EP2349634A1 - Verfahren zum glätten der oberfläche eines substrates unter verwendung eines lasers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten der Oberfläche (1) eines Substrates (2), wobei der Ausgangsstrahl eines Lasers (4) auf wenigstens ein Teilbereich der Oberfläche (1) gerichtet wird, und das Glätten der Oberfläche (1) in einem ersten Schritt durch Schruppen und in einem zweiten Schritt durch Polieren erfolgt, wobei das Polieren bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers (4) von > 45 kHz erfolgt. Erfindungsgemäß wird dadurch in einfacher, sicherer und reproduzierbarer Weise eine optimale bzw. einwandfreie glatte Oberfläche auch von extrem harten Materialien gewährleistet. Zugleich wird das Material der Substratoberfläche sehr schonend behandelt und von Verunreinigungen befreit.

Description

SURCOATEC INTERNATIONAL AG

Schleefstr. 2e 44287 Dortmund

VERFAHREN ZUM GLÄTTEN DER OBERFLÄCHE EINES SUBSTRATES UNTER VERWENDUNG EINES LASERS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten der Oberfläche eines Substrates unter Verwendung eines Lasers, wobei die Oberfläche in einem ersten Schritt durch Schruppen und in einem zweiten Schritt durch Polieren geglättet wird.

Beschichtungen lassen sich auf nahezu allen Grundmaterialien und auf verschiedenste Formen homogen aufbringen. Es ist bekannt, dass eine diamantähnliche Beschichtung mit einer entsprechenden Härte von bis zu 10.000 Vickers in einem Niedertemperaturverfahren bei bei- spielsweise 80 °C aufgetragen werden kann. Insbesondere ist es auch möglich, die Innenbe- schichtung von Hohlkörpern erfolgreich mit hoher Haftung und Homogenität durchzuführen.

Dazu wird aus einer gasförmigen Kohlenstoffquelle, wie Methan, mit Hilfe eines Plasmas, d.h. mit Hilfe eines elektrisch angeregten Gases, und durch Prozessparameter, die auf die Be- Schichtung abgestimmt sind, wie beispielsweise Druck, Leistung, Art der Einspeisung, Gasfluss usw., eine diamantartige Kohlenstoffschicht (diamond like carbon-Schicht, im Folgenden als DLC-Schicht bezeichnet) auf dem Substrat erzeugt. Eine DLC-Schicht ist aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften u.a. optimal für die Beschichtung von Objekten geeignet, die hoher Reibung und abrasiven Kräften ausgesetzt werden. Dies können bei- spielsweise Kolben oder andere Motorenteile, Gewindeformer sowie weitere Werkzeuge zur Metallbearbeitung sein.

BESTATIGUNGSKOPIE Eine DLC-Schicht kann derart modifiziert werden, dass sie einerseits eine wesentlich bessere Haftung zum Substrat erhält und andererseits eine hohe Dehnung unbeschadet zulässt. Durch ein homogenes Verfahren kann ein gleichmäßiger Schichtaufbau gewährleistet werden, so dass bei einer beispielsweise hochglanzpolierten Hartmetalloberfläche eine ebenso glänzende und glatte Oberfläche entsteht. Eine solche DLC-Schicht verringert die Reibung, selbst unter sparsamem Einsatz von Kühl-, Hilfs- bzw. Schmierstoffen.

Es ist äußerst problematisch, eine einwandfreie Polierung extrem harter Materialien zu ge- währleisten. Beispielsweise entstehen durch den Einsatz von Lasern „Kantenaufwürfe" beim Eingravieren von Nuten in einem für eine Gleitringdichtung gedachten Gleitring/ Solche „Verunreinigungen" der Oberfläche müssen beseitigt werden, um eine einwandfreie Funktion einer solchen Dichtung zu gewährleisten.

Eine Verunreinigung kann beispielsweise auch ein Glaskorn im verwendeten Material sein. Da ein Gleitring meist ein Hartmetall umfasst, ist der Einsatz von konventionellen Polierverfahren sehr problematisch, denn eine optimal oder homogen geglättete Oberfläche eines Substrates kann damit nicht erzielt werden.

Im Stand der Technik wird dazu meist ein Sandstrahlgebläse eingesetzt. Dies ist ein technisches Gerät, das auf der Grundlage der Strahlpumpe basiert, und mit dem durch Druckluft ein Strahlmittel, wie beispielsweise Sand, auf Gegenstände geblasen wird, um sie von Rost, Farbe, Unebenheiten und Verunreinigungen oder Ähnlichem zu befreien oder sie aufzurauen. Die Anwendung dieses Gerätes nennt man auch „Sandstrahlen". Angewendet zum Beseitigen der „Kantenaufwürfe" liefert das Sandstrahlen jedoch unbefriedigende Ergebnisse, denn durch Einsatz von Sandstrahlen entsteht „Lochfraß", so dass die weggestrahlte Fläche nicht homogen verläuft. Des Weiteren entstehen beim Sandstrahlen weitere Verunreinigungen, die mit den konventionellen Verfahren kaum zu beseitigen sind. Da viele Strahlmittel hygroskopisch sind, d. h. Feuchtigkeit bzw. auch Luftfeuchtigkeit aufnehmen, wird bei Sandstrahlgebläsen und Sandstrahlkesseln trockene Luft benötigt. Die von einem Kompressor bereitgestellte Druckluft kann daher nur zum Sandstrahlen verwendet werden, wenn sie zuvor gekühlt und getrocknet wurde. Sandstrahlen erzeugt eine hohe Staubbelastung für das Strahlpersonal wie auch für die Umwelt. Dadurch besteht die Gefahr einer gesundheitlichen Beeinträchtigung für das Strahlpersonal.

Wie oben erwähnt, kann alternativ die Materialbearbeitung durch einen Laser durchgeführt werden. Das Abtragen von Material von einer Oberfläche eines Substrats bei Beschuss mit gepulster Laserstrahlung wird als Laserablation bezeichnet. Bei Laserpulsen im Nanosekun- denbereich führt die Energie des Lasers zu einer Aufheizung der Oberfläche während des Laserpulses, im Sinne von thermischen Bewegungen der Atome. Da die Wärmeleitung nur einen langsamen Energietransport ins Volumen ermöglicht, wird die eingestrahlte Energie auf eine sehr dünne Schicht konzentriert, beispielsweise auf ca. 1 μm bei 10 ns. Pulslänge. Daher erreicht die Oberfläche sehr hohe Temperaturen und es kommt zum schlagartigen Verdampfen des Materials. Durch Ionisation, wie beispielsweise thermisch, durch das Laserlicht oder durch Elektronenstöße, entsteht bei hoher Leistungsdichte des Lasers ein Plasma aus Elektro- nen und Ionen des abgetragenen Materials. Die Ionen können in diesem Plasma auf Energien bis über 100 eV beschleunigt werden. Laserablation kann zum gezielten Abtragen von Materialien verwendet werden, beispielsweise anstelle von mechanischem Gravieren harter Materialien oder zum Bohren sehr kleiner Löcher. Laserablation kann auch zum Abtragen von dünnen Schichten verschiedener Verunreinigungen eingesetzt werden. Dabei wird nur die- oberste Schicht, die einige Nanometer bis mehrere Mikrometer dick ist, stark erhitzt, wobei das Werkstück als Ganzes kalt bleibt.

Aus der DE 101 44 008 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Bohrung in einem Werkstück mit Laserstrahlung bekannt. Dabei wird mit einem ersten Laser in einem ersten Schritt eine Bohrung mit einem ersten Durchmesser gebohrt, der geringer ist als der endgültig zu erreichende Durchmesser. Dieser wird dann mit einem zweiten Laser in einem zweiten Schritt oder in weiteren Schritten auf den zu erreichenden Durchmesser aufgeweitet. Die Bohrung wird in einem ersten Schritt durch Schruppen und in einem zweiten Schritt oder in weiteren Schritten durch Schlichten und/oder Polieren gebildet. Hierbei kommt ein Laser mit einer Pulswiederholfrequenz zwischen 1 bis maximal 100 Hz zum Einsatz. Aus der DE 21 21 155 ist ferner eine Vorrichtung zum Anreißen der Oberfläche von Gegenstän- den bekannt. Hierbei kommt ein bei einer Wellenlänge von 1064 nm emittierender YAG- Laser zum Einsatz. Der anzureißende Gegenstand ist ein Halbleiterplättchen.

Problematisch ist im Stand der Technik eine optimal geglättete Oberfläche eines Substrats zu gewährleisten, vor allem wenn es sich dabei um extrem harte Materialien, wie um Hartmetalle, handelt. Dabei soll das Material der Oberfläche unbeschadet bleiben bzw. zumindest geschont werden.

Allgemein bezeichnet man bei spanenden Fertigungsverfahren das Abheben von Werkstoff mit großem Spanvolumen als Schruppen. Schrupp verfahren werden üblicherweise beim Drehen und Fräsen angewendet und dienen dazu, innerhalb möglichst kurzer Bearbeitungszeit das Werkstück der Endkontur soweit wie möglich anzunähern. Der Schrupp Vorgang hinterlässt meist raue Oberflächen mit geringer Maßgenauigkeit.

Beim Polieren, das grundsätzlich das Verteilen, jedoch nicht das Abtragen von Material um- fasst, wird die glättende Wirkung in der Regel mit zwei Mechanismen erreicht. Zum einen werden Rauhigkeitsspitzen der Oberflächenstruktur plastisch und teilplastisch verformt und so geebnet. Zum anderen erfolgt je nach Art der Politur ein kleinster bis überhaupt kein Werkstoffabtrag. Die damit erreichte Oberfläche ist aufgrund der Glätte oft glänzend. Zu- sammenfassend kann man das Polieren als ein glättendes Feinbearbeitungsverfahren bezeichnen, das für verschiedenste Materialien einsetzbar ist.

Es lässt sich festhalten, dass es sehr problematisch ist und mit viel Aufwand verbunden ist, eine einwandfreie geglättete Oberfläche eines Substrats bereitzustellen. Insbesondere ist das Entstehen von Kantenaufwürfen beim Eingravieren von Nuten in Gleitringen aus Hartmetall problematisch, denn eine homogen geglättete Oberfläche kann mit den konventionellen Schrupp- und Polierverfahren nicht gewährleistet werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Oberfläche von Sub- straten von Verunreinigungen zu befreien und eine optimal geglättete Oberfläche bereitzustellen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Glätten der Oberfläche eines Substrats bereitgestellt wird, gemäß dem der Ausgangsstrahl eines Lasers auf wenigstens ein Teilbereich der Oberfläche gerichtet und das Glätten der Oberfläche in einem ersten Schritt durch Schruppen und in einem zweiten Schritt durch Polieren durchgeführt wird, wobei das Polieren bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers von > 45 kHz erfolgt. Somit wird eine einwandfreie glatte Substratoberfläche auch extrem harter Materialien erreicht.

Der Teilbereich der Oberfläche ist vorzugsweise ein bestimmter Bereich auf der Substratober- fläche. Der Teilbereich kann lediglich einem Punkt auf der Oberfläche entsprechen oder mehrere Punkte auf der gesamten Oberfläche umfassen.

Das Schruppen erfolgt vorzugsweise bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers von > 4 kHz. Dadurch wird die Oberfläche des Substrats soweit wie möglich an den Endzustand an- genähert, wobei eine raue Oberfläche zurückbleibt. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen erfolgt das Schruppen bei > 5.5 kHz. Die obere Grenze der Pulswiederholfrequenz des Lasers liegt vorzugsweise bei 12 kHz. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das auf das Schruppen folgende Polieren bei > 58 kHz.

Die maximale Ausgangsleistung des Lasers beträgt vorzugsweise mindestens 20 Watt und die eingestellte Ausgangsleistung wird vorzugsweise beim Schruppen und/oder beim Polieren reduziert oder auch erhöht. Die Änderung der eingestellten Ausgangsleistung erfolgt vorzugsweise in beiden Schritten, d.h. beim Polieren und beim Glätten, kann aber auch nur in einem Schritt oder in keinem der Schritte erfolgen, d.h. die einmal eingestellte Ausgangsleis- tung bleibt in diesem letzten Fall die gesamte Zeit über unverändert.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Substrat wenigstens ein Material aus Siliziumnitrit, Siliziumcarbid, gehärtetem Stahl und ein Hartmetall. Vorzugsweise umfasst das Hartmetall Wolframnitrit oder Wolframcarbid. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird der Laser relativ zur Oberfläche des Substrats im Raum verfahren. Dabei bleibt der Laser die ganze Zeit über angeschaltet, wodurch diese Technik im Folgenden als „On-The-Fly-Technik" bezeichnet wird. Alternativ wird der Laser relativ zur Oberfläche des Substrats zeitlich nacheinander, be- ginnend mit einer ersten Achsenrichtung und endend mit einer letzten Achsenrichtung, beispielsweise dritten Achsenrichtung, im Raum verfahren.

Durch „Absetzen" und „Anfahren" des Lasers können „Gräben" im Material entstehen. Dies geschieht meist dadurch, dass der Laser beim Wiederanfahren typischerweise mindestens in einer Breite des Laserstrahles bezogen auf einen Teilbereich auf der Oberfläche des Substrats überlappt, wobei die Breite des Laserstrahls auch als „Dotpoint" bezeichnet wird. In dem Dotpoint würde in diesem Fall der doppelte Abtrag des Substrates stattfinden und zu Gräben im Material führen.

Solche Gräben werden gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die On-The-Fly- Technik vermieden. Diese Technik funktioniert folgendermaßen: Alle Achsen im Raum arbeiten vorzugsweise im programmierten Verhältnis zueinander. So ist ein Teilapparat bzw. eine Drehachse vorzugsweise auf einem Verfahrtisch montiert, wobei der Verfahrtisch vorzugsweise in einer Ebene im Raum bewegbar ist. Der Verfahrtisch wird auch als „Kreuzsup- port-Einheit" bezeichnet und steuert vorzugsweise die Drehachse bei gleichzeitigem Drehen des Teilapparates in den Fokus des Lasers. Der Laser an sich ist vorzugsweise auch selbst auf einem zweiten Verfahrtisch montiert, wobei der zweite Verfahrtisch vorzugsweise im Raum bewegbar ist. Dadurch können auch bei extrem feinen und zusammenhängenden Laserarbeiten alle Achsen zueinander und/oder alle Achsen einzeln angesteuert werden, so dass ein Ab- setzen und/oder ein Ausschalten des Lasers nicht notwendig ist. Somit können Oberflächen von Substraten einwandfrei gelasert werden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einem ersten

Schritt die zu behandelnde Oberfläche des Substrates geschruppt. Dabei wird vorzugsweise ein voreingestellter Wert für den Fokus des Lasers übernommen. In einem zweiten Schritt wird, vorzugsweise mit dem gleichen Fokus des Lasers wie im ersten Schritt und mit anderen Parametern des Lasers, wie die Pulswiederholfrequenz, die Oberfläche des Substrats poliert. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird weiter in einem dritten Schritt die Oberfläche des Substrats geschliffen. Die Zeiten zwischen dem ersten und zweiten Schritt bzw. zwischen dem zweiten und dritten Schritt können einige Millisekunden bis zu Tagen be- tragen. Mit anderen Worten ist die Qualität der geglätten Oberfläche unabhängig von diesen Zeiten. Vorzugsweise wird gleich nach dem ersten Schritt bzw. dem Schruppschritt der zweite Schritt bzw. der Polierschritt durchgeführt, d.h. zwischen beiden Schritten findet vorzugsweise keine merkliche Pause statt. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen findet eine merkliche Pause zwischen den ersten beiden Schritten statt. Während dieser Pause wird die Ausgangsstellung des Lasers bzw. des Substrates eingestellt. Die Suche nach der Ausgangstellung aller Achsen zueinander wird auch als „Nullphase" bezeichnet. Vorzugsweise finden sich alle Achsen in dem so definierten „Nullpunkt" ein. Danach wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erst der Polierschritt durchgeführt.

Während des gesamten Vorgangs wird der Laser vorzugsweise kontinuierlich betrieben. Dies bedeutet, dass der Laser die ganze Zeit über angeschaltet bleiben kann und/oder ohne eine Unterbrechung angeschaltet bleibt. Dabei ist der Laser vorzugsweise als gepulster Festkörperlaser ausgestaltet. Der gepulste Festkörperlaser ist vorzugsweise weiter als YAG-Laser oder • als Faserlaser ausgestaltet. Dabei wird der YAG-Laser vorzugsweise blitzlampengepumpt oder diodengepumpt bzw. der Faserlaser vorzugsweise diodengepumpt betrieben und die Pulsierung erfolgt vorzugsweise durch Modenkopplung oder durch Güteschaltung.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Laser eine Modenblende auf. Vorzugsweise weist die Modenblende eine Öffnung von > 0,35 mm und < 2 mm auf. Dabei ist die Öffnung der Modenblende vorzugsweise poliert.

Vorzugsweise ist das Substrat auf einer Montiereinheit angeordnet. Dabei dient die Montiereinheit zum Halten des Substrats und ist vorzugsweise im Raum bewegbar. Der Laser ist vorzugsweise auf einer Kreuzsupport-Einheit befestigt. Die Kreuzsupport-Einheit wird gemäß der internationalen Organisation für Normung (ISO) auch Kreuztisch oder Verfahrtisch ge- nannt. Die Dreh- bzw. Montiereinheit, die vorzugsweise auf dem Verfahr- bzw. Kreuztisch montiert ist, wird auch als Teilapparat bzw. als Drehachse bezeichnet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine optimal geglättete Oberfläche eines Sub- strats gewährleistet. Typischerweise verläuft die geglättete Oberfläche nach Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vollkommen oder nahezu homogen, zudem wird das Material des Substrats so schonend behandelt, dass weder Löcher noch Verschmelzungen auf der Oberfläche entstehen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Laser, dessen Ausgangsstrahl auf die Oberfläche eines Substrats gerichtet ist, gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 zeigt schematisch die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Ausgangsstrahl eines Lasers 4 auf wenigstens einen Teilbereich der Oberfläche 1 eines Substrates 2 gerichtet. Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Schruppen bei 5,5 kHz mit 60 % Laserauslastung, d.h. die maximale Ausgangsleistung des Lasers wird nicht eingestellt, sondern ein um 40 % niedrigerer Wert. Die maximale Ausgangsleistung des Lasers beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20 W, so dass ein Wert von 12 W eingestellt wird. Das Substrat 2 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer Montiereinheit 3 angeordnet, die an einer Wand befestigt ist. Jedoch kann die Montiereinheit 3 gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung auf dem Boden angeordnet sein. Die Montiereinheit 3 zum Halten des Substrats 2 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene des Raums bewegbar. Der Laser 4 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer Kreuzsupport-Einheit 5 befestigt. Gemäß diesem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung erfolgt in dem zweiten Schritt das Polieren bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers 4 von 58 kHz. Der eingestellte Wert der Laserausgangsleistung beträgt nunmehr 8 W, d.h. ein um 60 % niedrigerer Wert als die Ausgangsleistung des Lasers 4.

Fig. 2 zeigt schematisch die durchgeführten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem ersten Schritt 6 wird die Oberfläche 1 des Substrats 2 aus Fig. 1 mit dem Laser 4 geschruppt. Während dieses Schruppschritts 6 wird die Oberfläche 1 des Substrats 2 soweit von Verunreinigungen befreit, dass die Oberfläche 1 nahezu an ihren Endzustand angenähert wird. Gemäß diesem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel umfasst das Material des Substrats 2 Siliziumcarbid. Nach dem Schruppschritt 6 ist die Oberfläche 1 des Substrats 2 relativ rau. In einem nachfolgenden zweiten Schritt 7 erfolgt nunmehr das Polieren mit dem Laser 4, so dass das Material auf der Oberfläche 1 des Substrats 2 gleichmäßig verteilt wird. Gemäß diesem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung ist nach dem Polierschritt 7 die Oberfläche 1 homogen geglättet. Gemäß diesem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im Schruppschritt 6 und im Polierschritt 7 nur ein Teilbereich der Oberfläche 1 des Substrats 2 vom Laser 4 angefahren, da nur in diesem Teilbereich eine Verunreinigung bzw. eine Unebenheit auf der Oberfläche 1 vorliegt. Der Ausgangsstrahl des Lasers 4 wird damit nur auf diesen Teilbereich gerich- tet. Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die gesamte Oberfläche eines Substrats mit Laserstrahlung bestrahlt. Gemäß wieder einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nur ein Punkt auf der Substratoberfläche angefahren.

Im Ergebnis kann damit auf einfache, verlässliche und sichere Weise eine optimal geglättete Oberfläche eines Substrats erzielt werden. Dabei wird die Oberfläche des Substrats so schonend behandelt, dass weder Löcher noch Verschmelzungen entstehen können. Nicht nur bei weichen Materialien sondern auch bei harten bzw. extrem harten Materialien, wie beispielsweise bei Hartmetallen, liefert das Verfahren sehr gute Ergebnisse.

Im genannten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Laser 4 als diodengepumpter YAG- Laser ausgestaltet. Gemäß anderen bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung ist der Laser als Faserlaser ausgestaltet. Allgemein wird ein Laser 4 eingesetzt, der einem gepulsten Festkörperlaser entspricht. Typischerweise werden 30 Laserpulse pro μm Querschnitt für eine einzugravierende Nut in einen Gleitring eingesetzt. Es können aber auch mehr oder weniger Laserpulse eingesetzt werden. Gemäß dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist der YAG-Laser eine sogenannte Modenblende mit einer polierten Öffnung von größer als 0,35 mm auf. Die polierte Öffnung des Lasers beträgt bis zu 2 mm gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es ist bemerkenswert, dass der Laser sehr unempfindlich bezüglich seiner eingestellten Ausgangsleistung reagiert, um eine optimal geglättete Oberfläche bereitzustellen. Wichtig sind hierbei v.a. die anderen Parameter, wie bei- spielsweise die Pulswiederholfrequenz des Lasers, der typischerweise auf einen Wert von 45 kHz oder darüber einzustellen ist. Durch die Homogenität des Verfahrens ist ein Läppen der Oberfläche des Substrats nicht notwendig.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Glätten der Oberfläche (1) eines Substrates (2), wobei der Ausgangsstrahl eines Lasers (4) auf wenigstens ein Teilbereich der Oberfläche (1) gerichtet wird, und das Glätten der Oberfläche (1) in einem ersten Schritt durch Schruppen und in einem zweiten Schritt durch Polieren erfolgt, wobei das Polieren bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers (4) von > 45 kHz erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schruppen bei einer Pulswiederholfrequenz des Lasers (4) von > 4 kHz erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die maximale Ausgangsleistung des Lasers (4) wenigstens 20 W beträgt und die Ausgangsleitung des Lasers (4) reduziert oder erhöht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (2) wenigstens ein Material aus Siliziumnitrit, Siliziumcarbid, gehärtetem Stahl und ein Hartmetall um- fasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laser (4) relativ zur Oberfläche (1) des Substrats (2) zeitlich gleichzeitig in alle drei Achsenrichtungen im Raum verfahren wird oder der Laser (4) relativ zur Oberfläche (1) des Substrats (2) zeitlich nacheinander, beginnend mit einer ersten Achsenrichtung und endend mit einer letzten Achsenrich- tung, im Raum verfahren wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laser (4) kontinuierlich betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laser als gepulster Festkörperlaser ausgestaltet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der gepulste Festkörperlaser weiter als YAG-Laser oder als Faserlaser ausgestaltet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der YAG-Laser blitzlampengepumpt oder diodengepumpt ist bzw. der Faserlaser diodengepumpt ist und die Pulsierung durch Moden- kopplung oder durch Güteschaltung erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laser (4) eine Modenblende aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Modenblende eine Öffnung von > 0,35 mm und < 2 mm aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Öffnung der Modenblende poliert ist.