Ultrashort pulse laser / diamond processing capability enhancement and process link optimization on sapphire capillary

蓝宝石毛细管超短脉冲激光/金刚石加工能力增强及工艺环节优化

基本信息

批准号：
21H01231
负责人：
片平和俊
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

超短パルス（フェムト秒）レーザ，ナノ多結晶ダイヤモンド（NPD），微細多結晶ダイヤモンド（PCD）工具等，それぞれの加工性能を強化/最大化させるとともに，それらのプロセスリンクを至適化することで，高精度長尺サファイア毛細管等の高付加価値微細キーパーツ創製を実現することを目的としている．本年度は，工具表面の研磨の有無によりダイヤモンド砥粒の突き出し高さが異なる2種類のPCD工具（PCD工具およびPolished PCD工具）を用い，両者によるサファイアの加工特性の差異を検証した．さらに，2種類の工具のうち，サファイア加工に適する一方を見極めたうえで，切込み量および送り速度を変えた際の加工特性を評価した．その結果，PCD工具を用いて加工した表面の算術平均粗さは13.9 nmSaであり，延性モードによる高品位加工が達成できることを確認した．一方，Polished PCD工具を用いた場合は，脆性破壊による加工が主体的となり，加工後表面の算術平均粗さは242.4 nmSaであった．すなわち，サファイアに対して微細溝加工を行うには，PCD工具表面を研磨せず砥粒の突き出しを確保することで，いわゆる“研削効果”を積極的に発現させることが有効である．また，PCD工具を用いて，切込み量0.2 μm，送り速度2 mm/minで加工した結果，算術平均粗さ3.2 nmRa という高品位加工面が得られた．送り速度を上げていくと，10 mm/minより材料除去機構が延性モードから脆性モードに遷移し，加工面の損傷も顕著となった．さらに，飽和水蒸気を用いたマイクロドロップピーニングによる工具リコンディショニングについて提案した．同手法を用いることにより，工具表面の付着物は確実に除去された．また，同処理を施す前に比べ処理した後の方が高品位な加工面が得られ，付着物を除去する有効性を確認し得た．

通过强化和最大化超短脉冲（飞秒）激光器、纳米多晶金刚石（NPD）、微米多晶金刚石（PCD）刀具等的加工性能，优化其工艺环节，实现创造。高精度长蓝宝石毛细管等高附加值显微关键零部件的生产。今年，我们使用了两种类型的 PCD 刀具（PCD 刀具和抛光 PCD 刀具），根据刀具表面是否抛光，金刚石磨粒的突出高度不同，并验证了两者在蓝宝石加工特性上的差异。两个。此外，在确定两种类型的刀具中哪一种适合加工蓝宝石后，我们评估了改变切削深度和进给速度时的加工特性。结果，使用PCD刀具加工的表面的算术平均粗糙度为13.9nmSa，证实可以实现使用延性模式的高质量加工。另一方面，当使用抛光PCD刀具时，脆性断裂是主要过程，加工表面的算术平均粗糙度为242.4 nmSa。换句话说，为了在蓝宝石上进行微槽加工，通过确保磨粒突出而不抛光PCD工具表面来积极地产生所谓的“磨削效果”是有效的。另外，使用PCD刀具以切深0.2μm、进给速度2mm/min进行加工，结果得到算术平均粗糙度为3.2nmRa的高质量加工面。随着进给速度的增加，材料去除机制从10毫米/分钟从延性模式转变为脆性模式，加工表面的损伤变得显着。此外，我们提出了使用饱和蒸汽进行微滴喷丸的工具修复。通过使用这种方法，工具表面的沉积物被可靠地去除。此外，处理后获得了比处理前更高质量的加工表面，证实了其去除沉积物的有效性。