一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法和装置与流程

本发明涉及激光切割领域，更具体地说，涉及一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法和装置。

背景技术：

1、作为一种合成的超硬材料，人造金刚石具有以下优异性能，包括高抗压强度，高耐磨性，优异的导热率，低热膨胀系数和良好的化学稳定性。人工培育金刚石生产技术和产业化在逐渐成熟，带来培育金刚石材料加工的强劲需求。由于其优异的超硬和强度特性，人造金刚石更难被加工和成型，传统的磨削，铣削等加工方法不再适用。进而，发展出工业化的人造金刚石的加工方法非常必要和紧迫。目前比较有效的切割方法包括电火花线切割，水刀切割，和激光切割。常规的长脉冲激光切割方式，可以有效的切割人造金刚石，然后切割过程中产生的碳粉层会随着切割深度增加，而破坏切割微环境，影响金刚石表面形貌和性能。

2、因此，如何在不使工艺复杂化的前提下提高激光切割质量，对于激光切割在金刚石材料上的应用有着重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法和装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：包括，激光器，用于输出脉冲宽度小于500ps的光束，光束以射线的形式传播并形成激光光路；聚焦光学元件，用于对光束进行聚焦形成一个激光光斑；光学扫描装置，用于控制光束的空间扫描位置和轨迹，以使激光光斑沿切割轨迹移动；移动载体，用于使待切割金刚石材料沿预设轨迹移动；

4、其中，光学扫描装置控制激光光斑在切割轨迹上形成锐利的分隔线或面；所述分隔线或面沿纵向方向延伸；所述预设轨迹与所述纵向方向相切以使分隔线或面在待切割金刚石材料上形成切断面。

5、进一步的，待切割金刚石材料通过固定机构安装在所述移动载体上；所述固定机构用于对待切割金刚石材料的两侧面进行固定。

6、进一步的，所述金刚石材料的两侧面与待切割金刚石表面垂直；所述固定机构对待切割金刚石材料的两侧面真空吸附固定。

7、进一步的，所述待切割金刚石材料沿预设轨迹移动为所述待切割金刚石材料绕一可动轴线转轴。

8、进一步的，所述可动轴线与所述待切割金刚石材料的中心线重合。

9、进一步的，所述激光光斑是直径小于10微米的圆点。

10、进一步的，金刚石材料的激光切割装置还包括：扩束镜，扩束镜用于扩大光束的直径。

11、进一步的，金刚石材料的激光切割装置还包括：反射镜；所述激光器、所述扩束镜、所述反射镜、所述聚焦光学元件和所述光学扫描装置沿激光光路方向依次设置。

12、一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法，采用上述的一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，所述方法包括：

13、通过光学扫面装置和聚焦光学元件，使激光通过聚焦光学元件聚焦形成的激光斑点位于待切割金刚石的表面上；

14、通过光学扫描装置控制光束的空间扫描位置和轨迹，使激光斑点在切割轨迹上形成锐利的分隔线或面；

15、通过移动载体沿预设轨迹运动，直至分隔线或面在移动载体上形成切断面；

16、对形成切断面的待切割金刚石材料进行分离，完成切割。

17、进一步的，待切割金刚石材料进行分离的方法包括：通过垂直于切断面的驱动外力的方式把待切割金刚石材料分开。

18、本发明提供了一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法，采用上述的一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，所述方法包括：通过光学扫面装置和聚焦光学元件，使激光通过聚焦光学元件聚焦形成的激光斑点位于待切割金刚石的表面上；通过光学扫描装置控制光束的空间扫描位置和轨迹，使激光斑点沿预设轨迹由第一位置移动到第二位置，使激光斑点的运动轨迹形成分隔线或面；通过光学扫描装置控制光束的空间扫描位置和轨迹再使激光斑点沿预设轨迹移动，直至激光斑点的运动轨迹形成切断面；对形成切断面的待切割金刚石材料进行分离，完成切割。

19、进一步的，待切割金刚石材料进行分离的方法包括：通过垂直于切断面的驱动外力的方式把待切割金刚石材料分开。

20、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

21、本方案本提供一种大尺寸培育金刚石的激光切割方法和装置。激光在扫描切割的同时，样品按照预设角度进行旋转或转动，光束在垂直于待切割金刚石材料表面方向逐层向下。样品在旋转过程中获得各向均匀的逐层材料去除，借此获得单向切割2倍以上的样品最大切深，并且大幅提高大切深情况下的切割速度，并保证切割面无碳化、亚微米级表面粗糙度。

技术特征：

1.一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：待切割金刚石材料通过固定机构安装在所述移动载体上；所述固定机构用于对待切割金刚石材料的两侧面进行固定。

3.根据权利要求2所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：所述金刚石材料的两侧面与待切割金刚石表面垂直；所述固定机构对待切割金刚石材料的两侧面真空吸附固定。

4.根据权利要求2所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：所述待切割金刚石材料沿预设轨迹移动为所述待切割金刚石材料绕一可动轴线转轴。

5.根据权利要求4所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：所述可动轴线与所述待切割金刚石材料的中心线重合。

6.根据权利要求1所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：所述激光光斑是直径小于10微米的圆点。

7.根据权利要求6所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：金刚石材料的激光切割装置还包括：扩束镜，扩束镜用于扩大光束的直径。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，其特征在于：金刚石材料的激光切割装置还包括：反射镜；所述激光器、所述扩束镜、所述反射镜、所述聚焦光学元件和所述光学扫描装置沿激光光路方向依次设置。

9.一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法，其特征在于：采用如权利要求1-8任意一项所述的一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割装置，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的尺寸培育金刚石材料的激光切割方法，其特征在于：待切割金刚石材料进行分离的方法包括：通过垂直于切断面的驱动外力的方式把待切割金刚石材料分开。

技术总结
本发明公开了一种大尺寸培育金刚石材料的激光切割方法和装置，属于激光切割领域，包括，激光器；扩束镜，用于扩大光束的直径；聚焦光学元件，用于对光束进行聚焦形成一个激光光斑；光学扫描装置，用于使激光光斑沿预设轨迹移动；移动载体；光学扫描装置控制激光光斑在切割轨迹上形成锐利的分隔线或面；所述分隔线或面沿纵向方向延伸；所述预设轨迹与所述纵向方向相切以使分隔线或面在待切割金刚石材料上形成切断面；它可以实现待切割金刚石材料按照预设角度进行旋转或转动，光束在垂直于待切割金刚石材料表面方向逐层向下。旋转过程中获得各向均匀的逐层材料去除，获得单向切割2倍以上的样品最大切深，并且大幅提高大切深情况下的切割速度。

技术研发人员：蒋立佳,蒋仕彬,朱晓农,宣婷
受保护的技术使用者：杭州银湖激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16