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．

目的是增强/最大化超短脉冲（飞秒）激光器，纳米环晶钻石（NPD），精细的多晶钻石（PCD）工具的加工性能，并优化这些过程的过程链接，从而创建高价值钥匙范围的高级帽子帽，从而实现高级钥匙范围。今年，我们使用了两种类型的PCD工具（PCD工具和抛光的PCD工具），这些工具在钻石磨料谷物的突出高度上有所不同，具体取决于是否抛光了工具的表面，并检查了两者之间蓝宝石的处理特性的差异。此外，我们确定了两种类型的工具中的哪种适用于蓝宝石加工，并在更改切割量和进料速度时评估了加工特性。结果，使用PCD工具处理的表面的算术平均粗糙度为13.9 NMSA，并且可以通过延展性模式确认高质量的加工。另一方面，使用抛光的PCD工具时，由于脆性断裂而进行主加工，加工后的表面算术平均粗糙度为242.4 NMSA。换句话说，为了在蓝宝石上进行精细的凹槽加工，在不抛光PCD工具表面的情况下伸出磨料晶粒是有效的，从而积极促进所谓的“研磨效果”。此外，使用PCD工具，切割量为0.2μm，进料速率为2 mm/min，并且获得了算术平均粗糙度为3.2 nm RA的高质量加工表面。随着进料速度的提高，材料去除机制从延性模式转移到脆弱模式，从10 mm/min转移，从而对加工表面造成了重大损害。此外，我们提出了使用饱和水蒸气使用微旋转镀皮的工具对工具进行翻新。通过使用此技术，可以可靠去除刀具表面上的粘附。此外，与同一治疗前相比，在处理后获得了更高质量的处理表面，并确认它有效去除粘附物质。