超硬材料網

　　2016年5月20日，中國超硬材料協會五屆三次常務理事（擴大）會議在武漢市紐賓凱國際酒店隆重舉行。會議中，國機精工有限公司副總經理陳峰作題目為《金剛石工具在藍寶石加工中的應用》的演講報告。 　　演講報告從“藍寶石簡介”、“藍寶石應用領域”、“藍寶石加工中涉及的金剛石工具”以及“藍寶石加工中存在的問題及對策”共四個方面詳細地進行了講解分析。
　　報告中指出：藍寶石具有機械強度高，硬度高，可承受高速運動時的減壓荷載；熱穩定好，耐高溫，能承受氣動加熱和高度變化引起的溫度沖擊，透射比和折射率不隨著溫度的變化而發生顯著的變化；化學穩定性好，可承受熔融的鹽溶液或腐蝕氣體的腐蝕，且不易潮解；光學透射率高，能傳輸紫外到中紅外波段的輻射；光學特性好，光學散射小和折射率的均勻性好；能滿足大尺寸的窗口要求等眾多優異性能。憑借優異的性能，被廣泛應用于以下領域：1、LED領域，襯底材料等；2、窗口材料，手表表盤等；3、耐磨材料，精密軸和軸承等；4、航空領域，光電視窗等；5、國防領域，導彈整流罩等；6、醫療器械，激光輻射裝置等。 　　報告中談到：從藍寶石的使用領域來看，75%左右的藍寶石用于襯底片領域、10%用于光學產品領域、12%用于電子消費產品的窗口片領域、5%左右用于國防航天領域的整流罩、諧報器等。 　　藍寶石襯底片加工的工藝流程為：藍寶石晶錠－－》晶棒掏料－－》頭尾切段－－》外徑、結晶向平研－－》切片－－》倒角磨邊－－》粗研磨－－》精研磨－－》CMP－－》襯底片。 　　藍寶石窗口片加工的工藝流程為：單晶生長－－》掏棒（金剛石套料鉆）－－》切方（金剛石砂輪或金剛線+游離砂）－－》切片－－》粗磨／精磨（金剛石磨盤）－－》研磨拋光（金剛石研磨液、拋光液、金剛石微粉等）－－》二次切片（金剛石超薄切割砂輪）－－》倒角、鉆孔及輪廓加工（電鍍金剛石磨頭）－－》檢測－－》清洗干燥－－》窗口片。 　　在談到“藍寶石加工中存在的問題及對策”時，報告指出：因為藍寶石硬度高、脆性大而造成的難加工以及加工成本過高是目前存在的主要問題。藍寶石制作總成本中加工成本就站到了55%以上。以2寸0.43厚襯底為例，原材料成本不及20%，加工成本在55%以上，多線切割后成品在90%以上的成本是16.5元/片（含掏棒成本），粗磨成本2.5元/片，精磨成本3元/片，粗拋成本2元，精拋成本2元/片。考慮成品率后的綜合成本為30~35元/片。 　　在談到“藍寶石加工中存在的問題及對策”時，報告中給出了超聲輔助機械加工、化學機械加工、冷熱激光加工、等離子加工等加工藍寶石的加工解決方案。
　　其中，超聲輔助機械加工是在工具與工件相對運動的基礎上，對金剛石工具或工件施加超聲振動，以獲得更好加工性能的加工方法。
　　化學機械加工是把化學腐蝕和金剛石工具機械加工綜合利用的加工工藝。目前化學機械拋光（CMP）在藍寶石加工中的應用相對成熟，在藍寶石切割及磨削方面，我們也可以引進開發這種工藝。藍寶石的切割切深一般較大，切割溫度高。然而較高的切割溫度有利于藍寶石化學腐蝕反應的進行。化學反應的進行，有助于降低切割溫度。
　　激光加工采用微秒級短脈沖激光器的“熱”激光束切割；采用超短脈沖“冷”激光加工法（所謂超短脈沖激光器的脈沖持續時間只有幾個皮秒）。”使用“熱”激光工藝加工藍寶石時，藍寶石不會產生微裂紋或崩邊。采用皮秒級激光的“冷”加工方法，可獲得更高的切邊質量，同時邊緣的粗糙度更低。目前需要進一步降低激光頭和激光加工和設備的制造成本，進而推動該工藝在藍寶石行業中的加工應用。
　　等離子加工是利用等離子電弧產生的熱量對藍寶石進行加工，這種加工方式可以加工切割出很薄的材料、效率高，但是目前該類加工設備昂貴。氫離子切割片更薄、更經濟、更有效率，但是，還沒有完全實現商業化，是藍寶石切割技術未來趨勢。
　　Twin Creeks Technology公司開發的質子注入剝片技術所切割的6寸藍寶石基板厚度為26微米，2寸厚度降至12微米；目前采線切割工法所制作的藍寶石毛片厚度來看，2寸為600微米、6寸則高達約1500微米。氣體剝離法所形成的藍寶石基板表面平整度高，后續制程變得更加容易；Hyperion氣體剝離法機臺體積龐大（單一機臺如同一間屋子大小），且設備投資大，機臺處于實驗階段，未在市場銷售。
　　（本文經國機精工有限公司副總經理陳峰《金剛石工具在藍寶石加工中的應用》演講報告PPT和現場錄音整理而來，未經作者審查。）