大艾激光

激光在金刚石及硬脆性材料精密加工中的应用

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发布时间:2021-08-27

(此文发表在《激光制造商情》7月刊(140期)G4版。 文稿:大艾激光)

金刚石因其极高的硬度、极高的导热性能、极高的电阻率以及极宽的光谱透过范围等多方面优异的材料性能,在工业、装饰及下一代半导体行业应用前景广阔,是战略性高科技材料。金刚石曾经是最牛的刀,如今更是新一代半导体材料、激光晶体材料及传感材料!

我国是人造金刚石材料的生产大国,截至2020年底中国的培育钻石市场规模已达到350万克拉左右,约占全球总产量的50%。而相对于天然钻石,培育钻石的价格仅为天然钻石的20%,由于性价比更高,为培育钻石后期开发应用提供了更多机会及更大的可能性。培育钻石已经开始替代天然钻石,呈现良好的市场发展势头。

激光精密加工技术为当前金刚石及硬脆性材料加工的优选

      在金刚石及硬脆性材料后期产品成形中,传统加工方式已无法加工或者无法达到所要求的高精度和高分辨率。正是激光“三性”:能量之时空幅频精密可控性、加工材料的普适性以及能量成本之持续下降等特性,激光精密加工技术目前已经成为金刚石及硬脆性材料加工的优先选择。

       然而目前国内在金刚石及硬脆性材料激光精密加工领域,设备主要依赖进口,特别是高端超硬成型刀具的激光刃磨机更是几乎全部被西方国家垄断。因此加工速度快、切割质量高以及运行稳定的国产激光精密加工装备受到了国内各家人造金刚石和硬脆性材料生产、应用厂家的广泛期待。

激光加工金刚石及硬脆性材料的原理

激光加工是用激光束代替了传统的机械加工,具有精度高、切割速度快、不局限于切割图案形状、加工成本低等特点。激光束通过聚焦镜头聚焦后照射到工件表面,利用激光的高能量密度使工件被聚焦光斑照射的区域瞬间气化或熔化,同时利用辅助吹气将熔渣粉末吹掉,可形成光滑的切缝。由于在工作中加工头无需与被加工材料直接接触,因此不易对工件表面造成划伤,一般无需后续加工。

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                    图1  金刚石激光精密切割机                                         图2  五轴联动激光刃磨机       

   

大艾激光推出激光精密加工金刚石及硬脆性材料系列装备

      宁波大艾激光科技有限公司(简称“大艾激光”)依托中科院宁波材料所技术支持并与之开展合作,重点聚焦于智能化激光精密加工设备的研发、生产和销售,以及激光加工工艺开发与服务,旨在为难加工材料的加工及高端零部件制造提供最优解决方案。大艾激光先后突破了国产化五轴联动激光精密加工技术、复杂异型三维去除加工技术以及原位测量与矫正技术,经过多年对金刚石及硬脆性材料等的激光加工装备和加工技术工艺研究,成功研发出金刚石及硬脆性材料专用特种光学系统,实现了完全自主知识产权的金刚石及硬脆性材料激光精密加工装备(DLC-P20A/DLC-P20B)的量产以及五轴激光刃磨机的定型生产。

       该公司系列产品(附图1、图2、图3)已于2020年初完成定型生产,可从三轴拓展到四轴、五轴,具有很强的实用性(如CVD切割分片、硬脆性材料精密成型及高端PCD刀具加工等)和操作便利性。该系列产品性价比卓越,具备加工速度快(如CVD切割分片单侧切深在6.5mm,切口缝宽为0.183-0.187mm时,加工时间为9分40秒)、加工质量好(切面平滑,粗糙度低,锥度小)、设备体积小、模块化设计、可拓展性强以及可定制化研制等特点,赢得了客户的广泛认可,目前已成为国内金刚石及众多硬脆性材料加工的引领性产品。


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                        图3  加工样件(CVD、陶瓷及PCD刀具)


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