短波長激光拋光藍寶石工藝過程研究.pdf

1、藍寶石(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，熔點高，透光性好，電絕緣性優(yōu)異，熱傳導性良好，化學性能穩(wěn)定等特點。同時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損傷表面，且拋光效率和成品率低。本文針對藍寶石拋光過程中難以解決的表面質量問題，提出了藍寶石拋光的一種新方法一短波長激光拋光藍寶石。分別采用綠光激光(λ=532nm)和紫外光激光(λ

2、=355nm)拋光藍寶石，通過測量藍寶石拋光表面粗糙度，以及顯微觀測拋光表面形貌，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激光拋光藍寶石過程的影響規(guī)律。 首先，采用激光打孔實驗方法確定破壞藍寶石表面的損壞閾值(能量閾值)，從而確定拋光過程中合適的能量密度范圍。本文實驗獲得：綠光激光條件下藍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寶

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

4、粗糙度增大；但脈沖能量增大到一定值后，表面粗糙度呈現減小的趨勢。紫外光激光拋光過程中，隨著脈沖能量的增大，藍寶石拋光表面粗糙度逐漸減小，達一定值后，表面粗糙度的變化趨于平緩。 3．激光掃描速度對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，隨著掃描速度的增大，藍寶石拋光表面粗糙度減??；但掃描速度增大到一定值后，表面粗糙度呈現增大的趨勢。紫外光激光拋光過程中，隨著掃描速度的增大，藍寶石拋光表面粗糙度值增大。