一种提高金刚石激光切割质量的方法与流程

    专利查询2026-08-24  5


    本发明属于金刚石、钻石人工合成领域,特别涉及一种提高金刚石激光切割质量的方法。


    背景技术:

    1、金刚石作为集中优异的基础材料,具有高硬度、高热导率、高击穿电场、高载流子迁移率、高带宽等特性,从而被誉为终极半导体。同时,金刚石还具有优异的化学稳定性和光学性能,这些材料特性使金刚石在多个领域具有广泛的应用。这些领域包括固态功率器件、散热器件、光学窗口、电化学电机、机械加工等。虽然金刚石具有良好的应用前景,然而天然金刚石储量有限,且价格昂贵,故而金刚石的人工合成研究一直是研究的前沿。

    2、最早的人工合成使用高温高压法,这种方法经过几十年的发展有优化,现在也可以产生大单晶,然而这些单晶都具有纯度和缺陷浓度等方面的不足,不足以在上述高端科技方向使用。特别是高温高压的晶体,和天然的晶体都具有尺寸的限制,无法在二维平面扩大,形成类似硅晶圆的结构。所以,后期金刚石的生长都转移到化学气相沉积法,通过真空气相生长的方法,晶体的质量可以在材料纯度和缺陷浓度方面得以提升。特别是微波等离子体化学气相沉积法(mpcvd)金刚石生长技术由于其微波能量无污染、气体原料纯净、没有催化剂和杂质的掺入等优势正在逐步成为人造金刚石的主流方法。

    3、在目前的金刚石晶体生产过程中,激光切割是长晶之外的另一个重要工艺过程,包含:成品晶体的切割,生产过程中的晶体切割,表面修整,特别是晶种的处理。激光切割的过程主要是:激光照射到金刚石上引起石墨化,石墨继续升温后烧蚀去除。

    4、随着晶体的尺寸在不断扩大,激光切割的时间也随之加长。最早的一个7x7mm尺寸的晶体,切割一面需要30分钟,到目前的15x15mm尺寸的晶体,切割一面需要的时间达到了2个小时。由于烧蚀过程中,石墨及石墨在烧蚀过程中产生的石墨蒸汽会造成激光束的变形和功率损耗,为了提高切割效率,更高的激光输出功率应用到了切割过程中,但是高功率激光所带来的一个副作用就是切割的表面质量会有降低,而表面会直接影响晶体生长的质量。


    技术实现思路

    1、为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种提高金刚石激光切割质量的方法,使用化学反应提高切割效果,通过氧化性气体的引入,快速把切割过程中的c以及蒸汽转化为co2或co,进而减少激光束的变形和功率损耗,从而保持恒定的切割反应,从而避免使用高功率激光造成切割表面质量降低。

    2、为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

    3、本发明提供一种提高金刚石激光切割质量的方法,包括以下步骤:

    4、s1:将金刚石晶体置入到激光切割设备内,开启激光切割设备,对金刚石晶体进行激光切割;

    5、s2:在激光切割过程中引入氧化性气体,氧化性气体通入到激光切割设备的切割区域内,通过与金刚石发生化学反应来提高激光切割的效果。

    6、进一步地,步骤s1中,激光切割设备的切割功率设置为10-50w,激光波长设置为200-1064nm。

    7、进一步地,步骤s2包括s21:在激光切割过程中引入氧气,氧气通入到激光切割设备的切割区域内,通过化学反应将切割过程中的c及蒸汽转化为co2和co。

    8、进一步地,步骤s21中,将工业制氧机接入到压缩空气的供气管道,工业制氧机产生的氧气与压缩空气混合后通入到切割区域,作为金刚石激光切割的氛围气体。

    9、进一步地,步骤s21中,氛围气体中氧气的含量占比在20~100%之间。

    10、进一步地,步骤s21之后还设置有步骤s22:在激光切割过程中引入臭氧,臭氧接入到供气管道内与氛围气体混合通入激光切割设备的切割区域,在高温环境下通过化学反应将切割过程中的c、co转化为co2,进一步提高化学反应的效果。

    11、进一步地,步骤s22中,臭氧通过紫外线灯激发,紫外线灯的波长小于240nm。

    12、进一步地,步骤s22中,通过外部臭氧发生器产生臭氧。

    13、进一步地,步骤s2之后还设置有步骤s3:将切割区域密闭,并通过抽真空形成负压环境。

    14、进一步地,步骤s3之后还设置有步骤s4:通过真空泵将切割区域的产生的切割废气导入到臭氧破坏器,将臭氧还原成氧气。

    15、进一步地,步骤s4之后还设置有步骤s5:通过排气扇将经过臭氧破坏器后的切割废气排出。

    16、本发明还提供一种金刚石激光切割装置,包括:激光切割机、氛围气体管道,所述激光切割机内具有密闭的、用于金刚石切割的激光切割腔体;所述氛围气体管道的其中一端连通到激光切割腔体内,所述氛围气体管道上还连接有制氧机。

    17、进一步地,所述氛围气体管道远离所述激光切割腔体的一端接入压缩空气。

    18、进一步地,所述氛围气体管道上还连接有臭氧发生器。

    19、进一步地,所述激光切割机包括有机器主体、载物台、激光切割头,所述载物台、激光切割头均设置于激光切割腔体内,且激光切割头位于载物台的上方,所述氛围气体管道接入激光切割腔体的一端延伸到所述载物台的上方。

    20、进一步地,所述激光切割腔体内还设置有用于固定氛围气体管道的吊接件。

    21、进一步地,所述金刚石激光切割装置还包括真空泵、臭氧破坏器,所述真空泵的入口与所述激光切割腔体连通,真空泵的出口与所述臭氧破坏器的入口连接,所述臭氧破坏器的出口接入外部空气。

    22、与现有技术相比,本发明的有益效果是:通过在切割过程中引入氧化性气体,使用化学反应提高切割效果,快速把切割过程中的c以及蒸汽转化为co2或co,进而减少激光束的变形和功率损耗,从而保持恒定的切割反应,从而避免使用高功率激光造成切割表面质量降低。



    技术特征:

    1.一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.如权利要求1所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s1中,激光切割设备的切割功率设置为10-50w,激光波长设置为200-1064nm。

    3.如权利要求1所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s2包括s21:在激光切割过程中引入氧气,氧气通入到激光切割设备的切割区域内,通过化学反应将切割过程中的c及蒸汽转化为co2和co。

    4.如权利要求3所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s21中,将工业制氧机接入到压缩空气的供气管道,工业制氧机产生的氧气与压缩空气混合后通入到切割区域,作为金刚石激光切割的氛围气体。

    5.如权利要求3所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s21中,氛围气体中氧气的含量占比在20~100%之间。

    6.如权利要求4所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s21之后还设置有步骤s22:在激光切割过程中引入臭氧,臭氧接入到供气管道内与氛围气体混合通入激光切割设备的切割区域,在高温环境下通过化学反应将切割过程中的c、co转化为co2,进一步提高化学反应的效果。

    7.如权利要求6所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s22中,臭氧通过紫外线灯激发,或通过外部臭氧发生器产生。

    8.如权利要求1所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s2之后还设置有步骤s3:将切割区域密闭,并通过抽真空形成负压环境。

    9.如权利要求8所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s3之后还设置有步骤s4:通过真空泵将切割区域的产生的切割废气导入到臭氧破坏器,将臭氧还原成氧气。

    10.如权利要求9所述的一种提高金刚石激光切割质量的方法,其特征在于,步骤s4之后还设置有步骤s5:通过排气扇将经过臭氧破坏器后的切割废气排出。


    技术总结
    本发明公开了一种提高金刚石激光切割质量的方法,属于金刚石、钻石人工合成领域。包括以下步骤:S1:将金刚石晶体置入到激光切割设备内,开启激光切割设备,对金刚石晶体进行激光切割;S2:在激光切割过程中引入氧化性气体,氧化性气体通入到激光切割设备的切割区域内,通过与金刚石发生化学反应来提高激光切割的效果。与现有技术相比,本发明的有益效果是:通过在切割过程中引入氧化性气体,使用化学反应提高切割效果,快速把切割过程中的C以及蒸汽转化为CO<subgt;2</subgt;或CO,进而减少激光束的变形和功率损耗,从而保持恒定的切割反应,从而避免使用高功率激光造成切割表面质量降低。

    技术研发人员:冀成相,廖佳,李再强
    受保护的技术使用者:深圳左文科技有限责任公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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