CN109551312A - 一种钛宝石的表面冷加工方法 - Google Patents

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范泉钦
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黄志文
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Abstract

本发明公开了一种钛宝石的表面冷加工方法，分为热胶粘结上盘、粗磨、高速抛光、精细抛光、超声清洗等工序。使用棕榈蜡粘结16片直Ф10mm*10mm的钛宝石，再分别用W28和W14的碳化硼在铁盘上研磨钛宝石端面，然后使用3.0微米的氧化铝抛光液在树脂铜盘上高速抛光钛宝石端面，之后使用80纳米的硅溶胶抛光液在沥青抛光盘上精抛钛宝石端面，在200倍显微镜下检测钛宝石表面质量后，逐次使用石蜡油、氧乙烯醚以及超纯水等溶剂超声清洗钛宝石，最后使用专用甩干机甩干钛宝石表面残留纯水。本发明提供一种钛宝石的表面冷加工方法，适用于钛宝石晶体工业化批量生产，能得到表面质量S/D 10/5和平面度λ/8的钛宝石光学产品。

Description

一种钛宝石的表面冷加工方法
技术领域
本发明涉及一种钛宝石的表面冷加工方法，属于光学晶体冷加工技术领域。
背景技术
掺钛蓝宝石（Ti:Al2O3），具有发射带宽、发射面积大、热导率高、物化性能优良等优点，广泛应用于可调谐激光晶体和超强超快高功率激光器中。由于掺钛蓝宝石莫氏硬度大，为9Mohs，属于坚硬晶体，所以要达到S/D10/5、平面度λ/8的表面质量，大部分只有实验阶段能获得，批量工业化生产难以有效的抛光工艺得以推进。《掺钛蓝宝石晶体激光棒的表面加工方法》一文讲述了实验室单片掺钛蓝宝石（Ti:Al2O3）的酸化腐蚀达到原子级光滑、晶格完整的表面。但是，该文从研磨端面W10（约为89微米）直接进入化学机械抛光和酸蚀，来去除压损伤层。随着技术发展，钛宝石表面加工已经开始阶梯使用更小粒径的表面加工辅料，从微米级别逐步过渡到纳米级。本文，在端面研磨后，逐步梯度使用化学抛光液，即从微米级别到纳米级别的化学机械抛光液抛光钛宝石表面，在OLYMPUS51的 200倍显微镜下查看研磨亚损伤层，定量去除二十微米的端面厚度，保证亚损伤层的全面去除。此外，本文将说明工业化批量生产高质量的钛宝石表面冷加工工艺，从粘结固定到最后的清洗工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供一种钛宝石（Ti:Al2O3）的表面冷加工方法，为钛宝石（Ti:Al2O3）工业化生产提供方案。
本发明所采用的技术方案如下：
一种钛宝石（Ti:Al2O3）的表面冷加工方法包括热胶粘结上盘、粗磨、抛光、超声清洗。
所述的热胶粘结上盘，是使用棕榈蜡在加热熔化，将钛宝石粘结，使用棕榈蜡粘结钛宝石晶体的效果图如图1。
所述的粗磨是分别使用W28和W14的碳化硼在铁盘上研磨钛宝石端面，使切割引起的压损伤层被前道工序彻底去除。
所述的高速抛光，是指使用PH值为9.5、粒径为3.0微米的氧化铝抛光液，在树脂铜盘2上抛光钛宝石端面。高速抛光工序，转速调整到30rpm。使用显微镜在200倍放大倍数下检测钛宝石表面，表面只有划痕，没有沙粒坑点，说明粗磨引起的压损伤层去除完毕。
所述的精细抛光，是使用80纳米的硅溶胶抛光液在沥青抛光盘3上精抛钛宝石，在显微镜在200倍放大倍数下检测不到任何划痕、坑点，如图2。使用Zygo干涉仪检测显示平面度λ/ 8，如图3。
所述的超声清洗，逐次使用石蜡油、聚氧乙烯醚以及超纯水等溶剂，在超声槽内清洗钛宝石，依次清洗掉钛宝石表面的热胶残余、抛光粉以及杂尘等，然后在专用甩干机甩干钛宝石表面残留纯水，得到表面质量S/D 10/5和平面度λ/ 8的钛宝石光学产品。
本发明提供一种钛宝石工业化加工工艺，详述钛宝石在工业化批量生产过程中的各道工序、以及所使用的关键耗材和检测方法。该方法还能得到S/D为10/5和平面度为λ/ 8的高质量钛宝石表面，确保了其在光路传播和器件应用方面的表面质量要求。
附图说明：
图1.使用棕榈蜡粘结钛宝石晶体
图2.精细抛光后，200倍显微镜下钛宝石表面质量
图3.钛宝石的平面度。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
一种钛宝石（0.3%Ti:Al2O3）的表面冷加工方法，所述方法步骤如下：
（1）加工尺寸为Ф13*15mm的钛宝石（2%Ti:Al2O3），使用棕榈蜡制成的热胶，在加热板上90°熔化，均匀涂抹在16片钛宝石侧面，将该16片钛宝石粘结，然后冷却至常温，粘结后的效果图如图1。
（2）分别使用W28和W14的碳化硼在铁盘上研磨钛宝石端面，每个端面分别去除至少30丝的尺寸，使切割引起的压损伤层被前道工序彻底去除，使用10倍放大镜检测不到裂纹。
（3）指使用3.0微米的氧化铝抛光液，在树脂铜盘2上高速抛光钛宝石端面。氧化铝粉内添加氢氧化钠，调节氧化铝抛光液PH到9.5。高速抛光工序，转速调整到30rpm，每个端面分别去除2丝尺寸，使用显微镜在200倍放大倍数下检测钛宝石表面，表面只有划痕，没有沙粒坑点，说明粗磨引起的压损伤层去除完毕。
（4）使用80纳米的硅溶胶抛光液在沥青抛光盘3上精抛钛宝石，每个端面分别去除2微米以上尺寸。酒精汽油擦拭干净钛宝石端面后，在200倍显微镜下检测不到任何划痕，表面质量达到如图2。使用Zygo干涉仪检测显示平面度λ/ 8，如图3。
（5）超声清洗阶段，逐次使用石蜡油、聚氧乙烯醚以及超纯水等溶剂，在超声槽内清洗钛宝石，依次清洗掉钛宝石表面的热胶残余、抛光粉以及杂尘等，然后在专用甩干机甩干钛宝石表面残留纯水，得到表面质量S/D 10/5和平面度λ/ 8的钛宝石光学产品。

Claims (1)

1.一种钛宝石的表面冷加工方法，包括粘结上盘、粗磨、抛光和超声清洗等步骤,其特征在于，使用棕榈蜡加热至于90°c熔化，将多片钛宝石粘结固定在一起；然后分别使用W28和W14的碳化硼在铁盘上研磨钛宝石端面，每个端面去除30丝尺寸；之后使用PH 9.5、粒径为3.0微米的氧化铝抛光液，在树脂铜盘上抛光钛宝石端面；随后使用80纳米的硅溶胶抛光液在沥青抛光盘上精抛钛宝石端面；最后逐次使用石蜡油、聚氧乙烯醚以及超纯水等溶剂，分别在三个超声槽内清洗钛宝石，然后用甩干机甩干钛宝石表面残余超纯水。
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