藍寶石切割工藝研究

楊莉

藍寶石材料因其優良的特性，成為多個特定行業領域廣泛使用的基礎材料，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用意義重大。本文主要就藍寶石的切割工藝進行了研究。

現代科學技術的飛速發展，推動著各行各業的不斷進步，行業領域的建設發展都是以相應的基礎建設材料為基礎的，尤其是一些特殊行業領域，如航空航天、微電子、光電子等，其技術的革新往往伴隨著對于材料的更高要求，為了適應行業領域的發展，質量優良，性能符合要求標準的材料至關重要。藍寶石因其本身的優良特性，成為許多行業領域的重要材料，而如何對其實現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領域中，藍寶石晶體發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領域中，也經常能看到藍寶石晶體的應用。這主要是以為藍寶石晶體具有十分突出的物理特性、化學特性以及光學特性。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中最大的，具有8.5左右的莫氏硬度值，而且其晶格結構表現出極高的同向性，再加上極強的分子結合，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用。

二、藍寶石多線切割概論

傳統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圓切割的技術，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質量下降的問題，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。線切割技術在藍寶石晶體切割過程中的應用，大大滿足了當前各個行業領域發展對于藍寶石晶片的高要求，利用線切割技術得到的藍寶石晶片，不僅能夠實現低損耗，而且能夠實現大片經。多線切割技術最初應用的時候，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量造成一定的損傷，進而影響藍寶石晶片的進一步應用。

在此基礎上。金剛石固定磨料線切割技術的發展和應用有效解決了藍寶石晶體切割過程中的問題，與傳統的游離磨粒線切割工藝技術相比，在切割藍寶石晶體方面，能夠實現高于其數倍的加工效率。金剛石固定磨料線切割技術中，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、多線切割技術分析

作為可以高效高質量切割各種硬脆材料的金剛石多線切割機，在切割過程中，其切割線能夠實現十分穩定的張力波動，獲得的藍寶石晶片的表面可以獲得0.3μm的表面粗糙度。與其他同類產品相比，多線切割具有十分突出的優勢。金剛石多線切割設備的成功研制，主要原因在于有效實現了自動排線、張力緩沖、搖擺切割等多項技術的共同合作，并在張力反饋技術基礎上，解決了切割線有感張力閉環的控制方式問題。為了保證藍寶石切割效率以及成品質量，在將多線切割機正式投入應用之前，研究人員對其進行了一系列的優化工作，并構建出了最大程度上的工藝數據庫，進一步提高了藍寶石晶體的切割質量。金剛石多線切割機擁有兩個導向輪、張緊輪以及收放線輪，共同構成了多線切割機的布線結構。在金剛石多線切割過程中，主要借助工件給進機構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。

研究人員在對金剛石多線切割機進行研發的過程中，充分利用了數學建模和大量的運算，并在大量實驗數據的支持下對其進行了深入的優化，使其實現了智能化的控制以及科學合理的切割方式與整體結構。切割機可以同時打來的導向槽高達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，切割工藝的技術水平和切割設備的質量水平直接關系到藍寶石的切割質量以及后續的應用，因此不斷優化提高切割工藝水平，改進切割機設備，具有十分重大的意義。在利用金剛石線切割設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量和粗糙程度，進而決定藍寶石晶片的應用價值。除此之外，切割設備其他部件的性能以及各種切割工藝參數的設置，也會對藍寶石晶片的質量產生重大的影響。因此，在應用多線切割設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容，以保證切割質量以及加工效率。