CN110682209A - 一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，该方法根据研磨单晶金刚石研磨面的难磨方向选择合适的激光器类型,将所选择的激光束光斑形状与单晶金刚石研磨面的难磨方向相匹配；激光器发出的激光束从研磨出来的单晶金刚石透光面射入，照射在单晶金刚石研磨面的难磨方向上,使单晶金刚石研磨面的难磨方向吸收激光能量，并通过热传导的方式对整个研磨面进行加热，最终使单晶金刚石研磨面难磨方向的硬度发生软化，并通过研磨盘对其进行高效研磨。

Description

一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法
技术领域
本发明属于单晶金刚石磨抛领域，具体涉及一种激光原位辅助单晶金刚石 典型晶面的研磨方法。
背景技术
单晶金刚石具有很高的硬度、导热系数、抗腐蚀性等优点，被广泛应用于 机械加工工业、电子电器工业、光学玻璃和宝石加工工业等领域。但是单晶金 刚石每个晶面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之间距离的不同造 成金刚石晶体各向异性，因此单晶金刚石同一晶面不同晶向的性能差异甚大。 由于各个晶面不同方向性能上的差异，因此在对单晶金刚石进行研磨加工时， 各晶面上所谓的“易磨”和“难磨”方向的磨削率相差很大。通常的单晶金刚 石研磨方法往往需要根据研磨面上易磨晶向进行择优研磨，而且研磨抛光的效 率低，表面质量较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面 的研磨方法。
本发明通过以下方案实现：
一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法通过激光器发出的激 光束从研磨出来的单晶金刚石透光面射入，照射在单晶金刚石研磨面的难磨方 向上,使单晶金刚石研磨面的难磨方向吸收激光能量，并通过热传导的方式对 整个研磨面进行加热，最终使单晶金刚石研磨面难磨方向的硬度发生软化，并 通过研磨盘对其进行高效研磨。
进一步地，所述激光器根据单晶金刚石研磨面的难磨方向进行选择，确保 激光器发射出的激光光斑形状与单晶金刚石研磨面的难磨晶向分布形状相匹 配。
进一步地，所述单晶金刚石具有优良的导热性，且在单晶金刚石进行装夹 前，在其上部表面进行辅助加工，研磨出一个透光面，可以使得激光器发射出 的激光束能够通过该透光面照射在单晶金刚石的研磨面上。
进一步地，所述金刚石夹具呈中空管状，其中一端通过套设在夹具外周的 紧固套管与金刚石紧固连接，采用周边夹方式对单晶金刚石进行夹持，保证激 光在照射到单晶金刚石透光面的过程中没有遮挡。
进一步地，包括如下步骤：
S1、根据所需要研磨的单晶金刚石物理化学性能及研磨面难磨方向，选用 合适的激光器，并通过掩膜等方式确定激光的输出形态等工艺参数。
S2、通过金刚石夹具对已磨好入射面的单晶金刚石进行相对安装定位，准 备进行研磨。
S3、将激光器进行安装定位，并使激光器发出的激光束能够透过已磨好的 入射面射入金刚石内部聚焦到研磨面上,使得激光器发射出的激光光斑形状与 单晶金刚石研磨面的难磨晶向分布形状相匹配，确保激光可准确对单晶金刚石 难磨方向进行加热。
S4、启动研磨过程中，单晶金刚石的难磨方向在激光的辐照下产生软化， 并在研磨盘的磨削力作用下实现高速研磨。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，利用激 光器对单晶金刚石难磨方向进行加热软化，可以不用进行研磨面易磨方向的择 优选择，并大大提高研磨面的整体研磨效率和质量，实现高效研磨。
附图说明
图1为本发明实施例一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨工艺 方法的研磨原理图；
图中：1-激光器；2-激光束；3-配重；4-金刚石夹具；5-紧固套管；6- 单晶金刚石；7-研磨盘。
图2为单晶金刚石100晶面的难磨方向及激光热影响区图；
图3为单晶金刚石111晶面的难磨方向及激光热影响区图；
图4为单晶金刚石110晶面的难磨方向及激光热影响区图；
图中：箭头方向为单晶金刚石的难磨晶向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域 的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是， 对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面 的研磨方法通过激光器发出的激光束穿过单晶金刚石，照射在单晶金刚石研磨 面的难磨方向上，使单晶金刚石研磨面的难磨方向吸收激光能量，并通过热传 导的方式对整个研磨表面进行加热，待单晶金刚石的研磨面的难磨方向硬度软 化到与易磨方向硬度相接近时，通过研磨盘对其进行研磨。
具体包括如下步骤：
S1、根据所需要研磨的单晶金刚石物理化学性能及研磨面难磨方向，选用 合适的激光器，并通过掩膜等方式确定激光的输出形态等工艺参数。
本实施例中，单晶金刚石典型晶面包括100晶面、110晶面、111晶面三 个晶面。100晶面有四个沿晶面对角线的难磨方向，故选用十字激光器；110 晶面有两个沿其晶面长对角线的难磨方向，故选用一字激光器；111晶面有三 个平行金刚石晶棱的难磨方向，故选用能发出三叶草状光斑的特殊光斑激光器。 激光采用波长为532nm的纳秒紫外激光。
S2、通过金刚石夹具对已磨好入射面的单晶金刚石进行相对安装定位，准 备进行研磨。
S3、将激光器进行安装定位，并使激光器发出的激光束能够透过已磨好的 入射面射入金刚石内部聚焦到研磨面上,使得激光器发射出的激光光斑形状与 单晶金刚石研磨面的难磨晶向分布形状相匹配，确保激光可准确对单晶金刚石 难磨方向进行加热。
S4、启动研磨过程中，单晶金刚石的难磨方向在激光的辐照下产生软化， 并在研磨盘的磨削力作用下实现高速研磨。
本实施例中，所述单晶金刚石具有优良的导热性，且在单晶金刚石进行装 夹前，在其上部表面进行辅助加工，研磨出一个透光面，可以使得激光器发射 出的激光束能够通过该透光面照射在单晶金刚石的研磨面上。
本实施例中，所述金刚石夹具呈中空管状，其中一端通过套设在夹具外周 的紧固套管与金刚石紧固连接，采用周边夹方式对单晶金刚石进行夹持，保证 激光在照射到单晶金刚石透光面的过程中没有遮挡。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限 于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化 或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例 和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，其特征在于：所述激光器根据单晶金刚石研磨面的难磨方向进行选择，确保激光器发射出的激光光斑形状与单晶金刚石研磨面的难磨晶向分布形状相匹配。
2.如权利要求1所述的一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，其特征在于：所述单晶金刚石具有优良的导热性，且在单晶金刚石进行装夹前，在其上部表面进行辅助加工，研磨出一个透光面，可以使得激光器发射出的激光束能够通过该透光面照射在单晶金刚石的研磨面上。
3.如权利要求1所述的一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，其特征在于：激光器发出的激光束从研磨出来的单晶金刚石透光面射入，照射在单晶金刚石研磨面的难磨方向上,使单晶金刚石研磨面的难磨方向吸收激光能量，并通过热传导的方式对整个研磨面进行加热，待单晶金刚石的研磨面的难磨方向硬度发生软化时，通过研磨盘对其进行研磨。
4.如权利要求1所述的一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，其特征在于：所述金刚石夹具呈中空管状，其中一端通过套设在夹具外周的紧固套管与金刚石紧固连接，采用周边夹方式对单晶金刚石进行夹持，保证激光在照射到单晶金刚石透光面的过程中没有遮挡。
5.如权利要求1所述的一种激光原位辅助单晶金刚石典型晶面的研磨方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据所需要研磨的单晶金刚石物理化学性能及研磨面难磨方向，选用合适的激光器，并通过掩膜等方式确定激光的输出形态等工艺参数。
S2、通过金刚石夹具对已磨好入射面的单晶金刚石进行相对安装定位，准备进行研磨。
S3、将激光器进行安装定位，并使激光器发出的激光束能够透过已磨好的入射面射入金刚石内部聚焦到研磨面上,使得激光器发射出的激光光斑形状与单晶金刚石研磨面的难磨晶向分布形状相匹配，确保激光可准确对单晶金刚石难磨方向进行加热。
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