CN115846899B

CN115846899B - 一种cvd金刚石片的加工工艺

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Publication number: CN115846899B
Application number: CN202211519853.7A
Authority: CN
Inventors: 吴志伟; 吴明亮; 邢亚男; 马创; 王帅
Original assignee: Guangzhou Xingyi New Material Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Xingyi New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2042-11-30
Also published as: CN115846899A

Abstract

本发明涉及金刚石加工技术领域，具体为一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：1)在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，其中光学薄膜的材料为二氧化硅或氮化硅；2)在光学薄膜上旋涂一层炭黑胶体，其中炭黑胶体为炭黑和胶体溶剂的混合物；3)炭黑胶体固化后，将CVD金刚石片放置于所述激光切割机上进行激光切割，切割时激光从CVD金刚石片的正面进行切割；4)切割完成后，去除CVD金刚石片背面的炭黑胶体和光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。本发明中在进行激光切割时光学薄膜起到对激光的增透作用，炭黑胶体层起到对激光的吸收作用，两者在激光切割时保护CVD金刚石片免受激光损伤，减少金刚石开裂。

Description

一种CVD金刚石片的加工工艺

技术领域

本发明涉及金刚石加工技术领域，具体为一种CVD金刚石片的加工工艺。

背景技术

CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沉积)金刚石为含碳气体如甲烷和氢气的混合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解，形成等离子态碳原子，并在基体上沉积交互生长成聚晶金刚石或控制沉积生长条件沉积生长金刚石单晶或者准单晶得到。CVD金刚石与PCD相比，具有热稳定性好、工具使用寿命长的优点，但是CVD金刚石晶粒间的内聚强度低，材料表现出较大的内应力和脆性。

金刚石具有高硬度和高耐磨性，因此金刚石薄膜是一种很好的工具材料，金刚石薄膜的应用方式可以是将金刚石膜直接沉积到工具表面上，薄膜厚度较薄，成本较低，但是沉积的薄膜对衬底材料的附着力不容易提高。还有一种应用方式为将沉积以后的金刚石膜剥离下来，重新切割、研磨后焊接到工具的端部。这种应用方式涉及到CVD金刚石的切割，现有技术中往往采用激光切割的方法对CVD金刚石进行切割。目前，CVD金刚石片使用激光切割过程中，容易造成激光在界面处反射，从而造成激光损伤，使CVD金刚石晶片开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CVD金刚石片的加工工艺，通过在CVD金刚石晶片背面镀光学薄膜，在光学薄膜上再旋涂一层炭黑胶体，光学薄膜起到激光增透作用，炭黑胶体层起到激光吸收作用，这两层在进行激光切割时使激光及时透过金刚石片，可以保护CVD金刚石片免受激光损伤，减少金刚石开裂，解决现有技术中使用激光切割CVD金刚石片过程中容易造成激光损伤从而使CVD金刚石片晶片开裂的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种CVD金刚石片的加工工艺，所述CVD金刚石片的加工工艺包括如下步骤：

1)在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，其中所述光学薄膜的材料为二氧化硅或氮化硅；

2)在所述光学薄膜上旋涂一层炭黑胶体，其中所述炭黑胶体为炭黑和胶体溶剂的混合物；

3)炭黑胶体固化后，将CVD金刚石片放置于所述激光切割机上进行激光切割，切割时激光从所述CVD金刚石片的正面进行切割；

4)切割完成后，去除所述CVD金刚石片背面的炭黑胶体和光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。

在本发明的一种或多种实施方式中，步骤1)中所述光学薄膜的厚度为λ/n～λ/n+λ/4n，其中，n为光学薄膜材料的折射率，λ为激光切割机的激光波长。

在本发明的一种或多种实施方式中，步骤1)中在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜的方法包括：磁控溅射镀膜、蒸发镀膜和电子束蒸发镀膜。

优选地，在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜的方法选用蒸发镀膜。

进一步地，所述蒸发镀膜包括以下步骤：

1)将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机，在钼舟中加入镀膜材料二氧化硅或氮化硅；

2)抽真空，当真空度达到3×10^-2pa～3.2×10^-2pa时，开始加热；

3)当温度加热到80～200℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为120～200s；

4)开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压15～35V，电流260～420A，真空度4×10^- ²pa～4.2×10^-2pa，将二氧化硅或氮化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；

5)镀膜完成后进行冷却。

优选地，将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机前还包括：将CVD金刚石片用丙酮，无水乙醇和去离子水清洗，清洗后烘干自然冷却后备用。

真空蒸发镀膜可以制备出致密性好、纯度高、膜厚均匀的镀层，且镀层与CVD金刚石片基体附着强度好，镀层牢固。在本发明中的二氧化硅或氮化硅光学薄膜以及其厚度的设置，可以最好得发挥光学薄膜层对激光的增透作用。且本发明中的真空蒸发镀膜中参数的设置不会对CVD金刚石片造成损伤。

在本发明的一种或多种实施方式中，步骤2)中所述炭黑胶体中的炭黑质量含量为10～12％，炭黑颗粒粒度为1～10微米，胶体溶剂为聚丙烯酸酯胶。

在本发明的一种或多种实施方式中，步骤3)中炭黑胶体固化后的厚度为1～5微米。在本发明中炭黑胶体中的炭黑的质量含量及颗粒粒度的选择，胶体溶剂材料的选择以及炭黑胶体固化后的厚度选择，使得炭黑胶体对激光的吸收作用好，避免金刚石受到激光损伤，且不影响激光对CVD金刚石片的切割。

在本发明的一种或多种实施方式中，步骤4)中使用丙酮去除炭黑胶体，使用HF酸或者熔融碱去除光学薄膜。在本发明中去除炭黑胶体和光学薄膜的方法对切割后的CVD金刚石晶片表面不会造成损伤。

本发明的第二方面，提供一种第一方面所述CVD金刚石片的加工工艺在CVD金刚石片切割加工中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，并在光学薄膜上旋涂一层炭黑胶体，其中光学薄膜起到激光切割时对激光的增透作用，炭黑胶体层起到对激光的吸收作用，在光学薄膜和炭黑胶体的作用下进行激光切割时可以保护CVD金刚石片免受激光损伤，减少金刚石开裂。

在本发明中，光学薄膜的厚度和材料的选择，以及炭黑胶体中的炭黑的质量含量及颗粒粒度的选择，还有胶体溶剂材料的选择以及炭黑胶体固化后的厚度选择，使得光学薄膜的对激光的增透作用和炭黑胶体对激光的吸收作用达到最佳效果，最大程度上避免金刚石受到激光损伤。

本发明中在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜时，真空蒸发镀膜可以制备出致密性好、纯度高、膜厚均匀的镀层，且镀层与CVD金刚石片基体附着强度好，镀层牢固。且本发明中的真空蒸发镀膜中参数的设置不会对CVD金刚石片造成损伤。

在本发明中，将CVD金刚石晶片完成切割后再使用丙酮去除炭黑胶体，使用HF酸或者熔融碱去除光学薄膜，对切割后的CVD金刚石晶片不会造成损伤。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为使用激光切割CVD金刚石片的示意图。

图2为本发明中在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，并在光学薄膜上旋涂炭黑胶体后使用激光切割CVD金刚石片的示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：

1、在CVD金刚石片的背面镀二氧化硅光学薄膜，镀膜的具体步骤为：

1)将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机，在钼舟中加入镀膜材料二氧化硅；

2)抽真空，当真空度达到3×10^-2pa时，开始加热；

3)当温度加热到150℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为120s；

4)开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压15V，电流260A，真空度4×10^-2pa，将二氧化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；镀膜厚底为λ/n+λ/4n，n为二氧化硅的折射率，λ为激光切割机的激光波长；

5)镀膜完成后进行冷却；

2、将颗粒粒度为2微米的炭黑和丙烯酸酯胶溶剂混合得到炭黑胶体，其中炭黑质量含量为10％；将炭黑胶体旋涂在CVD金刚石片的二氧化硅薄膜上，等待炭黑胶体固化，炭黑胶体固化后的厚度控制在2微米；

3、将CVD金刚石片放置于激光切割机上进行激光切割，切割时激光从CVD金刚石片没有镀膜和涂有炭黑胶体的一面进行切割；

4、切割完成后，使用丙酮去除CVD金刚石片背面的炭黑胶体，使用HF酸去除二氧化硅光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。

实施例2

一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：

2)抽真空，当真空度达到3.2×10^-2pa时，开始加热；

3)当温度加热到200℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为150s；

4)开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压20V，电流300A，真空度4.1×10^-2pa，将二氧化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；镀膜厚底为λ/n+λ/4n，n为二氧化硅的折射率，λ为激光切割机的激光波长；

5)镀膜完成后进行冷却；

2、将颗粒粒度为4微米的炭黑和丙烯酸酯胶溶剂混合得到炭黑胶体，其中炭黑质量含量为11％；将炭黑胶体旋涂在CVD金刚石片的二氧化硅薄膜上，等待炭黑胶体固化，炭黑胶体固化后的厚度控制在3微米；

4)切割完成后，使用丙酮去除CVD金刚石片背面的炭黑胶体，使用HF酸去除二氧化硅光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。

实施例3

一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：

1)将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机，在钼舟中加入镀膜材料氮化硅；

2)抽真空，当真空度达到3.1×10^-2pa时，开始加热；

3)当温度加热到160℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为160s；

4)开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压25V，电流320，真空度4.2×10^-2pa，将氮化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；镀膜厚底为λ/n+λ/4n，n为氮化硅的折射率，λ为激光切割机的激光波长；

5)镀膜完成后进行冷却；

2、将颗粒粒度为6微米的炭黑和丙烯酸酯胶溶剂混合得到炭黑胶体，其中炭黑质量含量为11％；将炭黑胶体旋涂在CVD金刚石片的氮化硅薄膜上，等待炭黑胶体固化，炭黑胶体固化后的厚度控制在3微米；

4)切割完成后，使用丙酮去除CVD金刚石片背面的炭黑胶体，使用熔融碱去除二氧化硅光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。

实施例4

一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：

1、在CVD金刚石片的背面镀氮化硅光学薄膜，镀膜的具体步骤为：

2)抽真空，当真空度达到2.0×10^-3pa时，开始加热；

3)当温度加热到200℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为200s；

4)开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压35V，电流420A，真空度4.2×10^-2pa，将氮化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；镀膜厚底为λ/n+λ/4n，n为氮化硅的折射率，λ为激光切割机的激光波长；

5)镀膜完成后进行冷却；

2、将颗粒粒度为8微米的炭黑和丙烯酸酯胶溶剂混合得到炭黑胶体，其中炭黑质量含量为12％；将炭黑胶体旋涂在CVD金刚石片的氮化硅薄膜上，等待炭黑胶体固化，炭黑胶体固化后的厚度控制在4微米；

对比例1

一种CVD金刚石片的加工工艺，包括如下步骤：

将CVD金刚石片放置于激光切割机上进行激光切割，切割完成后，得到CVD金刚石片的切割成品。

图1为对比例1直接使用激光切割机切割CVD金刚石片的示意图，从图1可以看出，使用激光直接切割CVD金刚石片容易对金刚石造成激光损伤，从而导致CVD金刚石片在背面开裂。

图2为本发明实施例1-4在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，并在光学薄膜上旋涂炭黑胶体后使用激光切割CVD金刚石片的示意图，从图2可以看出，CVD金刚石片背面的光学薄膜可以起到对激光的增透作用，而炭黑胶体层可以起到对激光的吸收作用，从而在切割时使激光及时透过CVD金刚石片，可以保护CVD金刚石片免受激光损伤，避免了金刚石开裂。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜，其中所述光学薄膜的材料为二氧化硅或氮化硅；

2）在所述光学薄膜上旋涂一层炭黑胶体，其中所述炭黑胶体为炭黑和胶体溶剂的混合物；

3）炭黑胶体固化后，将CVD金刚石片放置于激光切割机上进行激光切割，切割时激光从所述CVD金刚石片的正面进行切割；

4）切割完成后，去除所述CVD金刚石片背面的炭黑胶体和光学薄膜，得到CVD金刚石片的切割成品。

2.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，步骤1）中所述光学薄膜的厚度为λ/n+λ/4n，其中，n为光学薄膜材料的折射率，λ为激光切割机的激光波长。

3.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，步骤1）中在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜的方法包括：磁控溅射镀膜、蒸发镀膜。

4.根据权利要求3所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，在CVD金刚石片的背面镀光学薄膜的方法选用蒸发镀膜。

5.根据权利要求4所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，所述蒸发镀膜包括以下步骤：

1）将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机，在钼舟中加入镀膜材料二氧化硅；

2）抽真空，当真空度达到1.5×10^-3pa~2.0×10^-3pa时，开始加热；

3）当温度加热到80~200℃时，打开离子源，通过氮气等离子体轰击CVD金刚石片的镀膜面，轰击时间为120~200s；

4）开始镀膜，镀膜时的条件控制为：电压15~35V，电流260~420A，真空度4×10^-2pa~4.2×10^-2pa，将二氧化硅或氮化硅蒸镀到CVD金刚石片表面；

5）镀膜完成后进行冷却。

6.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，将CVD金刚石片放入真空式蒸发镀膜机前还包括：将CVD金刚石片用丙酮，无水乙醇和去离子水清洗，清洗后烘干自然冷却后备用。

7.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，步骤2）中所述炭黑胶体中的炭黑质量含量为10~12%，炭黑颗粒粒度为1~10微米，胶体溶剂为聚丙烯酸酯胶。

8.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，步骤3）中炭黑胶体固化后的厚度为1~5微米。

9.根据权利要求1所述的CVD金刚石片的加工工艺，其特征在于，步骤4）中使用丙酮去除炭黑胶体，使用HF酸或者熔融碱去除光学薄膜。