TWI507269B - 含粘結到具有阻擋層的長形基底本體上的磨料顆粒之磨料物品、及其形成方法 - Google Patents

Description

含粘結到具有阻擋層的長形基底本體上的磨料顆粒之磨料物品、及其形成方法

以下內容係針對磨料物品，並且具體地說是包括固定到長形本體上的磨料顆粒的磨料物品。

在過去的這個世紀，已經針對不同的行業開發出來多種研磨工具用於從工件上去除材料的一般性功能，包括：例如，鋸削、鑽孔、拋光、清潔、雕刻、以及研磨。具體地對於電子行業而言，特別相關的是適合用於將材料的單晶鑄錠切片形成晶圓例如矽晶圓的研磨工具。隨著該產業不斷成熟，該等鑄錠具有越來越大的直徑，並且由於產量、生產力、受影響的層、尺寸限制等因素，針對這類工作使用鬆散的磨料以及線鋸變成可以接受。

線鋸包括多種研磨工具，該等研磨工具包括附連到線材的一長距離上的研磨顆粒，該線材能夠以高速繞線用來產生一切割作用。然而圓形的鋸以及類似物受限於小於刀片半徑的切割深度，但是線鋸可以具有更大的靈活性，從而允許切割直線或異型切割路徑。

藉由使鋼珠在金屬絲或線纜上滑動產生了某些常規線鋸，其中該等鋼珠典型地被隔離件分開並且該等鋼珠被磨料顆粒覆蓋，該等磨料顆粒通常是藉由電鍍或燒結附接的。然而，電鍍和燒結操作會是耗時的並且因此在成本上是冒險的，該等阻止了線鋸研磨工具的迅速生產。已經進 行了一些嘗試藉由化學粘結方法(例如釺焊)來附接磨料顆粒，但是此種製造方法減小了線鋸的柔性，並且釺焊塗覆變得易於疲勞以及過早失效。其他線鋸可以使用樹脂以將該等磨料粘結到該線材上。不幸的是，樹脂線鋸的粘結易於快速地磨損並且該等磨料在達到顆粒的使用壽命之前被大量地丟失。

因此，業界繼續要求改進的線鋸研磨工具以及形成這類工具的方法。

根據一方面，一種磨料物品包括一處於長形構件形式的基底，該基底具有一芯層和一直接與該芯層的週邊表面相接觸的阻擋層。該阻擋層主要由錫組成。一粘結層覆蓋在該長形基底上並且磨料顆粒被固定在該粘結層中。

根據另一方面，一種磨料物品包括一基底，該基底包括一長形構件並且具有一芯層和一覆蓋在該芯層週邊表面上的阻擋層。該阻擋層包括一由錫製成的內層以及一覆蓋在該內層上的外層。一粘結層覆蓋在該基底的阻擋層上並且磨料顆粒被固定在該粘結層中。

在又另一方面，一種磨料物品包括一基底，該基底包括一長形構件並且具有一芯層和一覆蓋在該芯層週邊表面上的阻擋層。該磨料物品包括的疲勞壽命為在700 MPa的應力下在旋轉梁疲勞測試下至少約300,000週期。一粘結層覆蓋在該基底的阻擋層上並且磨料顆粒被固定在該粘結 層中。

根據又另一方面，一種磨料物品包括一基底，該基底包括一線材，該線具有一芯層和一覆蓋在該芯層週邊表面上的阻擋層。該阻擋層覆蓋在該芯層的週邊表面上並且主要由錫製成，其中該阻擋層基本上覆蓋在該芯層的整個週邊表面上並且包括的厚度足以限制氫滲透到該基底的芯層中。一粘結層覆蓋在該基底的阻擋層上並且磨料顆粒被固定在該粘結層中。

根據另一方面，一種形成磨料物品的方法包括提供一基底，該基底具有一包括覆蓋在芯層週邊表面上的阻擋層的長形本體，該阻擋層包括一主要由錫組成的內層。該方法進一步包括：形成一覆蓋在該基底上的粘結層，且將該等磨料顆粒固定在該粘結層中。

實施方式的詳細說明

以下內容總體上是針對結合了將磨料顆粒固定到其上的長形本體的磨料物品。具體地說，該等磨料物品適合於使用長距離的磨料顆粒的工藝，它們可以包括例如線鋸應用，通常用於電子工業用於分割材料(包括單晶材料)的晶錠。可替代地，該磨料物品可以用於其他材料的切割或分割，該等材料包括例如石頭、其他天然材料、金屬、陶瓷、聚合物、以及類似物。

圖1包括一流程圖，該圖提供了根據一實施方式來形成磨料物品的一種方法。該形成方法可以藉由提供一具有 長形本體的基底而始於步驟101。該長形本體可以具有由沿著該長形本體的縱向軸線延伸的一尺寸限定的長度。該基體可以提供一用於將研磨材料固定在其上的表面，由此促進該磨料物品的研磨能力。

根據一實施方式，提供一基底的方法可以包括提供處於一線材的形式的基底的方法，使得該基底主要由線材組成。事實上，該線材基底可以連接到一繞線機構上。例如，可以在一進料線軸(feed spool)與一接收線軸之間提供該線材。該線材在進料線軸與接收線軸之間的平移有助於加工，其中該線材被平移穿過多個希望的形成過程以便在從進料線軸被平移至接收線軸的的同時形成最終形成的磨料物品的該等構成層。

根據一實施方式，該基底可以是具有的長度：寬度的長寬比為至少10：1的一長形構件。在其他實施方式中，該基底具有的長寬比可以是至少約100：1，例如至少1000：1，或者甚至至少約10,000：1。該基底的長度係沿基底的縱軸線測量的最長尺寸。寬度係垂直於該縱軸線測量的、該基底的第二長的(或在某些情況下是最小的)尺寸。

此外，該處於長形構件形式的基底具有至少約50米的長度。然而，在此的實施方式的其他基底可以更長，具有的平均長度為至少約100米，如至少約500米、至少約1000米、或甚至10,000米。

此外，該基底可以具有一可以不大於約1 cm的寬度。該等實施方式的其他基底可以是更小的，具有的平均寬度 係不大於約0.5 cm，如不大於約1 mm、不大於約0.8 mm、或甚至不大於約0.5 mm。而且，該基底可以具有至少約0.01 mm的平均寬度，如至少約0.03 mm。將瞭解的是該基底具有的平均寬度可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。此外，在基底係一具有基本上圓形截面形狀的線材的情況下，將瞭解的是提及寬度就是提及直徑。

進一步關於該提供一基底的方法，將瞭解的是該基底能以特定速率從一進料線軸繞線至一接收線軸從而有助於加工。例如，該基底能以不小於約5 m/min的速率從進料線軸繞線至接收線軸。在其他實施方式中，該繞線速率可以更大，使得它係至少約8 m/min、至少約10 m/min、至少約12 m/min、或者甚至至少約14 m/min、或者甚至至少約20 m/min。該繞線速率可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。將瞭解的是該繞線速率可以代表能夠形成最終成形的磨料物品的速率。

根據一方面，該基底可以包括一芯層和一覆蓋在該芯層週邊表面上的阻擋層。根據某些例子，該芯層可以包括一無機材料，如一金屬或金屬合金材料。一些基底可以包括由如元素週期表中公認的一過渡金屬元素製成的芯層。例如，該基底的芯層可以結合的元素為：鐵、鎳、鈷、銅、鉻、鉬、釩、鉭、鎢、和它們的一組合。根據一具體實施方式，該基底可以包括鐵，並且更特別地可以是鋼。

在某些實施方式中，該基底的芯層可以是一長形構件，如一種多絲的線材，該構件包括多個編結在一起的長 絲。即，該基底的芯層可以由許多更小的、互相繞線的、編結在一起的、或固定在另一物體(如中央芯線)上的線材形成。某些設計可以利用鋼琴絲作為該芯層的一適當結構。

根據一方面，該基底可以包括一覆蓋在芯層週邊表面上的阻擋層。可以使該阻擋層與該芯層週邊表面直接接觸，並且更特別地可以直接粘結到該芯層週邊表面上。在一實施方式中，該阻擋層可以粘結到該芯層週邊表面上並且可以限定在該阻擋層與該芯層之間的擴散粘結區域，其特徵為至少一種金屬元素和該阻擋層的一元素的相互擴散。

根據一實施方式，提供基底的方法的一部分可以包括：形成覆蓋在一芯層上的阻擋層以便形成該基底。該阻擋層可以藉由不同的技術來形成，該等技術包括例如：印刷、噴塗、浸塗、模口塗覆(die coating)、沉積、及其組合。根據一實施方式，形成該阻擋層的方法可以包括一低溫過程。例如，形成該阻擋層的過程可以在不大於約400℃、如不大於約375℃、不大於約350℃、不大於約300℃、或者甚至不大於約250℃的溫度下進行。此外，在形成該阻擋層之後，將認識到的是可以從事進一步的加工，包括例如：清潔、乾燥、固化、凝固、熱處理、及其組合。該阻擋層可以在隨後的鍍層過程中用作不同化學種類(例如，氫)對芯層材料化學浸漬的一阻擋層。而且，該阻擋層可以有利於改進的機械耐久性。

在一實施方式中，該等阻擋層可以是一單材料層。該阻擋層可以處於連續塗層的形式，該塗層覆蓋在該芯層的整個週邊表面上。例如，該阻擋層可以是主要由錫組成的單材料層。在一具體例子中，該阻擋層可以包含一連續的錫層，具有至少99.99%純度的錫。值得注意地是，該阻擋層可以實質上是純的、非合金化的材料。即，該阻擋層可以是由一單金屬材料製成的金屬材料(例如，錫)。

在其他實施方式中，該阻擋層可以是一金屬合金。例如，該阻擋層可以包括一錫合金，如包括錫和另一金屬的組合物，該另一金屬包括過渡金屬種類，諸如銅、銀、以及類似物。一些適合的錫基合金可以包括含銀的錫基合金，並且特別是Sn96.5/Ag3.5、Sn96/Ag4、以及Sn95/Ag5合金。其他適合的錫基合金可以包括銅，並且特別地包括Sn99.3/Cu0.7和Sn97/Cu3合金。另外，某些錫基合金可以包括一百分比的銅和銀，包括例如，Sn99/Cu0.7/Ag0.3、Sn97/Cu2.75/Ag0.25、以及Sn95.5/Ag4/Cu0.5合金。

在另一方面，該阻擋層可以形成為兩個離散的層。例如，該阻擋層可以包括一內層。在一實施方式中，該內層可以包括以上說明的阻擋層的特徵。即，例如，該內層可以包括一包括錫的、並且更特別地主要由錫組成的材料的連續層。

該內層和外層可以由相對於彼此不同的材料來形成。即，例如，至少一種元素存在於該等層之一內，而不存在於其他該等層之一內。在一具體的實施方式中，該外層可 以包括一在該內層中不存在的元素。

根據一實施方式，該內層和外層可以直接彼此接觸，如該外層可以直接覆蓋在該內層上。因此，該內層和外層可以在一沿著該基底長度延伸的介面上結合。

根據另一實施方式，該外層可以形成為使得它包括一無機材料，如一金屬或金屬合金。在更特別的情況下，該外層可以包括一過渡金屬元素。例如，在某一實施方式中，該外層可以包括鎳。在另一實施方式中，該外層可以形成為使得它主要由鎳組成。

在某些例子中，該外層可以按與該等內層相同的方式來形成。然而，不必要的是，該外層係以與該內層相同的方式來形成的。根據一實施方式，該外層可以藉由以下此類方法來形成，該等方法包括例如：鍍層、噴塗、印刷、浸漬、模口塗覆、沉積、及其組合。在某些例子中，該阻擋層的外層可以在相對低的溫度下形成，諸如不大於約400℃、如不大於約375℃、不大於約350℃、不大於約300℃、或者甚至不大於約250℃的溫度。將認識到的是，該外層形成的方式可以有助於不希望的種類浸漬在該芯層和/或內層內。根據一具體的方法，該外層可以藉由一非電鍍的方法來形成，如浸塗。而且，用於形成該外層的方法可以包括其他方法，包括例如加熱、固化、乾燥、及其組合。

根據一具體實施方式，該內層可以被形成為具有的特別平均厚度適合於作為一化學阻擋層來起作用。例如，該 阻擋層可以具有的平均厚度係至少約0.2微米，至少約0.3微米，至少約0.5微米，諸如至少約0.8微米、或者甚至至少約1微米。仍然，該內層的平均厚度可以是不大於約8微米，如不大於約7微米，不大於約6微米，不大於約5微米，或者甚至不大於約4微米。將認識到該內層可以具有的平均厚度係處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

該阻擋層的外層可以形成為具有一特定厚度。例如，在一實施方式中，該外層的平均厚度可以是至少約0.5微米、如至少約0.8微米、如至少約1微米、或者至少約2微米。然而，在某些實例中，該外層可以具有的平均厚度係不大於約12微米，不大於約10微米、不大於約8微米、不大於約7微米、或者甚至不大於約5微米。將認識到該阻擋層的外層可以具有的平均厚度係處於以上指出的任何最小與最大厚度之間的範圍內。

值得注意的是，在至少一個實施方式中，該內層可以形成為具有一與該外層的平均厚度不同的平均厚度。這樣一種設計可以有助於對於某些化學種類的改進的浸漬耐受性，而同時還提供用於進一步加工的適合的粘結結構。例如，在其他實施方式中，該內層可以形成為具有的平均厚度係大於該外層的平均厚度。然而，在可替代的實施方式中，該內層可以形成為具有的平均厚度係使得它係大於該外層的平均厚度。

值得注意地是，該阻擋層(包括內層和外層)可以形 成為具有的平均厚度係不大於約10微米。在其他實施方式中，該阻擋層的平均厚度可以是更小的，諸如不大於約9微米，不大於約8微米、不大於約7微米、或甚至不大於約6微米。仍然，該阻擋層的平均厚度可以是至少約0.5微米、諸如至少約0.8微米、如至少約1微米、或者甚至至少約2微米。

此外，該等磨料物品在此可以形成一具有一定的疲勞耐受性的基底。例如，該等基底可以具有的平均疲勞壽命為至少300,000週期，如藉由旋轉梁疲勞測試或者一亨特疲勞測試來測量的。該測試可以是一MPIF標準56。該旋轉梁疲勞測試測量了在指定應力(例如，700 MPa)下一直到線材斷裂的週期數目，該應力即，在該線材在一重複週期數目係高達106次的週期疲勞測試中並未斷裂的恒定應力或應力(即，應力代表疲勞強度)。在其他實施方式中，該基底可以展示出一更高的疲勞壽命，諸如至少約400,000週期、至少約450,000週期、至少約500,000週期、或者甚至至少約540,000週期。此外，該基底可以具有的疲勞壽命係不大於約2,000,000週期。

在步驟101中提供該基底之後，該過程在步驟102中可以藉由形成覆蓋該基底上的一粘結層而繼續進行。將認識到的是，該粘結層可以覆蓋在該阻擋層上，並且事實上，可以與該阻擋層直接接觸。在一實施方式中，該阻擋層可以直接粘結到該阻擋層上，並且更特別地，可以直接粘結到該阻擋層的外層上。

形成該粘結層的適合方法包括多種方法，如鍍層、噴塗、印刷、浸漬、及其組合。在一具體的實施方式中，該粘結層可以藉由一粘結方法來形成，並且更具體地是，一非電鍍的方法或者電鍍的方法。值得注意地是，該阻擋層可以限制在此類操作如鍍層的過程中，化學種類浸漬到該基底芯層中。

用於形成該粘結層的適當的材料可以包括多種金屬或金屬合金。一些適當的金屬種類可以包括：銅、鎳、鎢、錫、鉬、鐵、鈷、等等，它們可以特別地包括過渡金屬元素。例如，該粘結層可以包括鎳，並且實際上，該粘結層材料可以整個由鎳製成。其他粘結層可以使用一合金，例如一銅基金屬合金材料或者一鎳基金屬合金材料。例如，該粘結層可以是一含銅和鋅的金屬合金。在銅基金屬粘結層中，能夠以比銅的含量更少的量添加合金金屬，例如鎳、鎢、錫、以及其他金屬元素，用來形成一銅基金屬合金。在另一替代實施方式中，該粘結層可以主要由銅組成。

在一具體實施方式中，該阻擋層的外層可以包括鎳，且該粘結層可以包括鎳，然而，鎳在該外層與該阻擋層之間的含量可以是不同的。這樣一構造可以有助於在該等組成層之間的粘結的改進以及該磨料物品研磨能力的改進。例如，鎳在該阻擋層內的含量可以是大於在該粘結層內的含量，因為，該粘結層可以利用一金屬(例如，一鎳基合金)，該金屬具有的鎳含量低於外層(即，純鎳)。作為替代方案，該粘結層可以具有與該阻擋層的外層相比更大 的鎳含量，其中該阻擋層外層可以利用一金屬，該金屬具有與該粘結層金屬(例如，純鎳)相比較含量更低的鎳(例如，一鎳基合金)。

在步驟102在基底上形成一粘結層之後，該方法可以在步驟103藉由將磨料顆粒固定在該粘結層內而繼續進行。將磨料顆粒固定在該粘結層內的方法可以被實現為該等磨料顆粒固定到該基底上以形成一適當的磨料物品。值得注意的是，在一實施方式中，將磨料顆粒固定在該粘結層內的方法可以是一與其他方法不同的步驟，包括例如形成該粘結層的方法。例如，將該等磨料顆粒進行固定的不同方法可以包括：壓制、滾壓、噴塗、浸漬、塗覆、重力塗覆、浸塗、模口塗覆、靜電塗覆、以及它們的組合。

在一具體實施方式中，將該等磨料顆粒固定在該粘結層中的方法可以包括一壓制方法，其中將該等磨料顆粒壓入該粘結層材料中。例如，該基底可以在兩個輥之間穿過。磨料顆粒的含量還可以在該等輥之間收容，使得在該等輥之間移動該基底時，該等磨料顆粒可以壓入到在該等輥之間的粘結層之中。將認識到的是，可以將該等磨料顆粒提供在該等輥的表面上，並且當該基底在該等輥之間穿過時，在該等輥表面上的一部分磨料顆粒嵌入該粘結層中。作為替代方案，該等磨料顆粒可以被注入到與這兩個輥之間的靠近該基底的區域，使得在該等輥之間俘獲的該等磨料顆粒可以被壓制並且嵌入到該粘結層中。

作為替代方案，將該等磨料顆粒固定在該粘結層內的 方法可以用另一方法粘結來完成。例如，該粘結層和磨料顆粒層可以在一個單過程中同時沉積在該基底上。根據一具體的實施方式，該基底可以藉由一含磨料顆粒在該粘結層材料中懸浮體的混合物來發生轉變，其中在藉由該混合物來轉變該基底時，該懸浮體附接並且粘結到該基底上而形成一具有固定到其中的磨料顆粒層的粘結層。將認識到的是，可以使用其他方法，該方法將形成該粘結層且將該等磨料顆粒固定在該粘結層內的形成方法進行了組合。

該等磨料顆粒可以包括多種材料，如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、氧氮化物、氧硼化物、金剛石、及它們的組合。在某些實施方式中，該等磨料顆粒可以結合一超級磨料材料。例如，一適當的超級磨料材料包括金剛石。在特定情況下，該等磨料顆粒可以基本上由金剛石組成。

在一實施方式中，該等磨料顆粒可以包括具有至少約10 GPa的維氏硬度的一材料。在其他情況下，該等磨料顆粒具有的維氏硬度可以是至少約25 GPa、如至少約30 GPa、至少約40 GPa、至少約50 GPa、或甚至至少約75 GPa的硬度。而且，用於在此的實施方式中的磨料顆粒具有的維氏硬度可以是不大於約200 GPa，例如不大於約150 GPa、或甚至不大於約100 GPa。將瞭解的是該等磨料顆粒具有的維氏硬度可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

該等磨料顆粒具有的平均粒徑會部分由該磨料物品的預期最終用途所決定。在某些情況下，該等磨料顆粒可以 具有不大於約500微米的平均尺寸。在其他情況下，該等磨料顆粒的平均粒徑可以更小，使得平均粒徑係不大於約400微米、不大於約300微米、不大於約250微米、不大於約200微米、不大於約150微米、或甚至不大於約100微米。根據一實施方式，該等磨料顆粒的平均粒徑可以是至少約0.1微米，例如至少約0.5微米、或甚至至少約1微米。將瞭解的是該等磨料顆粒具有的平均粒徑可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。此類值可以或可以不考慮覆蓋該等磨料顆粒上的另外的塗層。

該等磨料顆粒可以包括在該等磨料顆粒外表面上的一砂礫塗覆層，這樣該等磨料顆粒具有一核/殼結構，其中，該核包括上述的磨料顆粒、以及一以殼層的形式覆蓋該核上的一砂礫塗覆層。適合的砂礫塗覆層材料可以包括金屬或金屬合金材料。根據一具體實施方式，砂礫塗覆層可以包括一過渡金屬元素，如鈦、釩、鉻、鉬、鐵、鈷、鎳、銅、銀、鋅、錳、鉭、鎢、以及它們的組合。某些砂礫塗覆層可以包括鎳，如一鎳合金，並且甚至合金具有按重量百分比測量的、與該塗覆層組合物中存在的其他種類相比為大半含量的鎳。在更特別的情況下，該砂礫塗覆層可以包括單一金屬種類。例如，該砂礫塗覆層可以實質上由鎳組成。可替代地，該砂礫塗覆層可以包括銅，並且可以是由一銅基合金製成的，並且甚至更具體地可以基本上由銅組成。

可以將該等磨料顆粒形成為使得該砂礫塗覆層可以覆 蓋磨料顆粒(即，核)的外表面積的至少約25%、至少約30%、至少約40%、或者甚至至少約50%。在其他實施方式中，每個磨料顆粒的砂礫塗覆層的覆蓋率可以更大，使得該砂礫塗覆層覆蓋了該磨料顆粒的至少約75%、至少約80%、至少約90%、至少約95%的、或者基本上整個的外表面。

可以使該砂礫塗覆層與該磨料顆粒(即，核)相接觸並且可以直接粘結到每個磨料顆粒的外表面上。在具體實施方式中，該砂礫塗覆層可以直接非電鍍地鍍到該等磨料顆粒的外表面上。

對於根據在此的實施方式的某些磨料顆粒，該砂礫塗覆層可以存在的量值為該等磨料顆粒的每個的總重量的至少約5%。在其他實施方式中，該砂礫塗覆層的量值可以更大，使得該等磨料顆粒的每個被製造為包括占該等磨料顆粒的每個的總重量的至少約10%、至少約20%、或者甚至至少約30%的該砂礫塗覆層。仍然，在某些情況下，在該等磨料顆粒每個上存在的砂礫塗覆層的量值可以限制，諸如占該等磨料顆粒的每個的總重量的不大於約100%、不大於約60%、不大於約55%、不大於約50%、大於約45%、大於約40%、或者甚至大於約38%。將瞭解的是在該等磨料顆粒每個上存在的砂礫塗覆層的量值可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

根據一實施方式，該砂礫塗覆層可以具有不大於約12微米的平均厚度。在其他例子中，該砂礫塗覆層的厚度可 以更小，如不大於約10微米、不大於約8微米、不大於約6微米、或者甚至不大於約5微米。仍然，該砂礫塗覆層的平均厚度可以是至少約0.2微米、至少約0.5微米、如至少約0.7微米、或者甚至至少約1微米。將瞭解的是該砂礫塗覆層的平均厚度可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

該砂礫塗覆層可以具有如藉由該核測量的、為該等磨料顆粒的平均粒徑的不大於約80%的一平均厚度。根據一實施方式，該砂礫塗覆層可以形成為使得它具有的平均厚度可以是不大於該等磨料顆粒的平均粒徑的約70%，不大於約60%、不大於約50%、如不大於約40%、或甚至不大於約30%。在還其他的實施方式中，該砂礫塗覆層的平均厚度可以是該等磨料顆粒的平均粒徑的至少約1%，至少約5%、至少約10%、或甚至至少約12%。將瞭解的是該砂礫塗覆層具有的平均厚度可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

圖2A和2B包括根據多個實施方式的磨料物品的截面圖。如所展示的，圖2A的磨料物品300包括一基底301，包括一芯層302以及一覆蓋且包圍在該芯層302周圍的阻擋層322。如所示的，芯層301可以具有圓形的截面形狀。該物品300可以進一步包括一覆蓋在該阻擋層322上的粘結層303。在一具體實施方式中，該粘結層303可以覆蓋該等磨料顆粒307和阻擋層322的外表面的大部分，並且更特別地，該總外表面的至少約90%，並且還更特別地覆 蓋了基本上所有該等磨料顆粒307和阻擋層322的外表面。

在某些設計中，粘結層303可以結合一填充劑309。填充劑309可以包括一微粒，該微粒用來改進粘結層303以及總體磨料物品300的研磨能力以及磨損特徵。例如，該填充劑309可以包括次級磨料顆粒，不同於磨料顆粒307。然而，填充劑309的微粒可以與磨料顆粒307顯著地不同，特別是就尺寸而言，它們可以包括例如具有的平均顆粒尺寸係基本上小於磨料顆粒307的平均顆粒尺寸的一填充劑309。例如，填充劑309的微粒可以具有比磨料顆粒307的平均砂礫尺寸小至少約2倍的平均顆粒尺寸。在某些實施方式中，該填充劑的微粒可以具有甚至更小的平均顆粒尺寸，例如在比該等磨料顆粒307的平均顆粒尺寸小至少3倍，如小至少約5倍、小至少約10倍、小至少約100倍、或甚至小至少約1000倍的等級上。某些磨料物品可以使用包括一微粒的填充劑309，這種微粒具有的平均顆粒尺寸係在比磨料顆粒307的平均砂礫尺寸小約2倍與約1000倍之間，或小約10倍至約1000倍之間的範圍內。

在該粘結層303內填充劑309的微粒可以包括的材料，例如是碳化物類、基於碳的材料類(例如，富勒烯類)、硼化物類、氮化物類、氧化物類、以及它們的一組合。在具體情況下，該微粒可以是一超級磨料材料，例如金剛石、立方氮化硼、或它們的一組合。因此，應當理解的是填充劑309的微粒可以是與磨料顆粒307的相同的材料。在其他情況下，填充劑309的微粒可以包括一種與磨料顆粒307 的材料不同的材料。

根據其他設計，填充劑309可以由一金屬或金屬合金材料製成。例如，該填充劑309可以包括含一金屬的微粒。適當的金屬材料可以包括過渡元素。適合用於填充劑309的微粒的具體的過渡金屬元素可以包括：銅、銀、鐵、鈷、鎳、鋅、鉬、鉻、鈮、以及它們的一組合。

如圖2A中進一步展示的，磨料物品300可以包括一塗覆層305，該塗覆層覆蓋了粘結層303的外表面311以及磨料顆粒307的多個部分。如進一步展示的，該塗覆層305可以包括一塗覆填充劑材料311，該塗覆填充劑材料係包含在該塗覆層材料305的基質內的並且可以置於該塗覆層305內的，從而使得基本上所有的塗覆填充劑材料311被塗覆層材料305圍繞。值得注意的是，塗覆層填充劑311可以包括微粒，這種微粒具有粘結層303中填充劑材料309的微粒的相同特徵。此外，可以將填充劑311提供在塗覆層305內用於改進機械特性，例如改進彈性、硬度、韌性、以及耐磨性。在具體實施方式中，構成塗覆填充劑材料311的微粒可以是與粘結層303中填充劑材料309的微粒相同的。然而，在其他實施方式中，塗覆填充劑材料311的微粒可以與粘結層303的填充劑材料309的微粒不同。

圖2B的磨料物品350包括一基底301，包括一芯層302以及一覆蓋且包圍在該芯層302周圍的阻擋層322。如所展示的，阻擋層322可以包括一覆蓋並且直接接觸該芯層302週邊表面的內層323。阻擋層322可以進一步包括一覆 蓋並且直接接觸該內層323的外層324。物品350可以進一步包括一覆蓋在該阻擋層322上的粘結層303，使得它實質上覆蓋在該基底301的上表面上，並且值得注意地可以覆蓋基本上所有該阻擋層322的外層324的外部、週邊表面。另外，如所展示的，該磨料物品350可以包括在圖2A的磨料物品300中描述的許多相同的特徵。

圖3包括根據一實施方式的一磨料物品的一部分的截面圖示。如展示的，磨料物品400可以包括一包括具有圓形截面形狀的芯層302的基底301，以及覆蓋在該芯層體302上的一阻擋層322，該芯層包括一內層323以及如在此描述的一外層324。磨料物品400可以進一步包括一粘結層303，該粘結層覆蓋在由阻擋層322和粘結層303限定的一介面330上。此外，如展示的，該磨料物品400包括一塗覆層305，該塗覆層覆蓋了該粘結層303以及包含在粘結層303和塗覆層305的一部分內的磨料顆粒307。

根據一具體實施方式，可以形成該粘結層以具有一平均厚度(t_b1 )，該平均厚度與磨料顆粒307的平均砂礫尺寸具有某種關係。例如，該粘結層303可以具有一平均厚度(t_b1 )，這個平均厚度係該等磨料顆粒307的平均顆粒尺寸的至少約10%。在其他實施方式中，該粘結層303的平均厚度(t_b1 )係更大的，使得它係該磨料顆粒307的平均顆粒的尺寸的至少約20%、至少約30%、至少約40%、至少約50%、至少約60%、或甚至至少約80%。對於某些磨料物品，粘結層303具有的平均厚度(t_b1 )可以是不大於磨料顆粒307 的平均顆粒尺寸的約150%，不大於約120%、不大於約100%、不大於約90%、不大於約85%、不大於約80%、或甚至不大於約75%。將認識到，該粘結層的平均厚度(t_b1 )可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

在一實施方式中，該粘結層303的平均厚度(t_b1 )可以是至少約1微米。在其他情況下，該粘結層303可以是更堅固的，具有的平均厚度係在至少約2微米、少5約微米、或者甚至至少約10微米、至少約20微米、至少約30微米、或至少約50微米的等級上。然而，在具體實例中，該粘結層可以具有的平均厚度(t_b1 )係不大於約100微米，不大於約90微米、不大於約80微米、不大於約70微米、或者不大於約60微米。將認識到的是該粘結層的平均厚度(t_b1 )可以是處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

磨料顆粒307可以嵌在粘結層303內一特定的平均凹痕深度(d_i )以便控制最終成形的磨料物品的研磨特徵。平均凹痕深度(d_i )係該等磨料顆粒307被固定在粘結層303中的平均深度，它係以粘結層303上表面306與距離粘結層303中上表面306最大距離處對應的磨料顆粒部分之間的距離來測量的(如圖3中所示)。根據一實施方式，該等磨料顆粒307的大部分可以從粘結層303的上表面中伸出。在一更具體的實施方式中，基本上所有的該等磨料顆粒307可以在粘結層303的上表面上伸出，使得基本上所有的該等磨料顆粒307的至少一部分具有延伸到粘結層303上的 一部分。

根據一實施方式，該等磨料顆粒307能夠嵌入粘結層303內的平均凹痕深度(d_i )為磨料顆粒307的平均顆粒尺寸的至少約25%、諸如至少約30%、或者甚至至少約40%。在其他磨料物品中，該等磨料顆粒307可以更大程度地嵌入粘結層303中，使得平均凹痕深度(d_i )係磨料顆粒307平均顆粒尺寸的至少約50%，例如至少約60%，或甚至至少約75%。還有，磨料物品400可以形成為使得其平均凹痕厚度(d_i )可以是不大於該等磨料顆粒307的平均顆粒尺寸的約97%，不大於約95%、不大於約90%、不大於約85%、不大於約80%、或不大於約75%。將認識到該粘結層的平均凹痕厚度(d_i )可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

如圖3中展示的，將一代表性的磨料顆粒331置於粘結層303內，其方式為使得該磨料顆粒331的底部表面332，另外，最接近於介面330的磨料顆粒331表面由阻擋層322和粘結層303來限定。在磨料顆粒底表面332與介面330之間的距離可以認為是一平均間隔距離(d_s )，其中該平均間隔距離係從SEM下以用於精確測量的適當的放大和解析度獲取的至少10個測量結果進行計算的平均值。值得注意的是，該間隔距離(d_s )可以是粘結層303平均厚度的至少約2%。在其他實施方式中，該間隔距離(d_s )可以是更大的，從而使得它係粘結層303的平均厚度(t_b1 )的至少約5%、至少約10%、至少約20%、至少約30%、或甚至至少 約40%。仍然，在多個具體實施方式中，該可以間隔距離(d_s )可以是不大於該粘結層303的平均厚度(t_b1 )的約50%，諸如不大於約45%、不大於約40%、不大於約35%、或者甚至不大於約30%。將認識到該平均間隔距離(d_s )可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

某些磨料物品可以形成為使得一定量的磨料顆粒與由阻擋層322和粘結層303限定的介面330間隔開。例如，該磨料物品400內總量中較少量的(小於50%，但是大於0%)磨料顆粒307可以與介面330分隔開一間隔距離(d_s )。其他磨料物品可以形成為使得磨料顆粒307的總量中大部分含量(大於50%)與介面330分隔開一間隔距離(d_s )。例如，在某些實施方式中，磨料物品400的至少約60%、諸如至少約70%、至少約80%、至少約85%的磨料顆粒與由阻擋層322和粘結層303限定的介面330間隔開。

如圖3中進一步展示的，塗覆層305可以形成為使得它具有一平均厚度(t_c )以便在最終成形的磨料物品中提供適當的研磨特徵。在某些情況下，該平均厚度(t_c )係不大於磨料顆粒307平均顆粒尺寸的約50%。例如，該塗覆層305可以具有不大於磨料顆粒307平均顆粒尺寸的約40%、不大於30%、或甚至不大於約20%的平均厚度。仍然，該塗覆層305可以具有的平均厚度係不大於該等磨料顆粒307的平均顆粒尺寸的約50%，不大於約45%、不大於約40%、不大於約35%、不大於約30%。將認識到該塗覆層305的平均厚度(t_c )可以處於以上指出的任何最小與最大百分比 之間的範圍內。

該塗覆層305可以這樣形成使得它具有小於粘結層303平均厚度(t_b1 )的一平均厚度(t_c )。例如，塗覆層305的平均厚度相對於粘結層303的平均厚度(t_b1 )可以描述成一層比率(t_c ：t_b1 )。在某些情況下，該層比率可以是至少約1：2。在其他例子中，該層比率(t_c ：t_b1 )可以是至少約1：3，諸如至少約1：4，並且可以具體地處於約1：2與約1：5之間，或者甚至在約1：2與約1：4之間的範圍內。

在一實施方式中，該阻擋層可以形成為使得它具有在內層的平均厚度(t_i )與外層的平均厚度(t_o )之間的厚度比率(t_i ；t_o )。根據一實施方式，該厚度比率可以是處於約3：1與約1：3之間的範圍內，諸如處於約2.5：1與約1：2.5之間的範圍內、處於約2：1與約1：2之間的範圍內、處於約1：1.8與約1：1.8之間的範圍內、處於約1.5：1與約1：1.5之間的範圍內、或者甚至處於約1.3：1與約1：1.3之間的範圍內。

在此某些磨料物品可以使用具有不大於約25微米的平均厚度(t_c )的一塗覆層305。在其他例子中，該塗覆層305可以是更薄的，使得其平均厚度(t_c )係不大於約20微米、不大於約18微米，如在不大於約15微米、或者甚至不大於約12微米的等級上。仍然，該塗覆層305的平均厚度(t_c )可以是至少約2微米、諸如至少約5微米、如至少約8微米。將認識到該塗覆層305的平均厚度(t_c )可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

實例

下面說明了根據在此的過程形成的一示例性磨料物品。藉由用具有高強度鋼線的芯層來製造一基底來形成一示例性的樣品(S1)，該鋼線具有的平均直徑為約120微米、塗覆有一純錫阻擋層並且具有的平均厚度為約2微米。

然後將平均尺寸為約15微米的金剛石顆粒粘結在該基底上鎳粘結層3微米內。鎳粘結層的形成係在一電鍍過程中完成的。

形成了兩個樣品，C1和C2。以一個與S1相類似的方式來形成常規樣品1(C1)，除了它並不具有一阻擋層之外。常規樣品C1係藉由以下方式來形成的：電鍍5微米的一鎳粘結層、將金剛石顆粒嵌入該粘結層中，並且在該等金剛石顆粒上電鍍一個3微米的鎳塗覆層。第二常規樣品(C2)係藉由以下方式來形成的：電鍍8微米的一銅粘結層、將金剛石顆粒嵌入該粘結層中，並且在該等金剛石顆粒上電鍍一個3微米的鎳塗覆層。

對於所有的樣品(S1，C1和C2)，進行疲勞壽命測試。根據標準旋轉梁疲勞測試(例如，MPIF標準56)進行測試，計數用於在700 MPa應力下使該線斷裂的週期數目。測試結果展示在下圖4中。曲線402和403對應地表示了樣品C1和C2。樣品S1的性能藉由曲線406來表示。如在該曲線中清楚顯示的，樣品S1展示出了顯著改進的疲勞壽命。事實上，該測試係在樣品S1並沒有斷裂時的 540,000週期之後停止的。對比之下，該等常規樣品證明了與示例性樣品S1相比顯著更低的疲勞壽命。事實上，樣品S1顯示了超過樣品C1的一數量級的改進。該改進的疲勞壽命有助於最終形成的磨料物品的改進的耐久性以及性能。

以上內容包括對代表了偏離習知技術的磨料物品的一種描述。在此的該等磨料物品係針對結合了長形本體構件的線鋸研磨工具，該等長形本體構件具有固定到一基底上的磨料顆粒，該基底包括一芯層和一阻擋層。諸位申請人發現藉由廣泛的經驗研究，在諸如銅和鎳的基底的芯層上的某些塗層會引起最終形成的磨料物品疲勞壽命的顯著降低。然而，並且在一定程度上出乎意料地，據發現某些構造的阻擋層係適合於改進該磨料物品的機械耐久性並且顯示出此類實現了測試能力的顯著改進。儘管業界已經認識到某些線鋸可以使用一塗層，也許是金屬的，該等常規的傳授內容都沒有針對由諸位申請人發現的且在此揭露的阻擋塗層的特定方面。本發明的實施方式使用了致使磨料物品展示出改進的耐久性和性能的多種特徵的一組合。

具體地，此處的磨料物品可以適用于線鋸應用中，特別是電子行業，包括對光伏器件中可以使用的單晶或多晶材料進行切片或分割。在此的實施方式結合了多種特徵的一組合，該等特徵包括粘結層與磨料顆粒尺寸之間的特定關係、粘結層和塗覆層的厚度、以及塗覆層相對於磨料顆粒的砂礫尺寸的特定厚度。該等特徵藉由在此所述的形成 過程而成為可能並且得以增強。

應當理解，提及的被聯接或者連接的多個部件係旨在揭露在所述部件之間的直接連接或者藉由如所理解的一或多個***部件進行的間接連接以便實施如在此討論的該等方法。這樣，以上揭露的主題應被認為是解說性的、而非限制性的，並且所附申請專利範圍旨在覆蓋落在本發明的真正範圍內的所有此類變體、增進、以及其他實施方式。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明的範圍應由對以下申請專利範圍和它們的等效物可容許的最寬解釋來確定，並且不應受以上的詳細的說明的約束或限制。

以上揭露的主題應當被認為是說明性的、而非限制性的，並且所附申請專利範圍係旨在涵蓋落在本發明的真正範圍內的所有此類變更、增強以及其他實施方式。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明的範圍應由對以下申請專利範圍和它們的等效物可容許的最寬解釋來確定，並且不應受以上的詳細的說明的約束或限制。

揭露的摘要係遵循專利權法而提供的，並且按以下理解而提交，即它將不被用於解釋或者限制申請專利範圍的範圍或含義。另外，在以上附圖的詳細說明中，為了使揭露精簡的目的而可能將不同的特徵集合在一起或者在一個單獨的實施方式中描述。本揭露不得被解釋為反映了一種意圖，即提出申請專利範圍的實施方式要求的特徵多於在每一項申請專利範圍中清楚引述的特徵。相反，如以下的申請專利範圍反映出，發明主題可以是針對少於任何揭露 的實施方式的全部特徵。因此，以下的申請專利範圍被結合在附圖的詳細說明之中，而每一項申請專利範圍自身獨立地限定了分別提出申請專利範圍的主題。

300‧‧‧磨料物品

301‧‧‧基底

302‧‧‧芯層

303‧‧‧粘結層

305‧‧‧塗覆層

306‧‧‧上表面

307‧‧‧磨料顆粒

309‧‧‧填充劑材料

311‧‧‧塗覆填充劑材料

322‧‧‧阻擋層

323‧‧‧內層

324‧‧‧外層

330‧‧‧介面

331‧‧‧磨料顆粒

332‧‧‧底部表面

350‧‧‧磨料物品

400‧‧‧磨料物品

402‧‧‧曲線

403‧‧‧曲線

406‧‧‧曲線

藉由參見附圖可以更好地理解本揭露，並且使其許多特徵和優點對於熟習該項技術者變得清楚。

圖1包括一流程圖，該圖說明瞭根據一實施方式來形成磨料物品的一種方法。

圖2A和2B包括根據一實施方式的磨料物品的部分的截面圖解。

圖3包括根據一實施方式的一磨料物品的一部分的截面圖示。

圖4包括不同的常規樣品和根據多個實施方式形成的樣品的疲勞壽命的繪圖。

在不同的圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同的事項。

301‧‧‧基底

302‧‧‧芯層

303‧‧‧粘結層

305‧‧‧塗覆層

306‧‧‧上表面

307‧‧‧磨料顆粒

322‧‧‧阻擋層

323‧‧‧內層

324‧‧‧外層

330‧‧‧介面

331‧‧‧磨料顆粒

332‧‧‧底部表面

400‧‧‧磨料物品

Claims (13)

1. 一種磨料物品，其包括：一處於長形構件形式的基底，該基底包括：一芯層；以及一與該芯層週邊表面直接接觸的阻擋層；該阻擋層主要由錫組成；一覆蓋在該長形基底上的粘結層；以及固定在該結結層內的磨料顆粒，其中至少約50%之該等磨料顆粒由該粘結層和該阻擋層之間的介面間隔開。
2. 一種磨料物品，其包括：一基底，該基底包括一長形構件並且包括：一芯層；以及一覆蓋在該芯層週邊表面上的阻擋層，該阻擋層包括一含錫的內層以及一覆蓋在該內層上的外層；一覆蓋在該基底的阻擋層上的粘結層；以及固定在該結結層內的磨料顆粒。
3. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該基底的芯層包括一種無機材料並且具有的長度：寬度的長寬比為至少約10：1。
4. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其進一步包括在700MPa的應力下在旋轉梁疲勞測試下為至少約 300,000週期的疲勞壽命。
5. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該阻擋層包括的平均厚度係不大於約10微米。
6. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該粘結層包括的平均厚度係至少該等磨料顆粒的平均粒徑的約10%。
7. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其進一步包括一覆蓋在該等磨料顆粒和該粘結層上的塗覆層，其中該塗覆層包括選自下組材料中的一種材料，該組由以下各項組成：金屬、金屬合金、金屬陶瓷、陶瓷、有機物質、以及它們的組合。
8. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其進一步包括一覆蓋在該等磨料顆粒和該粘結層上的塗覆層，其中該塗覆層的平均厚度(t_c )和該粘結層的平均厚度(t_b1 )包括至少約1：2的層比率(t_c ：t_b1 )。
9. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該阻擋層包括一內層和一覆蓋在該內層上的外層，其中該內層和外層包括至少一種相對於彼此不同的材料。
10. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該阻擋層包括一內層和一覆蓋在該內層上的外層，其中該外層包括一種在該內層的材料中不存在的元素。
11. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該阻擋層包括一內層和一覆蓋在該內層上的外層，其中該內層和該外層直接彼此接觸。
12. 如申請專利範圍第1或2項之磨料物品，其中該阻擋層包括一內層和一覆蓋在該內層上的外層，其中該內層包括的平均厚度不同於該外層的平均厚度。
13. 一種形成磨料物品之方法，其包括：提供一具有長形本體的基底，該長形本體包括一覆蓋在芯層週邊表面上的阻擋層，該阻擋層包括一主要由錫組成的內層；形成一覆蓋在該基底上的粘結層；並且將磨料顆粒固定在該粘結層內，其中至少約50%之該等磨料顆粒由該結結層和該阻擋層之間的介面間隔開。