一種CVD金剛石片的加工工藝的製作方法
2024-04-14 04:16:05
一種cvd金剛石片的加工工藝
技術領域
1.本發明涉及金剛石加工技術領域，具體為一種cvd金剛石片的加工工藝。
背景技術：
2.cvd(chemical vapor deposition化學氣相沉積)金剛石為含碳氣體如甲烷和氫氣的混合物在高溫和低於標準大氣壓的壓力下被激發分解，形成等離子態碳原子，並在基體上沉積交互生長成聚晶金剛石或控制沉積生長條件沉積生長金剛石單晶或者準單晶得到。cvd金剛石與pcd相比，具有熱穩定性好、工具使用壽命長的優點，但是cvd金剛石晶粒間的內聚強度低，材料表現出較大的內應力和脆性。
3.金剛石具有高硬度和高耐磨性，因此金剛石薄膜是一種很好的工具材料，金剛石薄膜的應用方式可以是將金剛石膜直接沉積到工具表面上，薄膜厚度較薄，成本較低，但是沉積的薄膜對襯底材料的附著力不容易提高。還有一種應用方式為將沉積以後的金剛石膜剝離下來，重新切割、研磨後焊接到工具的端部。這種應用方式涉及到cvd金剛石的切割，現有技術中往往採用雷射切割的方法對cvd金剛石進行切割。目前，cvd金剛石片使用雷射切割過程中，容易造成雷射在界面處反射，從而造成雷射損傷，使cvd金剛石晶片開裂。
技術實現要素：
4.本發明的目的在於提供一種cvd金剛石片的加工工藝，通過在cvd金剛石晶片背面鍍光學薄膜，在光學薄膜上再旋塗一層炭黑膠體，光學薄膜起到雷射增透作用，炭黑膠體層起到雷射吸收作用，這兩層在進行雷射切割時使雷射及時透過金剛石片，可以保護cvd金剛石片免受雷射損傷，減少金剛石開裂，解決現有技術中使用雷射切割cvd金剛石片過程中容易造成雷射損傷從而使cvd金剛石片晶片開裂的問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
5.本發明的第一方面，提供一種cvd金剛石片的加工工藝，所述cvd金剛石片的加工工藝包括如下步驟：
6.1)在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜，其中所述光學薄膜的材料為二氧化矽或氮化矽；
7.2)在所述光學薄膜上旋塗一層炭黑膠體，其中所述炭黑膠體為炭黑和膠體溶劑的混合物；
8.3)炭黑膠體固化後，將cvd金剛石片放置於所述雷射切割機上進行雷射切割，切割時雷射從所述cvd金剛石片的正面進行切割；
9.4)切割完成後，去除所述cvd金剛石片背面的炭黑膠體和光學薄膜，得到cvd金剛石片的切割成品。
10.在本發明的一種或多種實施方式中，步驟1)中所述光學薄膜的厚度為λ/n～λ/n+λ/4n，其中，n為光學薄膜材料的折射率，λ為雷射切割機的雷射波長。
11.在本發明的一種或多種實施方式中，步驟1)中在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜
的方法包括：磁控濺射鍍膜、蒸發鍍膜和電子束蒸發鍍膜。
12.優選地，在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜的方法選用蒸發鍍膜。
13.進一步地，所述蒸發鍍膜包括以下步驟：
14.1)將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機，在鉬舟中加入鍍膜材料二氧化矽或氮化矽；
15.2)抽真空，當真空度達到3
×
10-2
pa～3.2
×
10-2
pa時，開始加熱；
16.3)當溫度加熱到80～200℃時，打開離子源，通過氮氣等離子體轟擊cvd金剛石片的鍍膜面，轟擊時間為120～200s；
17.4)開始鍍膜，鍍膜時的條件控制為：電壓15～35v，電流260～420a，真空度4
×
10-2
pa～4.2
×
10-2
pa，將二氧化矽或氮化矽蒸鍍到cvd金剛石片表面；
18.5)鍍膜完成後進行冷卻。
19.優選地，將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機前還包括：將cvd金剛石片用丙酮，無水乙醇和去離子水清洗，清洗後烘乾自然冷卻後備用。
20.真空蒸發鍍膜可以製備出緻密性好、純度高、膜厚均勻的鍍層，且鍍層與cvd金剛石片基體附著強度好，鍍層牢固。在本發明中的二氧化矽或氮化矽光學薄膜以及其厚度的設置，可以最好得發揮光學薄膜層對雷射的增透作用。且本發明中的真空蒸發鍍膜中參數的設置不會對cvd金剛石片造成損傷。
21.在本發明的一種或多種實施方式中，步驟2)中所述炭黑膠體中的炭黑質量含量為10～12％，炭黑顆粒粒度為1～10微米，膠體溶劑為聚丙烯酸酯膠。
22.在本發明的一種或多種實施方式中，步驟3)中炭黑膠體固化後的厚度為1～5微米。在本發明中炭黑膠體中的炭黑的質量含量及顆粒粒度的選擇，膠體溶劑材料的選擇以及炭黑膠體固化後的厚度選擇，使得炭黑膠體對雷射的吸收作用好，避免金剛石受到雷射損傷，且不影響雷射對cvd金剛石片的切割。
23.在本發明的一種或多種實施方式中，步驟4)中使用丙酮去除炭黑膠體，使用hf酸或者熔融鹼去除光學薄膜。在本發明中去除炭黑膠體和光學薄膜的方法對切割後的cvd金剛石晶片表面不會造成損傷。
24.本發明的第二方面，提供一種第一方面所述cvd金剛石片的加工工藝在cvd金剛石片切割加工中的應用。
25.與現有技術相比，本發明的有益效果是：
26.本發明中在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜，並在光學薄膜上旋塗一層炭黑膠體，其中光學薄膜起到雷射切割時對雷射的增透作用，炭黑膠體層起到對雷射的吸收作用，在光學薄膜和炭黑膠體的作用下進行雷射切割時可以保護cvd金剛石片免受雷射損傷，減少金剛石開裂。
27.在本發明中，光學薄膜的厚度和材料的選擇，以及炭黑膠體中的炭黑的質量含量及顆粒粒度的選擇，還有膠體溶劑材料的選擇以及炭黑膠體固化後的厚度選擇，使得光學薄膜的對雷射的增透作用和炭黑膠體對雷射的吸收作用達到最佳效果，最大程度上避免金剛石受到雷射損傷。
28.本發明中在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜時，真空蒸發鍍膜可以製備出緻密性好、純度高、膜厚均勻的鍍層，且鍍層與cvd金剛石片基體附著強度好，鍍層牢固。且本發明
中的真空蒸發鍍膜中參數的設置不會對cvd金剛石片造成損傷。
29.在本發明中，將cvd金剛石晶片完成切割後再使用丙酮去除炭黑膠體，使用hf酸或者熔融鹼去除光學薄膜，對切割後的cvd金剛石晶片不會造成損傷。
附圖說明
30.構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本技術，並不構成對本發明的不當限定。以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中：
31.圖1為使用雷射切割cvd金剛石片的示意圖。
32.圖2為本發明中在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜，並在光學薄膜上旋塗炭黑膠體後使用雷射切割cvd金剛石片的示意圖。
具體實施方式
33.下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
34.實施例1
35.一種cvd金剛石片的加工工藝，包括如下步驟：
36.1、在cvd金剛石片的背面鍍二氧化矽光學薄膜，鍍膜的具體步驟為：
37.1)將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機，在鉬舟中加入鍍膜材料二氧化矽；
38.2)抽真空，當真空度達到3
×
10-2
pa時，開始加熱；
39.3)當溫度加熱到150℃時，打開離子源，通過氮氣等離子體轟擊cvd金剛石片的鍍膜面，轟擊時間為120s；
40.4)開始鍍膜，鍍膜時的條件控制為：電壓15v，電流260a，真空度4
×
10-2
pa，將二氧化矽蒸鍍到cvd金剛石片表面；鍍膜厚底為λ/n+λ/4n，n為二氧化矽的折射率，λ為雷射切割機的雷射波長；
41.5)鍍膜完成後進行冷卻；
42.2、將顆粒粒度為2微米的炭黑和丙烯酸酯膠溶劑混合得到炭黑膠體，其中炭黑質量含量為10％；將炭黑膠體旋塗在cvd金剛石片的二氧化矽薄膜上，等待炭黑膠體固化，炭黑膠體固化後的厚度控制在2微米；
43.3、將cvd金剛石片放置於雷射切割機上進行雷射切割，切割時雷射從cvd金剛石片沒有鍍膜和塗有炭黑膠體的一面進行切割；
44.4、切割完成後，使用丙酮去除cvd金剛石片背面的炭黑膠體，使用hf酸去除二氧化矽光學薄膜，得到cvd金剛石片的切割成品。
45.實施例2
46.一種cvd金剛石片的加工工藝，包括如下步驟：
47.1、在cvd金剛石片的背面鍍二氧化矽光學薄膜，鍍膜的具體步驟為：
48.1)將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機，在鉬舟中加入鍍膜材料二氧化矽；
49.2)抽真空，當真空度達到3.2
×
10-2
pa時，開始加熱；
50.3)當溫度加熱到200℃時，打開離子源，通過氮氣等離子體轟擊cvd金剛石片的鍍膜面，轟擊時間為150s；
51.4)開始鍍膜，鍍膜時的條件控制為：電壓20v，電流300a，真空度4.1
×
10-2
pa，將二氧化矽蒸鍍到cvd金剛石片表面；鍍膜厚底為λ/n+λ/4n，n為二氧化矽的折射率，λ為雷射切割機的雷射波長；
52.5)鍍膜完成後進行冷卻；
53.2、將顆粒粒度為4微米的炭黑和丙烯酸酯膠溶劑混合得到炭黑膠體，其中炭黑質量含量為11％；將炭黑膠體旋塗在cvd金剛石片的二氧化矽薄膜上，等待炭黑膠體固化，炭黑膠體固化後的厚度控制在3微米；
54.3、將cvd金剛石片放置於雷射切割機上進行雷射切割，切割時雷射從cvd金剛石片沒有鍍膜和塗有炭黑膠體的一面進行切割；
55.4)切割完成後，使用丙酮去除cvd金剛石片背面的炭黑膠體，使用hf酸去除二氧化矽光學薄膜，得到cvd金剛石片的切割成品。
56.實施例3
57.一種cvd金剛石片的加工工藝，包括如下步驟：
58.1、在cvd金剛石片的背面鍍二氧化矽光學薄膜，鍍膜的具體步驟為：
59.1)將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機，在鉬舟中加入鍍膜材料氮化矽；
60.2)抽真空，當真空度達到3.1
×
10-2
pa時，開始加熱；
61.3)當溫度加熱到160℃時，打開離子源，通過氮氣等離子體轟擊cvd金剛石片的鍍膜面，轟擊時間為160s；
62.4)開始鍍膜，鍍膜時的條件控制為：電壓25v，電流320，真空度4.2
×
10-2
pa，將氮化矽蒸鍍到cvd金剛石片表面；鍍膜厚底為λ/n+λ/4n，n為氮化矽的折射率，λ為雷射切割機的雷射波長；
63.5)鍍膜完成後進行冷卻；
64.2、將顆粒粒度為6微米的炭黑和丙烯酸酯膠溶劑混合得到炭黑膠體，其中炭黑質量含量為11％；將炭黑膠體旋塗在cvd金剛石片的氮化矽薄膜上，等待炭黑膠體固化，炭黑膠體固化後的厚度控制在3微米；
65.3、將cvd金剛石片放置於雷射切割機上進行雷射切割，切割時雷射從cvd金剛石片沒有鍍膜和塗有炭黑膠體的一面進行切割；
66.4)切割完成後，使用丙酮去除cvd金剛石片背面的炭黑膠體，使用熔融鹼去除二氧化矽光學薄膜，得到cvd金剛石片的切割成品。
67.實施例4
68.一種cvd金剛石片的加工工藝，包括如下步驟：
69.1、在cvd金剛石片的背面鍍氮化矽光學薄膜，鍍膜的具體步驟為：
70.1)將cvd金剛石片放入真空式蒸發鍍膜機，在鉬舟中加入鍍膜材料氮化矽；
71.2)抽真空，當真空度達到2.0
×
10-3
pa時，開始加熱；
72.3)當溫度加熱到200℃時，打開離子源，通過氮氣等離子體轟擊cvd金剛石片的鍍膜面，轟擊時間為200s；
73.4)開始鍍膜，鍍膜時的條件控制為：電壓35v，電流420a，真空度4.2
×
10-2
pa，將氮化矽蒸鍍到cvd金剛石片表面；鍍膜厚底為λ/n+λ/4n，n為氮化矽的折射率，λ為雷射切割機的雷射波長；
74.5)鍍膜完成後進行冷卻；
75.2、將顆粒粒度為8微米的炭黑和丙烯酸酯膠溶劑混合得到炭黑膠體，其中炭黑質量含量為12％；將炭黑膠體旋塗在cvd金剛石片的氮化矽薄膜上，等待炭黑膠體固化，炭黑膠體固化後的厚度控制在4微米；
76.3、將cvd金剛石片放置於雷射切割機上進行雷射切割，切割時雷射從cvd金剛石片沒有鍍膜和塗有炭黑膠體的一面進行切割；
77.4)切割完成後，使用丙酮去除cvd金剛石片背面的炭黑膠體，使用熔融鹼去除二氧化矽光學薄膜，得到cvd金剛石片的切割成品。
78.對比例1
79.一種cvd金剛石片的加工工藝，包括如下步驟：
80.將cvd金剛石片放置於雷射切割機上進行雷射切割，切割完成後，得到cvd金剛石片的切割成品。
81.圖1為對比例1直接使用雷射切割機切割cvd金剛石片的示意圖，從圖1可以看出，使用雷射直接切割cvd金剛石片容易對金剛石造成雷射損傷，從而導致cvd金剛石片在背面開裂。
82.圖2為本發明實施例1-4在cvd金剛石片的背面鍍光學薄膜，並在光學薄膜上旋塗炭黑膠體後使用雷射切割cvd金剛石片的示意圖，從圖2可以看出，cvd金剛石片背面的光學薄膜可以起到對雷射的增透作用，而炭黑膠體層可以起到對雷射的吸收作用，從而在切割時使雷射及時透過cvd金剛石片，可以保護cvd金剛石片免受雷射損傷，避免了金剛石開裂。
83.在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「示例」、「具體示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
84.以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。