DE1602005C - Verfahren zur Herstellung einer feinen Bohrung in einem Körper aus Material hoher Schmelztemperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Bohrungen geringen Durchmessers in Material hoher Schmelztemperatur und großer Härte mit Hilfe von mehreren aufeinanderfolgenden Laserimpulsen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Diamantziehsteinen.

Es ist bereits bekannt, Diamanten mit Hilfe von mehreren aufeinanderfolgenden Laserimpulsen zu durchbohren. Es entstanden hierbei jedoch Ziehsteine mit ovalen oder kantigen Löchern. Der Versuch, die Rundheit des mit Laserimpulsen gebohrten Loches dadurch zu erhöhen, daß vor der Optik, die zum Bündeln des Läserimpulses dient, eine Lochblende eingefügt wird, brachte nicht die gewünschte Verbesserung,, da durch den Zusatz einer Blende die Divergenz des Laserimpulses stark erhöht und die Leistung im Brennpunkt stark verringert wird. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bohren mittels mehrerer aufeinanderfolgender Laserimpulse zu schaffen, bei dem Bohrlöcher mit einer für Ziehsteine befriedigenden Rundheit entstehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Diamantziehsteines, dessen Ziehkanal eine solche Form besitzt, daß auch bei größerer Länge des Ziehkanals und geringem Durchmesser des Ziehkanals, insbesondere unter 10 μπι, die Entfernung des beim Bohren entstehenden Graphits keine Schwierigkeiten bereitet.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der zu durchbohrende Körper während der Einwirkung der Laserimpulse mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit um die Strahlachse gedreht wird, daß auf jeden Laserimpuls wenigstens eine volle Umdrehung trifft.

Beim bekannten mechanischen Bohren eines Ziehsteines, das beispielsweise mittels einer schnell rotierenden Bohrvorrichtung (Drehzahl bis zu 100 000 Umdrehungen pro Minute, preßluftgelagerte Spindel) erfolgen kann, wird der Ziehstein natürlich relativ zum Bohrwerkzeug in Rotation versetzt. Es ist auch ein Verfahren zum Durchbohren von Diamanten mittels eines Funkendurchschlages bekannt, bei dem der Diamant während der Bearbeitung in Rotation versetzt wurde. Schließlich ist es auch bekannt, Diamanten mit Hilfe eines Strahles geladener Teilchen zu durchbohren und hierbei den Diamanten um eine Achse zu drehen, die mit der Achse des Teilchenstrahles einen bestimmten Winkel einschließt. Durch diese Maßnahme war es möglich, dem Ziehstein ein bestimmtes gewünschtes Profil zu geben. Bei den bisherigen Verfahren ist von vornherein mit einer guten Symmetrie der Bohrung zu rechnen und eine Rotation des zu durchbohrenden Körpers hatte einen anderen Zweck. Es war deshalb nicht naheliegend, daß die auftretende Unsymmetrie beim Bohren mit Laserimpulsen durch eine Rotation des Werkzeuges um die Achse der Laserimpulse behoben werden kann.

Bei den bisherigen Bohrverfahren ergab sich beim Gegenbohren ein kegeliger Auslauf des Ziehkanals. Die engste Stelle des Ziehkanals befand sich also im Innern und war nach beiden Seiten über sich etwa konisch erweiternde Gänge mit den Oberflächen des Ziehsteines verbunden. Es hat sich gezeigt, daß ein Gegenbohren beim Verwenden von Laserimpulsen nicht notwendig ist, so daß der Ziehstein in Weiterbildung der Erfindung nur eine kegelige Eintrittsöffnung, aber keine, kegelige Austrittsöffnung besitzt und die engste Stelle des Ziehkanals sich am Ende des Ziehsteines befindet und so Austrittsöffnung und Oberfläche des Ziehsteines zusammenfallen. Ziehsteine dieser Form waren bisher nur mit großen Ziehkanälen und erheblicher Dicke möglich und außerdem in Diamanten nicht ohne weiteres herzustellen (USA.-Patentschrift 2 438 941). Diese Form des Ziehkanals ist besonders vorteilhaft, weil sie eine mühelose Entfernung des Bohrstaubes, insbesondere des beim Bohren entstehenden Graphits etwa durch Ultraschall erlaubt.

Diamantziehsteine dieser Form bieten besondere Vorteile mit Ziehkanälen unter 10 μπι Durchmesser und einer Dicke des Ziehsteines von weniger als 1 mm.

Wenn ein Festkörperlaser verwendet wird, ist mit einer Impulsdauer des Laserlichtes von etwa 1 msec zu rechnen. Dies bedeutet, daß der Ziehstein mit mindestens 60 000 Umdrehungen pro Minute im Augenblick des Laserimpulses rotieren muß. Der Ziehstein kann mit Steinkitt auf einer kleinen Platte befestigt sein, die auf der Achse eines Preßlüftmotors angebracht ist, mit dem bis zu 300 000 Umdrehungen pro Minute zu erreichen sind. Als besonders günstig erwies sich bei Verwendung eines Festkörperlasers eine Umdrehungszahl von 100 000 pro Minute.

Als Vorarbeit ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren bei Stoffen mit geringem Absorptionsvermögen, z. B. transparenten Diamanten, nur erforderlich, auf der einen Planfläche des Diamanten eine winzige Stelle als Absorptionsfläche zu mattieren. Da der mattierte Fleck weiß erscheint, ermöglicht er zugleich die gewünschte Einstellung durch optisches Justieren. Gebohrt wird vorzugsweise mit mehreren kleinen Impulsen. Während der Arbeit zwischen zwei Impulsen

kann der Bohrkanal kontrolliert und der öffnungswinkel des Bohrkanals durch Ändern der Brennweite der die Laserstrahlung bündelnden Optik verkleinert werden. Nach dem Bohren brauchen nur auf der gegenüberliegenden Seite des Ziehsteines die Kanten des Bohrkanals an der engsten Stelle, z. B. auf mechanischem Wege, abgerundet zu werden.

Die Erfindung wird an Hand der Figur erläutert.

Mit 1 ist ein etwa 700 μπι dicker Diamantziehstein bezeichnet, der mit einer Bohrung versehen ist, deren engster Durchmesser von etwa 8 μΐη sich an der einen Seitenfläche 2 des Ziehsteines befindet. Von dieser engsten Stelle ab erstreckt sich der Ziehkanal 3, sich stetig erweiternd zur anderen Seitenfläche 4 des Ziehsteines. Der Ziehstein 1 ist beidseitig von einer Fassung 5, 6 aus Stahl begrenzt, von der auch der Einlaufkegel 7 und der Auslaufkegel 8 gebildet werden. An der engsten Stelle des Ziehkanals, nämlich an dessen Austritt aus der Fläche 2 des Ziehsteines, ist die Bohrung mechanisch abgerundet. Die vom Ausgang her aufpolierten Stellen 9 sind fein schraffiert gekennzeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung von Bohrungen geringen Durchmessers in einem Körper aus Material hoher Schmelztemperatur und großer Härte mit Hilfe von mehreren aufeinanderfolgenden Laserimpulsen, insbesondere zur Herstellung des Ziehkanals in Diamantziehsteinen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu durchbohrende Körper während der Einwirkung der Laserimpulse mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit um die Strahlachse gedreht wird, daß auf jeden Laserimpuls wenigstens eine volle Umdrehung trifft. '

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bohren auf dem Körper an der zu bohrenden Stelle ein absorbierender mattierter Fleck angebracht wird und daß mit Hilfe dieses sichtbaren Fleckes die optische Justierung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserimpulse, deren Impulsdauer beispielsweise etwa 1 msec betragen kann, mit einem Festkörperlaser erzeugt werden und daß die Drehung des zu durchbohrenden Körpers mit einem Preßluftmotor erfolgt, der auf etwa 100 000 Umdrehungen pro Minute gebracht wird.

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