一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法技术

本发明专利技术涉及热电材料切割技术领域，具体一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法，包括分别切割塑性层和脆性层，塑性层采用微磨料水射流法切割，在塑性层切割后形成的切割槽内切割邻接的脆性层。本发明专利技术提供的切割方法适用于含有塑性层和脆性层的复合材料层的切割，能够克服传统电火花等一次性切割出现的卷边、毛刺等不良现象，实现塑性层高质量切割，提高材料切割合格率，尤其适用于三明治结构的碲化铋热电材料加工，在实际生产中具有重要应用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法


[0001]本专利技术涉及热电材料切割
，尤其涉及一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法。

技术介绍

[0002]热电半导体是一种能够实现热电相互转换的半导体材料，在工业制造、国防工业、航空航天等领域中具有十分重要的作用。目前应用最广泛的热电材料为碲化铋热电材料。实际生产过程中，热电材料往往需要设计成多层结构组成的复合材料层，最常见为镀层
‑
基底
‑
镀层的三明治结构，如图1所示的一种三明治结构，基底为碲化铋层300，基底两侧的镀层分别为镀锡层100、镀镍层200和镀锡层101、镀镍层201。
[0003]碲化铋热电材料的常用切割方式有激光、划片、内圆切、电火花等，单次直接切断多层复合材料。但是由于镍、锡镀层材料具备塑性变形的特性，因此常规切割加工过程中容易出现卷边、毛刺等塑性加工缺陷，影响产品整体合格率，造成材料浪费。目前尚未见到针对碲化铋热电材料这种含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法的报道。所以，发展合适方式，避免塑性层发生变形，提高切割合格率，具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0004]针对采用电火花法等切割如碲化铋热电材料等含塑性层和脆性层的复合材料层容易出现卷边、毛刺等加工缺陷，影响产品合格率的问题，本专利技术的目的在于提供一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法，有效消除卷边、毛刺等现象，提高产品的合格率。
[0005]本专利技术提供如下的技术方案：一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法，包括分别切割塑性层和脆性层，塑性层采用微磨料水射流法切割，在塑性层切割后形成的切割槽内切割邻接的脆性层。
[0006]本申请中采用微磨料水射流单独切割塑性层，这是因为复合材料层在电火花等切割时产生卷边、毛刺的原因是塑性层受热易变形，尤其是镍等涂层。微磨料水射流属于冷加工，并且在加工过程中浆体不断流动，带走切割过程中产生的热量，能保证工件温度不变，同时切割过程中的摩擦、震动低，减少对塑性材料的扰动，更有助于消除卷边、毛刺等塑性加工缺陷。但研究中发现，采用微磨料水射流一次性切割复合材料层，在消除上述塑性加工缺陷的同时，容易导致分层、切割槽上宽下窄等现象。专利技术人认为这是因为塑性层和脆性层的硬度不同，如碲化铋层的硬度较镀锡层大。同时在三明治结构的热电材料中，碲化铋脆性层为基层，厚度远大于两侧的塑性涂层，切削力由一侧塑性层向另一侧塑性层施加的过程中存在骤减的情况，切削效果变差。同时为保证脆性层的切断，必须提供充分的冲击强度，导致塑性层容易分层和开裂。因此将塑性层和脆性层分开切割，塑性层采用微磨料水射流加工，脆性层可采用激光、划片、内圆切、电火花等方法切割。通过本方法可以有效消除热电材料切割过程中的卷边、毛刺等现象，提高切割产品的合格率。
[0007]作为本专利技术方法的优选，脆性层为碲化铋层，塑性层为镀镍层和/或镀锡层。塑性层可以是镀镍层、镀锡层这种单层结构，也可以是镀锡层和镀镍层的复合结构。
[0008]作为本专利技术方法的优选，微磨料水射流所用的磨料为切割脆性层后得到的切割泥。磨料水射流主要是依靠水流的冲击以及磨料的切削实现切割，一般要求磨料具有较高的硬度，所用常用的磨料如石榴石、碳化硅、石英砂、金刚砂等，很少使用低硬度的材质作为磨料。但是在将其用于切割热电材料时，专利技术人发现虽然微磨料水射流切割有助于提高整体的切割合格率，但是容易出现热电材料表面微观裂纹、分层甚至基材开裂等不良现象，而且超过卷边、毛刺等成为主要的加工缺陷。专利技术人经过分析认为，这是由于我们处理的是热电材料，碲化铋和塑性涂层的厚度差别很大，且塑性涂层的硬度很低，所以当使用高硬度的磨料时容易引起上述不良现象。经过尝试，专利技术人选择碲化铋层的切割泥为磨料。碲化铋切割泥的粒径低于40
µ
m，主要分布在10
µ
m附近，符合细磨料粒径的使用要求。更重要的是，与碳化硅等相比，硬度低，维氏硬度不足1GPa，杨氏模量一般30～40GPa，破坏强度低，与碲化铋层同材质，磨料的切削作用相应减低，在切割塑性涂层的同时对碲化铋层的冲击降低，可以降低微观裂纹、分层和开裂等现象。
[0009]作为本专利技术方法的优选，切割泥的粒径范围为7～18
µ
m。专利技术人研究发现，采用切割泥切割，重复多次后的切割品质稳定性不高。通过分析，专利技术人推测可能是由于常规电火花等切割碲化铋后得到的切割泥为正态分布，粒径基本范围为0～40
µ
m，其中10
µ
m附近较为集中，在循环切割过程中，因为粒径分布较广，每次都有不同粒径的切割泥或多或少损失，影响了切割泥的稳定性，进而导致重复切割后的稳定性下降，因此通过优化，过筛切割泥，选择粒径范围为7～18
µ
m的切割泥。
[0010]作为本专利技术方法的优选，磨料中还含有10～17wt%的辅料，辅料选自石英砂、金刚石、碳化硅、石榴石中的一种。由于采用分层切割，合格率得到提升，但切割效率相应下降，成为技术方案实际应用的一个重要制约因素。而采用切割泥切割也导致切割效率不高，专利技术人分析认为，这主要是切割泥的硬度比较低所致。因此我们将一定量的石英砂等高硬度磨料混合切割泥使用，可以在相对切割泥切割的合格率略有降低的情况下，提高切割效率。
[0011]作为本专利技术方法的优选，辅料的粒径为8～11
µ
m。专利技术人研究发现，掺入辅料后合格率相对完全使用切割泥，切割合格率稍有降低除了与辅料的硬度有关，还与辅料的粒径有关。这是因为，常用的磨料粒径的中值在30～40
µ
m左右，明显大于本申请所用的切割泥，这导致两者在配合切割时形成了空间上的差距，影响了切削效果。因此将辅料粒径限定为8～11
µ
m，配合切割泥效果更好，切割合格率也有所提升。
[0012]作为本专利技术方法的优选，所述复合材料层为塑性层
‑
脆性层
‑
塑性层结构。
[0013]作为本专利技术方法的优选，顺序切割，切槽宽度依次为150～200
µ
m、100～150
µ
m、80～100
µ
m。另外，切割深度与各层的厚度有关，在保留预留切口的情况下实现各层完全切割即可。如常见的碲化铋热电材料，塑性层的切割深度为80～100
µ
m，脆性层的切割深度为300～3000
µ
m。
[0014]作为本专利技术方法的优选，切割上一层的同时，在待切割的下一层上形成预留切口，下一层沿预留切口开始切割。
[0015]作为本专利技术方法的优选，塑性层上的预留切口的深度为5～10
µ
m，脆性层上的预留切口的深度为10～20
µ
m。
[0016]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的切割方法适用于含有塑性层和脆性层的复合材料层的切割，能够避免传统电火花等一次性切割出现卷边、毛刺等不良现象，实现塑性层高质量切本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含塑性层和脆性层的复合材料层的切割方法，其特征在于，分别切割塑性层和脆性层，塑性层采用微磨料水射流法切割，在塑性层切割后形成的切割槽内切割邻接的脆性层。2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，脆性层为碲化铋层，塑性层为镀镍层和/或镀锡层。3.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，微磨料水射流所用的磨料为切割脆性层后得到的切割泥。4.根据权利要求3所述的切割方法，其特征在于，切割泥的粒径范围为7～18
µ
m。5.根据权利要求3或4所述的切割方法，其特征在于，磨料中还含有10～17wt%的辅料，辅料选自石英砂、金刚石、碳化硅、石榴石中的一种。6.根据权利要求5所述的切割方法，其特征在于，辅料的粒径为8～11
µ
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐泽丰，翟仁爽，李明，崔博然，
申请(专利权)人：杭州大和热磁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：