒結(jié)，從開始到結(jié)束的整個燒結(jié)時間為38h。
[0030]經(jīng)過上述五個步驟后便能得到所需的多線切割機用氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，經(jīng)檢測該陶瓷導(dǎo)線輪的耐磨性為48011，抗壓強度為4210^，抗彎強度為23010^，熱膨脹系數(shù)為9.2乂10—6/°C，斷裂韌性為7.3MPa/m2。
[0031]實施例3
本實施例中采用的復(fù)合氧化鋯，主要組成成分為質(zhì)量百分比I 80%的氧化鋯和質(zhì)量百分比為19.254%二氧化鋪。氧化錯的粉體粒徑小于4.4μηι，二氧化鋪的粉體粒徑小于2.7μηι。復(fù)合氧化鋯滿足:粉料的灼燒減量< 6.6%，松裝密度? 1.12g/cm3，水分< 5%。
[0032]—種多線切割機用的氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，按下述步驟制備:
(1)干壓成型
將復(fù)合氧化鋯在120KN的壓力下用干壓成型機進行干壓成型，
(2)抽真空處理
將初步成型后的坯體放入塑料袋中，選用-0.8MPa真空度經(jīng)5s將塑料袋中的空氣完全抽出，使塑料袋完全緊貼坯體，
(3)等靜壓成型
將步驟(2)中已裝袋的坯體放入等靜壓機中，在240MPa的壓力下進行等靜壓成型處理，保壓時間為120s，
(4)加工成型
將等靜壓成型完成后的坯體，用數(shù)控機床進行加工，使產(chǎn)品完全成型，
(5)燒結(jié)得到成品
將完全成型后的坯體在最高溫度為1523 °C的環(huán)境下進行燒結(jié)，從開始到結(jié)束的整個燒結(jié)時間為40h。
[0033]經(jīng)過上述五個步驟后便能得到所需的多線切割機用氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，經(jīng)檢測該陶瓷導(dǎo)線輪的耐磨性為42011，抗壓強度為4810^，抗彎強度為26010^，熱膨脹系數(shù)為8\10—6/°C，斷裂韌性為15.4MPa/m2。
[0034]以上3個實施例所描述的僅僅為某一種多線切割機的氧化鋯陶瓷導(dǎo)線輪，實驗證明，在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)產(chǎn)品性能需求，在本發(fā)明的配方比例和制備方法下制備導(dǎo)線輪，都可以實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，有效解決現(xiàn)有導(dǎo)線輪抗磨性差、容易熱膨脹、易變性等問題。此處不再一一贅述。
[0035]比較例I現(xiàn)有材質(zhì)的導(dǎo)線輪
基本制備工藝為:先合成聚酯多元醇/ 二苯基甲烷二異氰酸酯(LM98-1/MDI)型熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)，再用TPU連續(xù)法生產(chǎn)TPU顆粒，接著注塑制備導(dǎo)線輪，最后進行后處理。具體如下:
(1)制備TPU，將在100?110°C下真空脫水3?4h的LM98-1降溫到60°C后與一定比例的抗氧劑、催化劑、消泡劑及耐磨劑混合均勻后加入澆注機的B罐中，將B罐抽真空并通入高純N2進行保護，
(2)將加熱并融化的MDI加入澆注機的A罐中，將A罐抽真空并通入高純N2進行保護。
[0036](3)將脫過水的BDO加入澆注機的C罐中，將C罐抽真空并通入高純N2進行保護。
[0037](4)待澆注機按配方校對好后即可連續(xù)將混合后的原料澆入雙螺桿擠出機的加料漏斗中。雙螺桿擠出機要事先設(shè)定好各段的加熱溫度、熔體栗轉(zhuǎn)速、切刀速度、螺桿轉(zhuǎn)速以及冷卻水的水溫，以保證螺桿的加料口處既不積料也不斷料，連續(xù)生產(chǎn)出穩(wěn)定的TPU粒料。
[0038](5 )將間歇法制備的TPU樣塊破碎后在100 °C烘箱內(nèi)烘4?6h后加入注塑機的加料漏斗中，按事先設(shè)定好的各段溫度，注射及保壓的壓力、流量與時間，儲料量，冷卻時間等參數(shù)進行注塑，即可得到導(dǎo)線輪制品。
[0039]經(jīng)檢測硬度最大為邵A硬度98，即為軟塑級別；抗壓強度為20MPa，拉伸強度為45.7MPa，耐磨性在40小時以內(nèi)。
[0040]比較例2單一氧化鋯陶瓷材料的導(dǎo)線輪
一種氧化鋯陶瓷材料的導(dǎo)線輪，按下述步驟制備:
(I)將氧化鋯含量在98%以上的單一氧化鋯粉料，在120KN的壓力下用干壓成型機進行干壓成型。
[0041 ] (2)將初步成型后的坯體放入塑料袋中，選用-0.8MPa真空度經(jīng)5s將塑料袋中的空氣完全抽出，使塑料袋完全緊貼坯體。
[0042](3)將步驟(2)中已裝袋的坯體放入等靜壓機中，在240MPa的壓力下進行等靜壓，保壓時間為120s。
[0043](4)將等靜壓完成后的坯體，用數(shù)控機床進行加工，使產(chǎn)品完全成型。
[0044](5)將完全成型后的坯體在最高溫度為1500°C的環(huán)境下進行燒結(jié)，從開始到結(jié)束的整個燒結(jié)時間為40h。
[0045]上述五個步驟后產(chǎn)出的導(dǎo)線輪，大多數(shù)由于其晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生裂縫，不僅導(dǎo)致形變，而且出現(xiàn)裂紋，為不合格品。少數(shù)外觀合格的，其抗壓強度為30MPa，耐磨性在100小時以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于所述的氧化鋯陶瓷材料為復(fù)合氧化鋯，主要組成成分是按質(zhì)量百分比計的2 75%的氧化鋯和余量的添加劑，其中，所述的添加劑任選氧化釔、氧化鈣或二氧化鈰中的一種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的氧化錯的粉體粒徑小于I Oym，添加劑的粉體粒徑小于6μηι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的復(fù)合氧化鋯滿足:粉料的灼燒減量< 8%，松裝密度2 1.lg/cm3，水分< 6%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的導(dǎo)線輪是指多線切割機用導(dǎo)線輪。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的導(dǎo)線輪按下述方法制備: (1)復(fù)合氧化鋯在20KN?200KN的成型壓力下干壓成型， (2)再在10MPa?250MPa的成型壓力下進行等靜壓成型， (3)再經(jīng)數(shù)控機床加工， (4)然后在最高溫度為1350°01600°C溫度下燒結(jié)而成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的等靜壓成型之前還包括選用-0.05MPa~-0.1MPa真空度抽真空，抽真空時間為5s以上。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的等靜壓成型的保壓時間為10s?200s。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氧化鋯陶瓷材料在制備導(dǎo)線輪上的應(yīng)用，其特征在于，所述的燒結(jié)的時間為25h~50h。
【文檔編號】C04B35/48GK105884349SQ201610233014
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】王平進, 金海潮, 王凱翔, 張其燦, 李國安
【申請人】橫店集團浙江英洛華電子有限公司