楊莉

藍寶石材料因其優(yōu)良的特性，成為多個特定行業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的基礎(chǔ)材料，但是其高硬度特性也決定了其切割方面的難度，提高對藍寶石的切割工藝水平，對于藍寶石材料的應(yīng)用意義重大。本文主要就藍寶石的切割工藝進行了研究。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動著各行各業(yè)的不斷進步，行業(yè)領(lǐng)域的建設(shè)發(fā)展都是以相應(yīng)的基礎(chǔ)建設(shè)材料為基礎(chǔ)的，尤其是一些特殊行業(yè)領(lǐng)域，如航空航天、微電子、光電子等，其技術(shù)的革新往往伴隨著對于材料的更高要求，為了適應(yīng)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，質(zhì)量優(yōu)良，性能符合要求標(biāo)準的材料至關(guān)重要。藍寶石因其本身的優(yōu)良特性，成為許多行業(yè)領(lǐng)域的重要材料，而如何對其實現(xiàn)有效切割也成為一個十分重要的問題。

一、藍寶石概述

在光電子和微電子等行業(yè)領(lǐng)域中，藍寶石晶體發(fā)揮著十分重要的作用，除此之外，在一些對于材料性能要求十分苛刻的行業(yè)領(lǐng)域中，也經(jīng)常能看到藍寶石晶體的應(yīng)用。這主要是以為藍寶石晶體具有十分突出的物理特性、化學(xué)特性以及光學(xué)特性。在種類十分繁多的氧化物晶體中，藍寶石晶體具有最高的硬度值，而且在高溫環(huán)境下，藍寶石依然具有極高的強度，同時其透過率與熱屬性也十分優(yōu)秀。在介電特性和熱透性以及電氣特性以及防腐蝕方面藍寶石晶體也具有十分顯著的優(yōu)勢。但是作為一種硬脆材料，除了碳化硅和金剛石之外，藍寶石晶體的硬度是所有物質(zhì)中最大的，具有8.5左右的莫氏硬度值，而且其晶格結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極高的同向性，再加上極強的分子結(jié)合，使得在需要對其進行切割時具有很大的難度，很難有效高效地對其進行切割，這在一定程度上限制了藍寶石晶體地實際應(yīng)用。

二、藍寶石多線切割概論

傳統(tǒng)的藍寶石切割工藝是對棒狀或者錠狀的藍寶石晶體采用內(nèi)圓切割的技術(shù)，將其切成片狀。這種切割方法對藍寶石晶體材料的損耗比較嚴重，不僅出片率和效率比較低，而且晶片表面也因為切割工藝的缺陷出現(xiàn)質(zhì)量下降的問題，致使無法利用切割出的藍寶石進行高耐磨性和脆性、以及高硬度的材料。線切割技術(shù)在藍寶石晶體切割過程中的應(yīng)用，大大滿足了當(dāng)前各個行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展對于藍寶石晶片的高要求，利用線切割技術(shù)得到的藍寶石晶片，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大片經(jīng)。多線切割技術(shù)最初應(yīng)用的時候，使用的游離磨粒的方法，通過線帶動碳化硅等游離磨粒實現(xiàn)對藍寶石晶體的切割。但是，游離磨粒的缺點在于其體積十分小，所以其與藍寶石晶體的實際接觸面積十分有限，造成切割過程中的移除率比較低，無法進行快速的切割加工。另一方面，游離磨粒的使用會對藍寶石晶體的表面質(zhì)量造成一定的損傷，進而影響藍寶石晶片的進一步應(yīng)用。

在此基礎(chǔ)上。金剛石固定磨料線切割技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有效解決了藍寶石晶體切割過程中的問題，與傳統(tǒng)的游離磨粒線切割工藝技術(shù)相比，在切割藍寶石晶體方面，能夠?qū)崿F(xiàn)高于其數(shù)倍的加工效率。金剛石固定磨料線切割技術(shù)中，在鋼絲表面會將金剛石磨料固定其上，常用的固定手段是電鍍。在對藍寶石晶體進行切割加工時，金剛石磨料在鋸絲上會通過壓力和運動加速對藍寶石晶體進行切割加工。

三、多線切割技術(shù)分析

作為可以高效高質(zhì)量切割各種硬脆材料的金剛石多線切割機，在切割過程中，其切割線能夠?qū)崿F(xiàn)十分穩(wěn)定的張力波動，獲得的藍寶石晶片的表面可以獲得0.3μm的表面粗糙度。與其他同類產(chǎn)品相比，多線切割具有十分突出的優(yōu)勢。金剛石多線切割設(shè)備的成功研制，主要原因在于有效實現(xiàn)了自動排線、張力緩沖、搖擺切割等多項技術(shù)的共同合作，并在張力反饋技術(shù)基礎(chǔ)上，解決了切割線有感張力閉環(huán)的控制方式問題。為了保證藍寶石切割效率以及成品質(zhì)量，在將多線切割機正式投入應(yīng)用之前，研究人員對其進行了一系列的優(yōu)化工作，并構(gòu)建出了最大程度上的工藝數(shù)據(jù)庫，進一步提高了藍寶石晶體的切割質(zhì)量。金剛石多線切割機擁有兩個導(dǎo)向輪、張緊輪以及收放線輪，共同構(gòu)成了多線切割機的布線結(jié)構(gòu)。在金剛石多線切割過程中，主要借助工件給進機構(gòu)的運動進行對藍寶石晶體的切割，而切割線則保持整體靜止的狀態(tài)。

研究人員在對金剛石多線切割機進行研發(fā)的過程中，充分利用了數(shù)學(xué)建模和大量的運算，并在大量實驗數(shù)據(jù)的支持下對其進行了深入的優(yōu)化，使其實現(xiàn)了智能化的控制以及科學(xué)合理的切割方式與整體結(jié)構(gòu)。切割機可以同時打來的導(dǎo)向槽高達800條，基于此能夠一次性對藍寶石的多片切割，切割效率顯著提升。

對于藍寶石晶體的切割而言，切割工藝的技術(shù)水平和切割設(shè)備的質(zhì)量水平直接關(guān)系到藍寶石的切割質(zhì)量以及后續(xù)的應(yīng)用，因此不斷優(yōu)化提高切割工藝水平，改進切割機設(shè)備，具有十分重大的意義。在利用金剛石線切割設(shè)備進行藍寶石的切割時，金剛石線的各項物理性能以及在切割機運轉(zhuǎn)過程中的運行特征都會影響到獲得的藍寶石晶片的表面質(zhì)量和粗糙程度，進而決定藍寶石晶片的應(yīng)用價值。除此之外，切割設(shè)備其他部件的性能以及各種切割工藝參數(shù)的設(shè)置，也會對藍寶石晶片的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響。因此，在應(yīng)用多線切割設(shè)備對藍寶石材料進行切割加工時，要重點注意這些方面的內(nèi)容，以保證切割質(zhì)量以及加工效率。