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　　2016年5月20日，中國超硬材料協(xié)會五屆三次常務(wù)理事（擴(kuò)大）會議在武漢市紐賓凱國際酒店隆重舉行。會議中，國機(jī)精工有限公司副總經(jīng)理陳峰作題目為《金剛石工具在藍(lán)寶石加工中的應(yīng)用》的演講報(bào)告。 　　演講報(bào)告從“藍(lán)寶石簡介”、“藍(lán)寶石應(yīng)用領(lǐng)域”、“藍(lán)寶石加工中涉及的金剛石工具”以及“藍(lán)寶石加工中存在的問題及對策”共四個方面詳細(xì)地進(jìn)行了講解分析。
　　報(bào)告中指出：藍(lán)寶石具有機(jī)械強(qiáng)度高，硬度高，可承受高速運(yùn)動時的減壓荷載；熱穩(wěn)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(fā)生顯著的變化；化學(xué)穩(wěn)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(xué)透射率高，能傳輸紫外到中紅外波段的輻射；光學(xué)特性好，光學(xué)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(yōu)異性能。憑借優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：1、LED領(lǐng)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(lǐng)域，光電視窗等；5、國防領(lǐng)域，導(dǎo)彈整流罩等；6、醫(yī)療器械，激光輻射裝置等。 　　報(bào)告中談到：從藍(lán)寶石的使用領(lǐng)域來看，75%左右的藍(lán)寶石用于襯底片領(lǐng)域、10%用于光學(xué)產(chǎn)品領(lǐng)域、12%用于電子消費(fèi)產(chǎn)品的窗口片領(lǐng)域、5%左右用于國防航天領(lǐng)域的整流罩、諧報(bào)器等。 　　藍(lán)寶石襯底片加工的工藝流程為：藍(lán)寶石晶錠－－》晶棒掏料－－》頭尾切段－－》外徑、結(jié)晶向平研－－》切片－－》倒角磨邊－－》粗研磨－－》精研磨－－》CMP－－》襯底片。 　　藍(lán)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(lán)寶石加工中存在的問題及對策”時，報(bào)告指出：因?yàn)樗{(lán)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(lán)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(lán)寶石加工中存在的問題及對策”時，報(bào)告中給出了超聲輔助機(jī)械加工、化學(xué)機(jī)械加工、冷熱激光加工、等離子加工等加工藍(lán)寶石的加工解決方案。
　　其中，超聲輔助機(jī)械加工是在工具與工件相對運(yùn)動的基礎(chǔ)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(xué)機(jī)械加工是把化學(xué)腐蝕和金剛石工具機(jī)械加工綜合利用的加工工藝。目前化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）在藍(lán)寶石加工中的應(yīng)用相對成熟，在藍(lán)寶石切割及磨削方面，我們也可以引進(jìn)開發(fā)這種工藝。藍(lán)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(lán)寶石化學(xué)腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)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(xù)時間只有幾個皮秒）。”使用“熱”激光工藝加工藍(lán)寶石時，藍(lán)寶石不會產(chǎn)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(zhì)量，同時邊緣的粗糙度更低。目前需要進(jìn)一步降低激光頭和激光加工和設(shè)備的制造成本，進(jìn)而推動該工藝在藍(lán)寶石行業(yè)中的加工應(yīng)用。
　　等離子加工是利用等離子電弧產(chǎn)生的熱量對藍(lán)寶石進(jìn)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(shè)備昂貴。氫離子切割片更薄、更經(jīng)濟(jì)、更有效率，但是，還沒有完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，是藍(lán)寶石切割技術(shù)未來趨勢。
　　Twin Creeks Technology公司開發(fā)的質(zhì)子注入剝片技術(shù)所切割的6寸藍(lán)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(lán)寶石毛片厚度來看，2寸為600微米、6寸則高達(dá)約1500微米。氣體剝離法所形成的藍(lán)寶石基板表面平整度高，后續(xù)制程變得更加容易；Hyperion氣體剝離法機(jī)臺體積龐大（單一機(jī)臺如同一間屋子大小），且設(shè)備投資大，機(jī)臺處于實(shí)驗(yàn)階段，未在市場銷售。
　　（本文經(jīng)國機(jī)精工有限公司副總經(jīng)理陳峰《金剛石工具在藍(lán)寶石加工中的應(yīng)用》演講報(bào)告PPT和現(xiàn)場錄音整理而來，未經(jīng)作者審查。）