磁性磨粒的常压烧结法制备及其性能研究

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磁感应游离磨粒线锯切割技术是一种新型的且很有前途的硅片切割技术,具有切割范围广、切割效率高、能源消耗少、易控制等优点,因此,磁感应游离磨粒线锯切割技术的不断发展,将会推动光伏产业和半导体产业飞速前进。在磁感应游离磨粒线锯切割中,作为切割刀具的磁性磨粒是切割的关键所在。本文基于烧结法制备磁性磨粒,结合磁感应游离磨粒线锯切割对磁性磨粒的性能要求,设计了磁性磨粒的各组分成分,为了提高SiC微粉的分散均匀性,采用自制PEG300分散剂对混料中原料之一的SiC微粉进行表面改性,并采用“全覆盖配比”替代传统的经验配比方法和“搅拌—超声分散—搅拌”的混料方法,对磁性磨粒制备工艺进行一系列优化,在无气氛保护下的常压烧结电炉中制备一系列的磁性磨粒;研究了烧结温度、制备压力、SiC目数和保温时间对磁性磨粒性能的影响,并选取了综合性能优越的磁性磨粒和购买的镀镍磁性磨粒进行了切割实验对比。通过以上实验研究得到如下结论:(1)自制的PEG300分散剂可以有效提高SiC微粉的流动性,从而提高SiC微粉在混粉中的分散均匀性,且SiC微粉的目数越小,改性效果越好。结合“搅拌—超声分散—搅拌”的混料方法,可以获得较优的磁性磨粒制备工艺。(2)磁性磨粒的烧结致密度随着烧结温度、保温时间、制备压力和SiC目数的增大而增大。磁性磨粒的导磁性能随着制备压力和SiC目数增大而增大,随着烧结温度和保温时间增大而减小。制备磁性磨粒的最大相对磁导率为0.71,最小相对磁导率为0.24,烧结密度最大值为3.30g/cm3,最小值为1.73g/cm3。(3)烧结温度是影响烧结磁性磨粒综合性能的主要因素;通过正交试验,最终确定了制备磁性磨粒最优水平组合:烧结温度1100℃,制备压力6T,SiC目数1500目,保温时间4h。(4)通过切割实验,所制备的烧结磁性磨粒切割后工件切缝宽度和崩边宽度平均值可以达到522.10μm和79.97μm,切割效率平均值为2.737×10-4g/s;而购买的镀镍磁性磨粒的切缝宽度和崩边宽度分别是523.45μm和85.35μm,切割效率为3.111×10-4g/s。
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