人造金刚石丝锯：一种精细切割工具

　　为了将物体分割开来，人类往往需要借助于相应的工具。

　　对锯切工具的发展、应用作一个简单的历史回溯，我们可以看到，在人类文明的早期阶段(时间长达数百万年)，原始人类能够使用的工具基本上只是石刀、石斧之类的粗笨工具。这类工具，要么是“捡来的”(旧石器时代)，要么是“制造的”(新石器时代)，只能把狩猎物的躯体等简单砍、斫分割为“块状物”。这是艰难的“锯前时代”。经过漫长的岁月，直至人类学会了从矿石中冶炼出金属，并进一步用金属(先是铜或其合金，后是铁或其合金)制成包括“锯”在内的切割工具，人类的加工制造水平才有了长足进步。

　　在中国古代传说中，木工锯的发明者是公输般(即人们熟知的“鲁班”)。其发明灵感据说来自于公输般的手指不慎被边缘带齿的茅草叶割破的启迪。公输般成为后世木匠们顶礼膜拜的“祖师”，木工锯也成为几千年来木匠的必备工具之一，是将木头“切割”成不同形状不可或缺的工具。它的工作状态是往复运动，如同广为传唱的童谣中描述的那样：“扯锯还锯……”

　　告别农耕时代，迈入工业化时代，大量的金属加工成为题中应有之义。木工锯对此挑战无能为力。于是，工具钢、高速钢(锋钢)锯应运而生。在大大小小工厂里，下料的锯床、钳工师傅的“锯弓”，处处都有它们的身影。

　　进入信息化时代和绿色、低碳时代，各种昂贵的、功能各异的人工晶体材料纷至沓来。“高效、高精、低耗”的精细加工要求，催生出更为精细的锯切工具，人造金刚石无齿超薄锯和人造金刚石丝锯就是这样的先进工具。

　　可见，锯切工具的产生和发展是与人类社会不同发展时期面临的不同加工需求紧密相连的，锯切工具的发展史从某种意义上讲，也是人类社会的发展史。

　　人造金刚石丝锯的性能特点及其主要用途

　　顾名思义，“丝锯”就是“外形呈丝状的锯”。如同其他人造金刚石工具一样，人造金刚石丝锯的结构也分为“基体”和“工作层”两部分。其基体是经过严格热处理的金属丝，工作层则是分布于金属丝表面的人造金刚石晶粒。金属丝的直径大小和人造金刚石的颗粒大小决定了被切割材料切缝的宽度和厚度大小。

　　现代化人造金刚石丝锯脱胎于传统木工丝锯和碳化硅丝锯。前者的“工作层”是金属丝表面由人工加工而成的齿状突起;后者是靠张紧的钢丝将游离的碳化硅颗粒压入被加工物体表面来回运动进行切割。

　　木工丝锯加工不了坚硬的人工晶体材料。而碳化硅丝锯功效低、切缝宽、加工表面质量差、浪费大，也不理想，虽然现在仍有应用，但终将被人造金刚石丝锯所淘汰。

　　人造金刚石丝锯的主要用途在于加工宝石、玉石、半导体晶体材料、太阳能多晶硅晶体材料、光学玻璃材料、功能陶瓷材料、铁氧体材料、复合材料以及昂贵的石材饰面材料等。

　　在人造金刚石丝锯被应用之前，人们往往采用人造金刚石内圆切割锯片对昂贵晶体材料进行加工。表1列出了人造金刚石丝锯和人造金刚石内圆切割锯片在切割某种相同晶体材料时的效果差异。不过，还应指出的是，由于人造金刚石丝锯是“多丝”并切，加工速度要远远高于人造金刚石内圆切割锯片。

　　最大课切材料直径>Φ600Φ200

　　最小厚度0.1500.350

　　总厚度偏差TTV<0.015<0.025

　　翘曲度Warp<0.010>0.050

　　切割损耗0.120~0.1800.300~0.500

　　人造金刚石丝锯的制造方法简介

　　目前，国内外人造金刚石丝锯最简单实用的方法当推电化学法。其基本工艺流程示意如下：

　　金属丝、人造金刚石冲镍(或其它)上砂加厚清洗检验入库

　　由于投入少、产出快、风险低，比较适合资金紧张的中、小企业或个体厂商开发。而且，电化学设施还可以“一机多用”兼而生产其他产品。

　　近期兴起的钎焊法生产人造金刚石丝锯，由于效率高、寿命长，也颇具有前途。但投入比电化学法要大，技术门槛也相应要求高一些。技术力量薄弱或资金匮乏的企业应慎重选择。

　　此外，等离子喷涂法、CVD气相沉积法、激光涂覆法、微波法等等，都可以提供品质级别更高的人造金刚石丝锯制品，但其投入的需求及技术的难度相应也大。现阶段仅仅只有极少数科研院所的实验室有所涉猎，要进入工业化生产还需假以时日。