短波長(zhǎng)激光拋光藍(lán)寶石工藝過(guò)程研究.pdf

1、藍(lán)寶石(Sapphire，分子式為Al<,2>O<,3>)單晶是一種優(yōu)秀的多功能材料。具有硬度高，熔點(diǎn)高，透光性好，電絕緣性優(yōu)異，熱傳導(dǎo)性良好，化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。同時(shí)它屬于三方晶系離子晶體，是典型的難加工硬脆材料。目前所采用的傳統(tǒng)的拋光方法難以獲得理想的無(wú)損傷表面，且拋光效率和成品率低。本文針對(duì)藍(lán)寶石拋光過(guò)程中難以解決的表面質(zhì)量問(wèn)題，提出了藍(lán)寶石拋光的一種新方法一短波長(zhǎng)激光拋光藍(lán)寶石。分別采用綠光激光(λ=532nm)和紫外光激光(λ

2、=355nm)拋光藍(lán)寶石，通過(guò)測(cè)量藍(lán)寶石拋光表面粗糙度，以及顯微觀測(cè)拋光表面形貌，分析激光脈沖能量密度(脈沖能量、聚焦光斑直徑)、掃描速度、激光入射角、激光掃描方式等主要因素對(duì)激光拋光藍(lán)寶石過(guò)程的影響規(guī)律。 首先，采用激光打孔實(shí)驗(yàn)方法確定破壞藍(lán)寶石表面的損壞閾值(能量閾值)，從而確定拋光過(guò)程中合適的能量密度范圍。本文實(shí)驗(yàn)獲得：綠光激光條件下藍(lán)寶石的能量閾值范圍為2.3J/cm<'2>-3.1J/cm<'2>，紫外光激光條件下藍(lán)寶

3、石的能量閾值1.91 J/cm<'2>。通過(guò)分析激光掃描過(guò)程中光斑重合率與掃描速度的關(guān)系，確定掃描速度范圍。 通過(guò)研究，本文得出以下主要結(jié)論： 1．綠光激光和紫外光激光能有效去除藍(lán)寶石材料。綠光激光去除材料體積較大，與綠光激光拋光藍(lán)寶石相比較，紫外光激光拋光拋光藍(lán)寶石可獲得更好的拋光表面質(zhì)量。 2．激光脈沖能量對(duì)綠光激光拋光和紫外光激光拋光有著不同的影響。綠光激光拋光過(guò)程中，隨著激光脈沖能量的增大，藍(lán)寶石拋光表面

4、粗糙度增大；但脈沖能量增大到一定值后，表面粗糙度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。紫外光激光拋光過(guò)程中，隨著脈沖能量的增大，藍(lán)寶石拋光表面粗糙度逐漸減小，達(dá)一定值后，表面粗糙度的變化趨于平緩。 3．激光掃描速度對(duì)綠光激光拋光和紫外光激光拋光有著不同的影響。綠光激光拋光時(shí)，隨著掃描速度的增大，藍(lán)寶石拋光表面粗糙度減??；但掃描速度增大到一定值后，表面粗糙度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。紫外光激光拋光過(guò)程中，隨著掃描速度的增大，藍(lán)寶石拋光表面粗糙度值增大。