摘 要：固结磨粒线锯是线锯的一种，是指磨粒固结在锯线基体上从而可以与锯线具有相同的运动速度，以此进行材料的锯切加工。固结磨粒线锯是相对于游离式磨粒线锯来说的，具有环保、清洁生产、加工精度高、切口损耗低等优点，适合于硅晶体、半导体等精密材料的锯切加工。本文对线锯技术领域的专利申请进行分析，从中国、全球的专利申请量、申请人的分布等多方面统计分析，并阐述了固结磨粒线锯的发展趋势和方向，追踪和梳理了固结磨粒线锯技术的发展脉络，并有针对性的分析了磨粒固结工艺的技术发展的演变过程。
关键词：线锯，磨粒，切口损耗，固结工艺，技术路线
1 引言
线锯，是指利用绳锯木断的原理设计出来的一种对脆硬材料进行切割的锯，又称绳锯。在锯切特性方面，可用以进行曲线或不规格形状的锯切加工；在锯切对象方面，可进行石材、玻璃、纤维织物等硬脆材料的锯切，同时还应用于硅晶体、半导体等精密材料的切片加工，是一种高效、精密的锯切工具。
线锯按其运动形式可分为：直线型线锯和环形线锯。直线型线锯又称往复式线锯，因此在锯切过程中，线锯需要频繁改变方向；环形线锯又称单向式线锯，其线锯丝首尾相接成环形，在涨紧机构以及导轮的作用下实现锯线单方向地连续运动。
2 固结磨粒线锯技术发展路线
技术的产生、发展和演变是一个从无到有、从低级到高级、从缺陷到完善的过程，更是一个优胜劣汰的过程。技术的创新与社会的发展密不可分，而能源是制约现代工业技术发展的一个重要因素，在这一因素（当然也不排除其他因素）的激励作用下，高效率、低损耗的发展模式督促着各项技术的创新，而在这一创新过程中，工具的高寿命使用、高精度加工以及材料加工的低损耗是技术发展的关键点之一。
下面从固结磨粒线锯技术的发展路线图来分析一下固结磨粒线锯技术的发展历史。
在1899年公开的专利文献US640139中，由几束金属线绞合而形成了线锯，此时的磨粒还仅仅是硬度比金属线高的硬质钢或合金，并以此完成木材的锯切加工；在1938年公开的专利文献US2123619中，硬质钢或合金的磨粒通过铜焊/焊接的方式固结在软质金属芯线上；在较长的一段时间内，硬质钢或合金充当着线锯的磨粒，也即充当着线锯的“切割刃”。
在1954年之后，为针对硅晶体或半导体等精密硬脆材料的切片/锯切加工，游离式磨粒线锯（如图3-4-2所示）由针对石材、纤维板等硬脆材料进行锯切加工的固结磨粒线锯演变而来，游离式磨粒线锯的磨粒和锯丝不是固结在一起的，磨粒是贮存在浆料池中或由研磨液喷嘴喷出，由此被一定速度运动的锯线带入到切割区域中，而磨粒则以研磨加工的方式垂直作用在加工表面上，依靠磨粒的滚压嵌入作用去除材料[4]，进而在切割面上产生较深的表面裂纹，并以此完成对材料的切片/锯切加工，但由于游离式磨粒线锯的切割装置以及切割机理的固有缺陷，游离式磨粒线锯在锯切加工中，材料表面质量以及损伤不易控制、残余应力以及切口损耗较大，而且其还存在磨粒浆料回收、浆料污染的问题[5]。
在进入到2000年之后，国内也逐渐重视对固结磨粒线锯技术的改善发展，其主要是针对磨粒固结力、磨粒的脱落所提出的改进工艺。
为提高磨粒的固结力，国内申请人在磨粒以及的锯线的改性方面提出了新的方法。如2006年公开的专利文献CN1784292中，戴蒙得创新股份有限公司使涂覆磨料磨粒表面具有包括大约5个长钉的高曲折表面的外层覆层来提高磨粒的固结力；2011年，联合材料公司申请的发明专利申请CN101998894中，其进一步利用磁化的芯线来吸附磨粒以进一步改善磨粒固结效果；同一年，贝卡尔特公司在其申请的发明专利申请CN102292185中，对钢芯线的金相组织做了进一步的改进，使得钢质芯线具有低碳表层（铁素体）和高碳内芯（珠光体），从而通过表层低碳铁素体的金相组织改善了金刚石磨粒与芯线的结合力。随后在2012年，戴蒙得创新股份有限公司在其申请的CN102470463专利中，又通过金刚石磨粒表面的粗糙度、球度来改进金刚石磨粒的表面形貌，从而增加金刚石磨粒的锚固表面，进而增加结合力。
在2013年公开的专利文献CN103008786中，浙江工业大学提出了一种带螺旋槽芯线的树脂结合剂线锯，其通过具有螺旋槽的芯线设计来增加树脂结合剂和芯线的结合面积，进而提高了树脂和芯线的结合力，同时也量化了芯线和金刚石磨粒尺寸之间的关系，使得线锯在切割过程中性能稳定，磨粒结合牢固。
从分析可以看出，固结磨粒线锯技术从最初的口袋锯、串珠锯技术逐渐发展到采用焊接方法、树脂固化法、电镀法等方式固结磨粒的专项技术，在期间游离式磨粒线锯的发展也推动了硅晶体、半导体等精密材料锯切技术的发展,从整个技术发展的路线来看，这是一个技术问题的产生、被解决、新技术方案的应用、技术问题再产生、再被解决以及应用的向前的过程，同时，线锯的发展也与精密材料加工技术的发展也是密不可分的，毫无疑问，高强度、高寿命、高精度、低切口损耗的加工要求是推动线锯进一步发展的总体目标。
3 总结
从线锯发展的演变来看，固结磨粒线锯进一步发展是大势所趋，而这一技术在国外的发展以近乎成熟，重要的专利技术也都掌握在国外申请人手中。国内对线锯的应用研究起步较晚，核心技术的掌握远远不够。在固结磨粒线锯发展的过程中，改善磨粒固结力的各种方法日趋多元化、微观化，先进材料的应用也推动着线锯的进一步发展。
通过以上分析，使得个人对线锯技术的整体发展脉络以及各个技术分支的发展演变有了进一步的认识，扩展了对线锯领域内基础知识的掌握，有助于个人在今后的审查工作更好的站在本领域技术人员的角度去分析技术方案，提高个人检索效率，提高案件的审查质量。
参考文献
[1] 董申 等，尖锐压头刻划脆性材料的断裂机理研究，航空精密制造技术[J],1998(34)2
[2] Sugawara J, Hara H, Mizoguchi A. Development of Fixed Abrasive Grain Wire Saw with Less Cutting Loss, SEI technical Review. 2004, 58:7-11
[3]徐湘涛，镀金属衣金刚石磨粒的制造以及应用研究，超硬材料工程，2001（2）：12-13
[4] I. Kao, M. Bhagavat, V. Prasad, et al. Integrated modeling of wire saw in wafer slicing. The NSF Grantees Conference, 1998
[5]孟剑锋，环形电锯金刚石线锯加工技术及加工质量研究，山东大学博士学位论文，2006
作者简介：孔祥艳（1986—），女，民族：汉，籍贯：黑龙江省哈尔滨市，硕士研究生，助理研究员，研究方向：焊接领域发明专利的实质审查；张明辰（1986—），男，民族：汉，籍贯：山东省泰安市，硕士研究生，高级知识产权师，研究方向：切削加工领域发明专利的实质审查。