Anwendung eines 355-nm-Ultraviolett-Nanosekundenlasers beim Polieren von Saphiren

Als sehr wichtiger Industriewerkstoff zeichnet sich Saphir durch hohe Lichtdurchlässigkeit, hohe Verschleißfestigkeit, hohe Härte und hohe Stabilität aus. Es ist in der Industrie, der wissenschaftlichen Forschung, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen weit verbreitet und wird häufig bei der Herstellung von GaN-Epitaxie verwendet. Schichtwachstum, LED-Substratmaterialien etc.

Die Anwendung von Saphir in den oben genannten Bereichen stellt strenge Anforderungen an seine Oberflächenqualität. Die Oberflächenrauhigkeit von Saphir muss weniger als 1 nm betragen. Das Saphirsubstrat, das für LEDs mit hoher und ultrahoher Helligkeit verwendet wird, erfordert ein vollständiges Oberflächengitter, ultraglatt und ohne Beschädigung. Aufgrund seiner harten und spröden Eigenschaften sind herkömmliches mechanisches Schleifen, chemisches Polieren, thermisches Polieren, EDM-Polieren und andere Methoden jedoch anfällig für Oberflächenmikrorisse, Kratzer, Dellen und andere Probleme. Daher ist das Ultrapräzisionspolieren von Saphir zu einer Hauptschwierigkeit in verwandten Herstellungsgebieten geworden.

UV-Laser  | grüner Laser  | UV-Laser  | UV-DPSS-Laser  | Nanosekundenlaser  | UV-Laserquelle  | Festkörperlaser

Laserpolieren ist eine vielversprechende Spezialbearbeitungstechnologie. Sein Prinzip besteht darin, dass ein hochenergetischer Laserstrahl die Saphiroberfläche abtastet und die Saphiroberfläche die Energie von Laserphotonen absorbiert. Wenn die absorbierte Energie die Zerstörungsschwelle des Saphirmaterials erreicht, erzeugt das Saphirmaterial Zersetzungsrisse, Schmelzen und Verdampfen usw., um eine Materialentfernung zu erreichen, um eine polierte Oberfläche zu bilden.

Dieser Polierprozess kann die ultraviolette Laserleistung des von RFH entwickelten und konstruierten 355-nm-Ultraviolett-Nanosekunden-Festkörperlasers verwenden, der eine hohe Einzelphotonenenergie und eine hohe Leistungsdichte aufweist und eine Materialentfernung durch Wechselwirkung mit dem Material und seiner Impulsbreite realisiert ist sehr hoch. Eng, etwa 20 ns, die Lasereinwirkungszeit ist kurz und der thermische Effekt ist sehr gering, besonders geeignet für harte und spröde Materialien, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu bearbeiten sind.

Es ist erwähnenswert, dass die verbotene Bandbreite von Saphir 9,9 eV beträgt, die Bindungsenergie der AL-O-Bindung 6,063 eV beträgt und die Einzelphotonenenergie des 355-nm-UV-Lasers 3,5 eV beträgt, was weniger als die Energie der chemischen Bindung ist Bruch von Saphirglas. Um ein Polieren auf der Saphiroberfläche zu erreichen, muss es durch Mehrphotonenabsorption entfernt werden, wodurch chemische Reaktionen zwischen Materialien initiiert oder kontrolliert werden, was zum Aufbrechen und Neuorganisieren chemischer Bindungen des Saphirs, zur Zerstörung der Gitterstruktur oder zum Übergang von führt Energieniveaus, die Erzeugung neuer Substanzen oder die Herstellung einiger Materialien. Verlassen Sie den Körper, um den Zweck der Verarbeitung von Materialien zu erreichen. Da die Oberflächentemperatur in relativ kurzer Zeit über den Siedepunkt steigen kann,

Es ist ersichtlich, dass der Polierprozess das Ergebnis photochemischer und thermischer Effekte ist. Die Studie ergab auch, dass das Laserpolieren nicht nur mit der Energiedichte des Lasers, der Wiederholfrequenz und der Oberflächenbeschaffenheit des Saphirs zusammenhängt, sondern auch mit der Scanmethode des Lasers, dem Einfallswinkel des Strahls und dem Scannen Geschwindigkeit. Daher ist es im eigentlichen Polierprozess notwendig, die relevanten Prozessparameter im Voraus einzustellen, um die erwartete Polierwirkung zu erhalten.

Durch die Verwendung eines Lasers zum Polieren von Saphir können die Nachteile herkömmlicher Schleifvorgänge vermieden werden, so dass eine gute Polierwirkung, ein hoher Automatisierungsgrad und eine hohe Effizienz erzielt werden können und die berührungslose Verarbeitungsmethode die Saphirmaterialmatrix nur wenig beschädigt. Diese Vorteile sind besonders geeignet für Hersteller, um die Produktionskapazität zu erhöhen, die Qualität zu verbessern und die Kosten zu senken.