專利名稱：晶體毛坯的切割方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體毛坯的處理方法，尤其涉及一種大尺寸藍寶石晶體毛坯的切割方法。
背景技術：
無色藍寶石(sapphire)分子式為a-Al2O3,由三個氧原子和兩個招原子以共價鍵形式結合而成，其晶體結構為六方晶體結構，藍寶石硬度很高(莫氏硬度9級)，僅次于金剛石，它常被應用的切面有A-Plane、C-Plane和R-Plane。藍寶石晶體是一種集優良光學性能、物理性能和化學性能的獨特結合體，其優良的性能使藍寶石晶體成為現代工業重要基礎材料，除被軍用紅外裝置、導彈、潛艇、衛星空間技術、探測和高功率強激光等尖端科技廣泛應用外，它還為微電子、光電子、半導體、光通信、信息顯示、精密機械、國防軍事及國內外重大科學工程等眾多熱電領域技術發展尤其是藍(白)光LED照明產業提供了窗口材料。目前采用泡生法、提拉法等方法已可以生長出直徑在300mm以上的大尺寸藍寶石晶體，但由于藍寶石晶體硬度很高，如何才能快速、精確完成藍寶石晶體毛坯的加工處理便成為值得關注的問題。目前普遍采用的藍寶石晶體毛坯切割方式通常包括內、外圓切割法、帶鋸切割和金剛線的直線進給切割方式。內、外圓切割法使用刀口邊緣鑲有金剛石顆粒的金屬圓片來切割晶體，切割得到的晶體尺寸精度不高，平整度較差，且不能連續切割，切割效率低；帶鋸切割法以邊緣渡金剛砂的金屬鋸條進行切割，這種切割方式的不足在于切割效率低，切割出的晶體表面質量較差，特別是針對大尺寸的藍寶石晶體，而且承載金剛砂的金屬基材容易出現斷裂的現象，鋸帶使用周期短，需要經常進行更換；而金剛線的直線進給切割方式利用金剛線的高速往復運動，實現對晶體的切割，其是將藍寶石晶體毛坯置于金剛線的上方，待金剛線高速運行時，迫使藍寶石晶體毛坯壓迫金剛線，經由該高速運行的金剛線對藍寶石晶體毛坯的弧面進行摩擦而開始直線式切割作業，當金剛線由藍寶石晶體毛坯一側切割至另一側時，即將藍寶石晶體毛坯切割為藍寶石晶片，這種金剛線的直線進給切割方式雖然提高了切割后的晶體的表面質量，但是，由于圓柱體的藍寶石晶體在切割至一半時，與剛開始切割時相比，金剛線與藍寶石晶體毛坯由于為線接觸方式，其接觸面最大，金剛線受到的運行阻力最大，存在冷卻效果不好，切割過程中會產生大量熱量，同時，切割至一半時，金剛線行程最大，切割緩慢，從而造成切割效率低的問題。

發明內容
為了解決以上現有技術中藍寶石晶體毛坯在切割處理過程中所存在的問題，本發明提供了一種晶體毛坯的切割方法，包括晶錠C面的切割、晶棒端面的切割、以及籽晶的加工，不僅能提聞晶體毛還的切割效率、質量和切割精確度，還可以有效利用余料，提聞晶體毛坯的利用率，降低加工成本。本發明所提供的技術方案為一種晶體毛坯的切割方法，包括以下步驟
確定藍寶石晶體毛坯的切割位置，并劃標記線做好切割位置標記；將藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上，并調整金剛線與藍寶石晶體毛坯的垂直高度，使金剛線對準并壓在藍寶石晶體毛坯的標記線上，并保證金剛線進給所形成的平面與藍寶石晶體毛坯上的標記線切割后形成的切割平面重合；打開冷卻液閥門，通過冷卻液對藍寶石晶體毛坯進行冷卻，利用金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割，其中，所述搖擺式切割方式為藍寶石晶體毛坯保持固定不動，金剛線沿垂直于藍寶石晶體毛坯放置的方向進給運行，且金剛線在其進給所形成的平面內進行搖擺，而與藍寶石晶體毛坯形成不同位置的切割接觸點，以在不同位置的切割接觸點處連續切割藍寶石晶體毛坯。進一步的，所述將所述藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上的步驟為藍寶石晶體毛坯采用AB膠或者Q膠粘貼在工件板上，再將工件板固定在切割機上。
進一步的，所述的晶體毛坯的切割方法還包括在切割完成后，取下切割部分材料，所述的取下切割部分材料的步驟為取下藍寶石晶體毛坯切割后的余料及粘貼在其上的工件板，放入烘箱內進行加熱脫膠處理，脫膠后取下切割好的晶體。進一步的，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線的線速度為600 1000m/min,所述金剛線的線進給量為I 4mm/min。進一步的，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線采用回線的進給方式，其中，進線量600 1000m，回線量400 800m。進一步的，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線各處張力均勻分布，其張力為25 40N。進一步的，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線搖擺角度為3 6°，搖擺頻率為每分鐘10 30次。進一步的，所述金剛線的直徑為O. 25 O. 35mm。進一步的，所述冷卻液中切削液與水的體積配比為I : (15 30)。本發明的晶體毛坯的切割方法可用于晶錠C面的切割、晶棒端面的切割、或籽晶的加工。本發明晶體毛坯的切割方法具有以下有益效果(I)本發明選用金剛線的搖擺式切割方式對晶體毛坯進行切割，與傳統的金剛線直線式切割方式相比，金剛線與晶體毛坯由傳統的線接觸變為點接觸，不僅能有效排除切割過程中產生的大量熱量，而且能提高切割的效率。(2)采用金剛線的搖擺式切割方式線切割晶體毛坯，晶體表面具有較好的平坦度，晶體毛坯在切割過程為連續切割過程，金剛線處于擺動狀態，晶體處于固定狀態，避免了晶體切割面出現較大偏差，具有較好的平坦度。(3)金剛線采用回線的進給方式，能最大限度的利用金剛線，降低成本。(4)晶體毛坯的固定采用AB膠或Q膠進行粘貼固定，脫膠時只需進行加熱皆可，不會對晶體造成損壞。(5)切割工藝簡單，操作方便。


圖I為金剛線對晶體毛坯的搖擺式切割方式的示意圖；圖2為本發明晶體毛坯的切割方法的操作流程圖。
具體實施例方式為使本發明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施例進行詳細描述。下面僅以大尺寸藍寶石晶體為例，當然可以理解的是，本實施例中的晶體毛坯的切割方法還可適用于其他類型的寶石。為了解決現有技術中，藍寶石晶體毛坯尤其是直徑300mm以上的大尺寸藍寶石晶體毛坯在采用內、外圓切割法、帶鋸切割和金剛線的直線進給切割方式進行切割時所存在的晶體尺寸精度不高、平整度較差、不能連續切割、切割效率低、切割產生大量熱量等問題，本發明提供了一種藍寶石晶體毛坯的切割方法，尤其適用于大尺寸藍寶石晶體毛坯的切害I]，包括晶淀C面的切割、晶棒端面的切割以及桿晶的加工，不僅能提聞晶體毛還的切割效率、質量和切割精確度，還可以有效利用余料，提高晶體毛坯的利用率，降低加工成本。本發明晶體毛坯的切割方法是采用金剛線對藍寶石晶體毛坯進行線切割，與傳統的金剛線直線進給切割方式或帶鋸切割方式相比，本發明的改進之處在于，本發明晶體毛坯的切割方法是通過金剛線搖擺式切割方式對藍寶石晶體毛坯進行切割。如圖I所示為金剛線的搖擺式切割方式的示意圖。如圖I所示，搖擺式切割方式的操作為藍寶石晶體毛坯I保持固定不動，金剛線2沿垂直于藍寶石晶體毛坯I放置的方向進給運行，且金剛線2在其進給所形成的平面內以一定搖擺角度α進行搖擺(如圖中虛線和箭頭方向所示)，而與藍寶石晶體毛坯I形成不同位置的切割接觸點(圖中僅畫出三個切割接觸點a、b、c)，使得金剛線2與藍寶石晶體毛坯I實現點接觸(此處的點接觸，在切割進行至一半時，也可以理解為，與金剛線直線進給方式相比較而言，金剛線2與藍寶石晶體毛坯I之間接觸面小很多)，從而使得金剛線2在不同位置的切割接觸點位置處、沿其進給方向連續切割藍寶石晶體毛坯。本發明選用金剛線的搖擺式切割方式切割工藝簡單，操作方便，與傳統的金剛線直線式切割方式相比，金剛線與藍寶石晶體毛坯由傳統的線接觸變為點接觸(或者，金剛線2與藍寶石晶體毛坯I之間接觸面小很多)，不僅能有效排除切割過程中產生的大量熱量，而且能提高切割的效率；同時，采用金剛線的搖擺式切割方式線切割晶體毛坯，晶體表面具有較好的平坦度，晶體毛坯在切割過程為連續切割過程，金剛線處于擺動狀態，晶體處于固定狀態，避免了晶體切割面出現較大偏差，具有較好的平坦度。圖2為本發明大尺寸藍寶石晶體毛坯的操作流程圖。如圖2所示，本發明晶體毛坯的切割方法具體操作步驟為步驟101、確定藍寶石晶體毛坯的切割位置，并劃標記線做好切割位置標記；步驟102、將藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上，并調整金剛線與藍寶石晶體毛坯的垂直高度，使金剛線對準并壓在藍寶石晶體毛坯的標記線上，并保證金剛線進給 所形成的平面與藍寶石晶體毛坯上的標記線切割后形成的切割平面重合；步驟103、打開冷卻液閥門，通過冷卻液對藍寶石晶體毛坯進行冷卻，利用金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割；步驟104、取下切割部分材料。以下通過具體實施方式
對本發明晶體毛坯的切割方法進行詳細介紹，并確定采用本發明切割方法在藍寶石晶錠的切割、晶棒的切割以及籽晶的加工中的優選切割參數，以保證晶體毛還在切割效率提聞的同時，晶體的尺寸精度聞，平整度好，提聞晶體表面質量。實施例I 85Kg藍寶石晶錠的切割，具體操作過程如下(I)選用直徑為O. 25 O. 35mm的金剛線，調節切割機上安裝金剛線的線輪、張緊輪、導向輪，保證金剛線各處張力均勻分布。(2)配制冷卻液冷卻液優選藍寶石專用切削液，以切削液與水I : (15 30)的體積配比進行配制。(3)確定藍寶石晶錠的待切割區域先粗切出藍寶石晶錠的C面，通過觀察生長成型的藍寶石晶錠表面，初步確定C向，并用記號筆劃出標記線做好切割位置標記，確定待切割區域。(4)安裝固定藍寶石晶體毛坯將標記后的藍寶石晶錠用AB膠(雙組份膠)或Q膠粘貼在工件板上，再將工件板固定在切割機的切割工作臺上，通過切割機的夾具夾緊藍寶石晶錠，調整夾具與金剛線的垂直高度，并使金剛線對準恰好壓在標記線上，并保證金剛線進給所形成的平面與藍寶石晶錠上的標記線切割后形成的切割平面(C面)重合。(5)設定切割參數，包括金剛線的線速度、線進給量、線張力、回線量、搖擺角度和搖擺頻率等參數，其中，金剛線的線速度600 1000m/min,線進給量I 4mm/min進進線量600 1000m，回線量400 800m ；金剛線張力25 40N ；搖擺角度3 6度，搖擺頻率每分鐘10-30次。(6)打開冷卻液閥門，通過冷卻液對藍寶石晶錠進行冷卻，按設定的切割參數采用金剛線的搖擺式切割方式切割藍寶石晶錠，直至切割完畢。(7)切割完成后，將工件板及粘貼在其上的藍寶石晶錠放入烘箱中進行加熱脫膠處理，脫膠后即可取下切割后的晶錠。實施例2藍寶石晶棒端面的切割，具體操作過程如下(I)選用直徑為O. 25 O. 35mm的金剛線，調節切割機上安裝金剛線的線輪、張緊輪、導向輪，保證金剛線各處張力均勻分布。(2)配制冷卻液冷卻液優選藍寶石專用切削液，以切削液與水I : (15 30)的體積比例進行配制。(3)確定藍寶石晶棒待切割端面觀察套棒后晶棒內部質量，確定晶棒的可利用區域，用記號筆標記切割位置，確定待切割端面。(4)安裝固定藍寶石晶棒將標記后的藍寶石晶錠用AB膠(雙組份膠)或Q膠粘貼在工件板上，再將工件板固定在切割機的切割工作臺上，通過切割機的夾具夾緊藍寶石晶錠，調整夾具與金剛線的垂直高度，并使金剛線對準恰好壓在標記線上，并保證金剛線進給所形成的平面與晶棒上的標記線切割后形成的切割平面(切割端面)重合。(5)設定切割參數，包括金剛線的線速度、線進給量、線張力、回線量、搖擺角度和搖擺頻率等參數，其中，
金剛線的線速度600 1000m/min,線進給量I 4mm/min ；進線量6OO 1000m，回線量400 8OOm ;金剛線張力25 40N;搖擺角度3 6度，搖擺頻率每分鐘10 30次。(6)打開冷卻液閥門，通過冷卻液對晶棒進行冷卻，按設定的切割參數采用金剛線的搖擺式切割方式切割晶棒，直至切割完畢。(7)切割完成后，將工件板及粘貼在其上的晶棒放入烘箱中進行加熱脫膠處理，脫膠后即可取下切割后的晶棒。實施例3上述實施例中的監寶石晶淀或晶棒切割后的晶體余料可用于加工桿晶，提聞晶體利用率，降低加工成本。籽晶的加工的具體操作過程如下(I)選用直徑為O. 25 O. 35mm的金剛線，調節切割機上安裝金剛線的線輪、張緊輪、導向輪，保證金剛線各處張力均勻分布。(2)配制冷卻液冷卻液優選藍寶石專用切削液，以切削液與水I : (15 30)的體積比例進行配制。(3)確定籽晶待切割端面確定待切割籽晶的寬度，用記號筆在晶體余料上劃標記線標記切割位置，確定待切割端面。(4)安裝固定帶切割余料將藍寶石晶體切割后的余料采用AB膠或Q膠粘貼在工件板上，然后將工件板固定在切割機上，切割機夾具加緊工件板，并調節夾具與金剛線的垂直位置，使金剛線對準并恰好壓在標記線上，并保證金剛線進給所形成的平面與晶棒上的標記線切割后形成的切割平面(切割端面)重合。(5)設定切割參數，包括金剛線的線速度、線進給量、線張力、回線量、搖擺角度和搖擺頻率等參數，其中，金剛線的線速度600 1000m/min,線進給量I 4mm/min ；進線量600 1000m，回線量400 800m ;金剛線張力25 40N，搖擺角度3 6度，搖擺頻率每分鐘10 30次。(6)打開冷卻液閥門，通過冷卻液對切割后的晶體余料進行冷卻，按設定的切割參數采用金剛線的搖擺式切割方式切割晶體余料，直至切割完畢。(7)切割完成后，將工件板及粘貼在其上的晶體余料放入烘箱中進行加熱脫膠處理，脫膠后即可取下加工好的籽晶。以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種晶體毛坯的切割方法，其特征在于，包括以下步驟 確定藍寶石晶體毛坯的切割位置，并劃標記線做好切割位置標記； 將藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上，并調整金剛線與藍寶石晶體毛坯的垂直高度； 通過冷卻液對藍寶石晶體毛坯進行冷卻，利用金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割。
2.根據權利要求I所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，所述搖擺式切割方式為藍寶石晶體毛坯保持固定不動，金剛線沿垂直于藍寶石晶體毛坯放置的方向進給運行，且金剛線在其進給所形成的平面內進行搖擺，而與藍寶石晶體毛坯形成不同位置的切割接觸點，以在不同位置的切割接觸點位置處連續切割藍寶石晶體毛坯。
3.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，所述將藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上的步驟為 藍寶石晶體毛坯采用AB膠或者Q膠粘貼在工件板上，再將工件板固定在切割機上。
4.根據權利要求3所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，所述的切割方法還包括切割完成后，取下藍寶石晶體毛坯切割后的晶體余料及粘貼在其上的工件板，放入烘箱內進行加熱脫膠處理，脫膠后取下切割好的晶體。
5.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線的線速度為600 1000m/min，線進給量為I 4mm/min。
6.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線采用回線的進給方式，其中，進線量600 1000m,回線量400 800m。
7.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線各處張力均勻分布，其張力為25 40N。
8.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于，金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割時，所述金剛線的搖擺角度為3 6度，搖擺頻率為每分鐘10 30次。
9.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于所述金剛線的直徑為 O. 25 O. 35mm。
10.根據權利要求I或2所述的晶體毛坯的切割方法，其特征在于所述冷卻液中切削液與水的體積配比為I : (15 30)。
全文摘要
本發明涉及一種晶體毛坯的切割方法，首先，確定藍寶石晶體毛坯的切割位置，并劃標記線做好切割位置標記；然后，將藍寶石晶體毛坯固定安裝在切割工作臺上，并調整金剛線與藍寶石晶體毛坯的垂直高度；然后，通過冷卻液對藍寶石晶體毛坯進行冷卻，利用金剛線以搖擺式切割方式沿標記線對藍寶石晶體毛坯進行切割；最后，取下切割部分材料。本發明的切割方法選用金剛線的搖擺式切割方式，不僅能提高晶體毛坯的切割效率、質量和切割精確度，還可以有效利用余料，提高晶體毛坯的利用率，降低加工成本。
文檔編號B28D5/04GK102632555SQ20121002611
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者孫永超, 拾康, 田野, 談佳華, 陳翼 申請人:徐州協鑫光電科技有限公司