蓝宝石切割工艺研究

杨莉

蓝宝石材料因其优良的特性，成为多个特定行业领域广泛使用的基础材料，但是其高硬度特性也决定了其切割方面的难度，提高对蓝宝石的切割工艺水平，对于蓝宝石材料的应用意义重大。本文主要就蓝宝石的切割工艺进行了研究。

现代科学技术的飞速发展，推动着各行各业的不断进步，行业领域的建设发展都是以相应的基础建设材料为基础的，尤其是一些特殊行业领域，如航空航天、微电子、光电子等，其技术的革新往往伴随着对于材料的更高要求，为了适应行业领域的发展，质量优良，性能符合要求标准的材料至关重要。蓝宝石因其本身的优良特性，成为许多行业领域的重要材料，而如何对其实现有效切割也成为一个十分重要的问题。

一、蓝宝石概述

在光电子和微电子等行业领域中，蓝宝石晶体发挥着十分重要的作用，除此之外，在一些对于材料性能要求十分苛刻的行业领域中，也经常能看到蓝宝石晶体的应用。这主要是以为蓝宝石晶体具有十分突出的物理特性、化学特性以及光学特性。在种类十分繁多的氧化物晶体中，蓝宝石晶体具有最高的硬度值，而且在高温环境下，蓝宝石依然具有极高的强度，同时其透过率与热属性也十分优秀。在介电特性和热透性以及电气特性以及防腐蚀方面蓝宝石晶体也具有十分显著的优势。但是作为一种硬脆材料，除了碳化硅和金刚石之外，蓝宝石晶体的硬度是所有物质中最大的，具有8.5左右的莫氏硬度值，而且其晶格结构表现出极高的同向性，再加上极强的分子结合，使得在需要对其进行切割时具有很大的难度，很难有效高效地对其进行切割，这在一定程度上限制了蓝宝石晶体地实际应用。

二、蓝宝石多线切割概论

传统的蓝宝石切割工艺是对棒状或者锭状的蓝宝石晶体采用内圆切割的技术，将其切成片状。这种切割方法对蓝宝石晶体材料的损耗比较严重，不仅出片率和效率比较低，而且晶片表面也因为切割工艺的缺陷出现质量下降的问题，致使无法利用切割出的蓝宝石进行高耐磨性和脆性、以及高硬度的材料。线切割技术在蓝宝石晶体切割过程中的应用，大大满足了当前各个行业领域发展对于蓝宝石晶片的高要求，利用线切割技术得到的蓝宝石晶片，不仅能够实现低损耗，而且能够实现大片经。多线切割技术最初应用的时候，使用的游离磨粒的方法，通过线带动碳化硅等游离磨粒实现对蓝宝石晶体的切割。但是，游离磨粒的缺点在于其体积十分小，所以其与蓝宝石晶体的实际接触面积十分有限，造成切割过程中的移除率比较低，无法进行快速的切割加工。另一方面，游离磨粒的使用会对蓝宝石晶体的表面质量造成一定的损伤，进而影响蓝宝石晶片的进一步应用。

在此基础上。金刚石固定磨料线切割技术的发展和应用有效解决了蓝宝石晶体切割过程中的问题，与传统的游离磨粒线切割工艺技术相比，在切割蓝宝石晶体方面，能够实现高于其数倍的加工效率。金刚石固定磨料线切割技术中，在钢丝表面会将金刚石磨料固定其上，常用的固定手段是电镀。在对蓝宝石晶体进行切割加工时，金刚石磨料在锯丝上会通过压力和运动加速对蓝宝石晶体进行切割加工。

三、多线切割技术分析

作为可以高效高质量切割各种硬脆材料的金刚石多线切割机，在切割过程中，其切割线能够实现十分稳定的张力波动，获得的蓝宝石晶片的表面可以获得0.3μm的表面粗糙度。与其他同类产品相比，多线切割具有十分突出的优势。金刚石多线切割设备的成功研制，主要原因在于有效实现了自动排线、张力缓冲、摇摆切割等多项技术的共同合作，并在张力反馈技术基础上，解决了切割线有感张力闭环的控制方式问题。为了保证蓝宝石切割效率以及成品质量，在将多线切割机正式投入应用之前，研究人员对其进行了一系列的优化工作，并构建出了最大程度上的工艺数据库，进一步提高了蓝宝石晶体的切割质量。金刚石多线切割机拥有两个导向轮、张紧轮以及收放线轮，共同构成了多线切割机的布线结构。在金刚石多线切割过程中，主要借助工件给进机构的运动进行对蓝宝石晶体的切割，而切割线则保持整体静止的状态。

研究人员在对金刚石多线切割机进行研发的过程中，充分利用了数学建模和大量的运算，并在大量实验数据的支持下对其进行了深入的优化，使其实现了智能化的控制以及科学合理的切割方式与整体结构。切割机可以同时打来的导向槽高达800条，基于此能够一次性对蓝宝石的多片切割，切割效率显著提升。

对于蓝宝石晶体的切割而言，切割工艺的技术水平和切割设备的质量水平直接关系到蓝宝石的切割质量以及后续的应用，因此不断优化提高切割工艺水平，改进切割机设备，具有十分重大的意义。在利用金剛石线切割设备进行蓝宝石的切割时，金刚石线的各项物理性能以及在切割机运转过程中的运行特征都会影响到获得的蓝宝石晶片的表面质量和粗糙程度，进而决定蓝宝石晶片的应用价值。除此之外，切割设备其他部件的性能以及各种切割工艺参数的设置，也会对蓝宝石晶片的质量产生重大的影响。因此，在应用多线切割设备对蓝宝石材料进行切割加工时，要重点注意这些方面的内容，以保证切割质量以及加工效率。