一种适用于金刚石激光切割的固定治具的制作方法

1.本发明涉及金刚石加工技术领域，特别涉及一种适用于金刚石激光切割的固定治具。


背景技术：

2.金刚石具有极高的硬度和强度、超高耐磨性、极好导热性等特点，被运用在运用在航天、医疗、光学、军事等各个领域，且金刚石一般是通过金刚石籽晶生长而来，mpcvd(微波等离子化学气相沉积)是目前进行金刚石晶体生长的常用技术手段，其原理是反应气体在微波的激励下形成各种碳氢活化基团，上述活化基团在籽晶上发生一系列的化学反应并逐渐在籽晶表面发生吸附、脱附、迁移、扩散和沉积，最终得到金刚石，因此籽晶为mpcvd方法生长金刚石的前置条件。籽晶是具有和所需晶体相同晶向的小晶体，是生长单晶的种子，也叫晶种，金刚石籽晶可以通过切割单晶金刚石得到。
3.随着科技的进步和激光切割超硬材料的急切需求，一种新型的激应用加工技术出现了——水导引激光切割，水导引激光切割机在很大程度上能降低切割损耗，且切割线路平行，基本能保证切割面的平行度，造成的热损伤层较传统激光小，但水导引激光切割机生产成本大，技术不成熟，切割面粗糙度一般在400nm以上，得到的金刚石籽晶切割面粗糙度较高。
4.因此一般还是选择采用传统激光切割机，激光束通过聚焦镜头聚焦后照射到工件表面，利用激光的高能量密度使工件被聚焦光斑照射的区域瞬间气化或熔化，可形成光滑的切缝。由于在工作中加工头无需与被加工材料直接接触，因此不易对工件表面造成划伤，一般无需后续加工，其成本较低，且技术较成熟，切割面粗糙度一般可保证在200nm左右，但使用该类激光机在切割金刚石时，在金刚石尾端10％左右时晶体会自动断裂，造成尾端切割面的粗糙度增大，导致得到的金刚石籽晶品质差，不符合要求，还需要对金刚石进行磨抛工艺才能得到合格的金刚石籽晶。
5.因而现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于金刚石激光切割的固定治具，旨在解决现有技术中激光切割机在切割晶体时晶体尾端切割面的粗糙度增大，导致得到的金刚石籽晶品质差，不符合要求的问题。
7.本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
8.第一方面，本发明实施例提供了一种适用于金刚石激光切割的固定治具，包括：
9.基座；
10.压紧组件，所述压紧组件与所述基座可拆卸式连接，所述压紧组件包括用于压紧金刚石的压紧板，所述压紧板与所述基座顶面相对设置且两者之间具有间隙。
11.作为进一步的改进技术方案，所述压紧组件包括压紧件及锁紧件，所述压紧件与
所述锁紧件可拆卸式连接并分别夹持于所述基座相对两侧上，且所述压紧板设置在所述压紧件上。
12.作为进一步的改进技术方案，所述压紧件包括底座、第一夹持部及所述压紧板，所述第一夹持部一端与所述底座一侧固定连接，所述压紧板一端与所述底座顶部固定连接，所述锁紧件包括连接部及第二夹持部，所述第二夹持部一端与所述连接部固定连接；
13.其中，所述连接部与所述底座远离所述第一夹持部的一侧可拆卸式连接，所述第一夹持部及第二夹持部分别夹持于所述基座相对两侧上。
14.作为进一步的改进技术方案，上述适用于金刚石激光切割的固定治具中，还包括：
15.螺钉；所述连接部设有第一螺孔，所述底座靠近所述连接部的一侧设有第二螺孔，所述螺钉一端贯穿所述第一螺孔并设于所述第二螺孔内，另一端设置在所述连接部上。
16.作为进一步的改进技术方案，所述基座底面设有用于固定所述基座的固定杆。
17.作为进一步的改进技术方案，所述基座顶面为倾斜面。
18.作为进一步的改进技术方案，所述基座顶面与水平面之间的夹角为0.5
°‑
1.0
°
。
19.作为进一步的改进技术方案，所述压紧件、锁紧件及所述基座均由铜制成。
20.作为进一步的改进技术方案，所述底座与所述第一夹持部及所述压紧板一体成型，所述连接部与所述第二夹持部一体成型。
21.作为进一步的改进技术方案，所述底座与所述基座一侧抵接。
22.与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
23.本发明实施例提供了一种适用于金刚石激光切割的固定治具，包括基座及压紧组件，所述压紧组件与所述底座可拆卸式连接，所述压紧组件包括用于压紧金刚石的压紧板，所述压紧板与所述基座顶面相对设置且两者之间具有间隙。在本发明中，当待切割的金刚石放置在所述固定治具上时，通过压紧板与基座顶面的配合将金刚石夹紧固定，因此当金刚石被激光切割至晶体尾端时不会自动断面，从而降低了晶体尾端处粗糙度，保障了切割后金刚石籽晶的品质；同时，本发明实施例提供的固定治具中，所采用的基座的上表面为倾斜面，该倾斜面的倾斜角度为激光发散角度的一半，将金刚石放置在倾斜面上并被压紧板压紧，当金刚石被激光切割后，得到的两块金刚石中只有一块需要进行第二次激光切割，因此相比现有技术中的切割方式，减少了一次激光切割次数，节省了加工步骤，缩短了加工时长，进而提高了激光切割金刚石的工作效率。
附图说明
24.图1为本发明提供的一种适用于金刚石激光切割的固定治具的第一立体结构示意图；
25.图2为本发明提供的一种适用于金刚石激光切割的固定治具的第二立体结构示意图；
26.图3为本发明中基座的正视图；
27.图4为本发明中压紧件的立体结构示意图；
28.图5为本发明中锁紧件的立体结构示意图。
29.图中：1、基座；2、压紧组件；201、压紧件；2011、底座；2012、第一夹持部；2013、压紧板；2014、第二螺孔；202、锁紧件；2021、连接部；2022、第二夹持部；2023、第一螺孔；3、固定
杆。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.金刚石具有极高的硬度和强度、超高耐磨性、极好导热性等特点，被运用在运用在航天、医疗、光学、军事等各个领域，且金刚石一般是通过金刚石籽晶生长而来，mpcvd(微波等离子化学气相沉积)是目前进行金刚石晶体生长的常用技术手段，其原理是反应气体在微波的激励下形成各种碳氢活化基团，上述活化基团在籽晶上发生一系列的化学反应并逐渐在籽晶表面发生吸附、脱附、迁移、扩散和沉积，最终得到金刚石，因此籽晶为mpcvd方法生长金刚石的前置条件。籽晶是具有和所需晶体相同晶向的小晶体，是生长单晶的种子，也叫晶种，金刚石籽晶可以通过切割单晶金刚石得到。现有技术中对于金刚石的切割方式存在多种，但是目前能够满足工艺需求的常见切割方式是激光切割，因为激光切割得到的金刚石籽晶切割面粗糙度较低，在后续籽晶生长的工艺步骤中，籽晶表面沉积的碳氢活化基团会受籽晶切割面粗糙度的影响，如不对籽晶进行磨抛处理，在金刚石籽晶尾端处生长的金刚石膜就会出现位错缺陷，得到的金刚石品质差，当粗糙度越低，无需再对其进行打磨加工，更加符合工艺及市场需求，籽晶生长得到的金刚石品质越高；但是激光切割仍然存在一定缺陷，金刚石被切割时，籽晶切割面尾端会自动断面从而粗糙度极高，且由于激光切割机器是标准件，无法对激光进行调校，因此本发明从外界工具着手，提出一种适用于金刚石激光切割的固定治具来解决上述技术问题，如以下实施例。
32.实施例：
33.请参阅图1-图5。其中，所述适用于金刚石激光切割的固定治具中，包括基座1及压紧组件2，所述压紧组件2与所述基座1可拆卸式连接，所述压紧组件2包括用于压紧金刚石的压紧板2013，所述压紧板2013与所述基座1顶面相对设置且两者之间具有间隙。
34.如图1-图3所示，在本实施例中，所述适用于金刚石激光切割的固定治具中包括基座1以及压紧组件2，所述基座1为长方体形状或正方体形状，所述压紧组件2可拆卸式设于所述基座1上，所述压紧组件2上设有一块用于配合所述基座1将金刚石压紧的压紧板2013，且所述压紧组件2上的所述压紧板2013位于所述基座1顶面上方，所述压紧板2013的底面为水平面，所述压紧板2013与所述基座1顶面之间具有一定距离的间隙，间隙大小可根据需求进行适应性调整，该间隙用于预留空间放置金刚石。当金刚石在进行切割前，可以先将所述压紧组件2从所述基座1上取下或移动所述压紧板2013提升间隙宽度，然后将金刚石放置在所述基座1顶面上，最后将所述压紧组件2重新固定在所述基座1上完成组装，并且使得所述压紧板2013底部压紧金刚石，使用激光对其进行切割。在本发明中，当待切割的金刚石放置在所述固定治具上时，通过所述压紧板2013与所述基座1顶面的配合将金刚石夹紧固定，因此当金刚石被激光切割至晶体尾端时不会自动断面，从而降低了晶体尾端处粗糙度，保障了切割后金刚石籽晶的品质。
35.作为进一步的方案，所述压紧组件2包括压紧件201及锁紧件202，所述压紧件201与所述锁紧件202可拆卸式连接并分别夹持于所述基座1相对两侧上，且所述压紧板2013设
置在所述压紧件201上。具体地，在将所述压紧组件2从所述基座1上拆除时，须先将所述压紧件201与所述锁紧件202进行拆除，所述压紧件201上的所述压紧板2013用于压紧金刚石，所述锁紧件202用于配合所述压紧件201固定在所述基座1上，两者分别与所述基座1相对的两侧抵接且在配合下一同夹持在所述基座1上。
36.如图4-图5所示，作为更进一步的方案，所述压紧件201包括底座2011、第一夹持部2012及所述压紧板2013，所述第一夹持部2012一端与所述底座2011一侧固定连接，所述压紧板2013一端与所述底座2011顶部固定连接，所述锁紧件202包括连接部2021及第二夹持部2022，所述第二夹持部2022一端与所述连接部2021固定连接；其中，所述连接部2021与所述底座2011远离所述第一夹持部2012的一侧可拆卸式连接，所述第一夹持部2012及第二夹持部2022分别夹持于所述基座1相对两侧上，所述第一夹持部2012及第二夹持部2022均为长方形金属板。
37.在本实施例中，所述适用于金刚石激光切割的固定治具中，还包括螺钉(未图示)；所述连接部2021设有第一螺孔2023，所述底座2011靠近所述连接部2021的一侧设有第二螺孔2014，所述螺钉一端贯穿所述第一螺孔2023并设于所述第二螺孔2014内，另一端设置在所述连接部2021上。具体地，所述底座2011与所述连接部2021通过螺钉螺接，所述第一螺孔2023及第二螺孔2014内均设有内螺纹，当螺钉两端分别位于所述第一螺孔2023及所述第二螺孔2014时，所述底座2011与所述连接部2021通过螺钉固定连接，且此时所述压紧件201与所述锁紧件202分别夹持在所述基座1相对两侧上，当需要重新放置待切割的金刚石时，只需要将螺钉拧出，然后抬高所述压紧件201即可放入待切割的金刚石，最后还原所述压紧件201位置并再次将螺钉拧入，使得所述第一夹持部2012与所述第二夹持部2022一同夹持在所述基座1上，此时的所述压紧组件2是无法挪动的。进而，所述第一夹持部2012与第二夹持部2022靠近所述基座1的一侧上可以设置粗糙面或纹路，加强摩擦效果，从而提升所述压紧组件2与所述基座1之间结构稳定性。
38.作为进一步的方案，所述基座1底面设有用于固定所述基座1的固定杆3。通过将所述固定杆3插入对应的限位孔(该限位孔可以是激光切割仪上开设的安装孔)，即可完成所述固定治具的安装。进一步的，所述固定杆3为矩形，其对应的限位孔也为矩形。更进一步的，所述固定杆3下端外侧设有外螺纹，其对应的限位孔内设有内螺纹，所述固定杆3伸入限位孔内后，再通过旋转使得下端处的外螺纹与限位孔内的内螺纹完成螺纹连接，从而实现对所述固定杆3的更进一步固定。
39.由于现有技术中的激光切割仪使用的激光具有发散角度，在对金刚石切割时会使得上、下切割面均存在倾斜角度，因为工艺需求，金刚石切割所得的籽晶一般要求是正六面体(籽晶生长得到的金刚石也是正六面体，例如用来进行切割的金刚石也是正六面体)，因此不能有倾斜面，即通过激光切割的金刚石在初步切割后，还需要对得到的两块金刚石分别进行一次切割才能切除倾斜面，此方法较为麻烦，耗时且工作效率低，因此本发明提出了适用于金刚石激光切割的固定治具以解决上述问题，具体如下：
40.在本实施例中，所述基座1顶面为倾斜面；且所述基座1顶面与水平面之间的夹角为0.5
°‑
1.0
°
。具体地，所述基座1的顶面为具有一定倾斜角度的平整面，因为市面上激光切割时的激光光亮角度一般为1.4
°
，因此本实施例中的倾斜面的倾斜角度为0.7度，当激光对金刚石进行切割后，所得的两块金刚石只有上面那一块具有倾斜角，因此将下面那块被切
好金刚石取出后，重新调整所述压紧板2013与所述基座1之间间隙大小，使得所述压紧板2013压紧待第二次切割的金刚石，将第一次激光切割后留下的上面那块金刚石的被切割面放置在基座1顶面上，然后再对该金刚石进行切割，即可得到形状规则的金刚石籽晶，因此金刚石被切割后只需再经过一次切割就能得到两块符合需求的金刚石籽晶，相比较现有技术减少了一次激光切割。因此，本实施例提供的固定治具中，所采用的基座1的上表面为倾斜面，该倾斜面的倾斜角度为激光发散角度的一半，将金刚石放置在倾斜面上并被压紧板2013压紧，当金刚石被激光切割后，得到的两块金刚石中只有一块需要进行第二次激光切割，因此相比现有技术中的切割方式，减少了一次激光切割次数，节省了加工步骤，缩短了加工时长，进而提高了激光切割金刚石的工作效率。
41.在本实施例中，所述压紧件201、锁紧件202及所述基座1均由铜制成。由于激光切割时会产生高温，因此通过铜制的基座1及压紧组件2可以加快散热。
42.作为进一步的改进技术方案，所述底座2011与所述第一夹持部2012及所述压紧板2013一体成型，所述连接部2021与所述第二夹持部2022一体成型，便于对所述压紧件201及所述锁紧件202进行组装。
43.作为更进一步的改进技术方案，所述底座2011与所述基座1一侧抵接，所述底座2011与基座1抵接后，所述压紧件201无法再朝向基座1移动，此时压紧组件2三面与基座1的三个不同侧面抵接，加强了两者之间结构稳定性。
44.所述适用于金刚石激光切割的固定治具的组装步骤如下：
45.第一步，将所述压紧件201上的底座2011贴紧在基座1一侧，并将第一夹持部2012贴紧于基座另一侧，且调整好压紧板2013与基座顶面之间间隙大小；
46.第二步，将锁紧件202上的连接部2021贴紧在底座2011背离第一夹持部2012的一侧，且将第二夹持部2022与基座1背离第一夹持部2012的一侧贴紧，然后将第一螺孔2023对准第二螺孔2014；
47.第三步，将螺钉旋入第一螺孔2023及第二螺孔2014，压紧件201与锁紧件202固定连接，并一同夹紧在基座1侧部，完成组装。
48.综上，本发明实施例提供了一种适用于金刚石激光切割的固定治具，包括基座1及压紧组件2，所述压紧组件2与所述基座1可拆卸式连接，所述压紧组件2包括用于压紧金刚石的压紧板2013，所述压紧板2013与所述基座1顶面相对设置且两者之间具有间隙。在本发明中，当待切割的金刚石放置在所述固定治具上时，通过压紧板2013与基座1顶面的配合将金刚石夹紧固定，因此当金刚石被激光切割至晶体尾端时不会自动断面，从而降低了晶体尾端处粗糙度，保障了切割后金刚石籽晶的品质。同时，本发明实施例提供的固定治具中，所采用的基座1的上表面为倾斜面，该倾斜面的倾斜角度为激光发散角度的一半，将金刚石放置在倾斜面上并被压紧板2013压紧，当金刚石被激光切割后，得到的两块金刚石中只有一块需要进行第二次激光切割，因此相比现有技术中的切割方式，减少了一次激光切割次数，节省了加工步骤，缩短了加工时长，进而提高了激光切割金刚石的工作效率。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
54.当然，本发明上述实施例的描述较为细致，但不能因此而理解为对本发明的保护范围的限制，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围，本发明的保护范围以所附权利要求书为准。