晶体加工流程

目录 晶体基础知识晶体的定向晶体的切割晶体的研磨晶体的抛光晶体的镀膜 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 一 什么是晶体 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 味精 石英 重晶石 方解石 1 晶体的基本特征 固态物质晶体有规则的几何形态 非晶体没有 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 物质凝固或从溶液中结晶的自然生长过程中所形成的外形 非加工外形 晶体 氯化钠 石英 冰花非晶体 玻璃 沥青 石蜡 晶体有固定的熔点 非晶体没有 各项异性 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶体在不同方向上的导热性 导电性 膨胀系数 折射率等不尽相同 晶体熔点 冰 0 NaCl 801 非晶体慢慢融化成液态 没有固定熔点 2 晶体的微观结构 物质组成 晶体结构 材料性能组成晶体的微观粒子在空间作有规律周期性排列 即长程有序 非晶体的微观结构特征是短程有序而长程无序 晶体中的点阵 晶格 晶胞 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶体中的几个重要术语 晶格 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 将晶体中的每个结构单元抽象为一个点 许多点排列成一行直线点阵 行内各点见的距离是相等的 即平移 许多行的直线点阵平行排列成一个平面点阵 各行之间的距离也相等 许多平面点阵平行排列成三维空间点阵 各平面间的距离也相等 周期性 把这些点联结在一起即为晶格 空间格子 晶体中的几个重要术语 晶胞 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 组成晶体的结构单元 在空间呈有规则的周期性排列 从中可以找出一个大小 形状完全相同的平行六面体 该六面体代表晶体的基本重复单位 晶胞晶胞不仅具有晶格的形状和大小 也包括位于晶格结点上的结构单元 微粒 晶胞在空间平移堆砌成晶体 晶体中的几个重要术语 晶格 晶体的结构单元组成的平行六面体 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶体中的几个重要术语 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶胞 结构单元 晶体中的几个重要术语 晶胞参数 晶胞的形状 大小可用6个参数来表示 此即晶胞参数 也称为晶格常数 它们分别是3条边棱的长度a b c和3条边棱的夹角 如图所示 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 七种晶系 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 七种晶系 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶面和晶面指数 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 晶面 晶体中通过若干质点 原子 分子或原子团所处的位置 并与晶轴相交的平面 晶面指数 晶面指数是用晶面在三个晶轴上的截距的倒数 并将三个倒数化为互质的整数比 写作 hkl 二 晶体加工 1 晶体的定向 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 定向 即确定方向之意 是晶体加工的基本工序 也是晶体和光学玻璃加工最大的区别之一 定向的意义 晶体之所以要定向是由晶体的各向异性决定的 因为不同晶向其物理性质是不同的 定向方法 通过不同技术手段 测定已知晶体的实际晶面与理想晶面的偏角 目前较为常用的是X 射线衍射法进行定向 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications X 射线衍射线定向机理 衍射方向取决于晶体中原子周期性排列的重复规律 即与晶体的空间点阵有关 因此 根据衍射方向 可求出晶体的晶系 晶胞参数和格子类型 在一定的衍射方向上的衍射强度与晶胞中原子的种类及其分布有关 因此 衍射强度可用来测定原子在晶胞中的位置 X 射线的产生 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 产生自由电子 使电子作定向的高速运动 在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 2 晶体的切割 晶体在毛坯完成定向后 就可以根据定向结果 选择合适的切割方式 加工出所需晶面和预加工的外形 晶体切割方法 由于不同晶体 其硬度和各种理化性能差别很大 因此 不能也无法完全套用光学玻璃的切割方法 相对于光学玻璃 晶体的切割手段要多很多 目前晶体的切割有外圆切割 内圆切割 多线切割 超声切割 激光切割 化学腐蚀切割和微电子束切割等 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 常用切割方法 外圆切割 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 金刚石外圆切割是在切割锯片的外圆周 烧结上金刚石磨料 切割时依靠金刚石的强力切削作用 实现对晶体材料的切割 工作时 一般需要切割油的润滑与冷却 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 外圆切割机 常用切割方法 内圆切割 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 内圆切割也称内刃切片 它是在金刚石外圆切割的基础上发展起来的 其主要特点是金刚石磨料 电镀在环形锯片的内圆刃口上 因此 锯片摆动较小 加之切割刃口薄 故切割质量较高 晶体损耗小 是目前国内外使用较为广泛的一种晶体切割方法 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 内圆切割机 常用切割方法 多线切割 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 利用缠绕在罗拉上紧绷的金属线 通过罗拉的转动和系统的进给 对晶体进行磨削切割 多线切割机 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 部分切割产品 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 3 晶体的研磨 晶体在完成切割后 只是加工出基本形状 通常都是长方体 因此 需要经过合适的研磨 才能使晶体达到设计 加工要求的尺寸和形状 晶体研磨 通常我们称之为粗磨 这是一个重要的承上启下的环节 即为上道定切修准晶体的定向精度 使晶体最终成形 也为下道晶体抛光完成晶面的修整和预处理 同时还需要承担加工晶面的保护工作 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 粗磨 晶体的成形环节 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 上盘区 晶体上盘 晶体成盘 晶体磨砂 4 晶体的抛光 抛光的目的 利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行修饰加工 从而使工件表面粗糙度降低 以获得光亮 平整表面 抛光的方法 机械 化学和电化学抛光 目前比较常用的是机械抛光法 需要特别指明的是 晶体冷加工中的技术难点主要集中在抛光工序上 这是目前的一个共识 而晶体零件加工精度越高 机械化程度就越低 因此 这里所说的机械抛光 并不一定是指完全摒弃人员操作和手动抛光的机械行为 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 常规抛光法 手抛 手抛的特点 基本由抛光人员手工操作 适合高精度 高难度等晶体的加工 但由于手工操作的特性 对抛光人员的技术及经验要求较高 即使相对完整的工艺 也难将所有技术细节尽收其中 因此 可能出现抛光质量波动或难以用常规工艺知识解释的现象 而且 每批次加工的数量是比较有限的 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 常规抛光法 手抛 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 抛光区 晶体手抛 高速抛光 高速抛光 常规抛光法 机抛 机抛的特点 抛光人员主要通过操作抛光设备对晶体进行抛光 自动化程度相对较高 通过与光胶工艺的结合 适合批量加工常规要求的晶体 尽管对操作人员的技术经验依然存在依赖 但是整体工艺及产品质量相对稳定 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 常规抛光法 机抛 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 机抛上盘 机抛磨砂 机抛高抛 低速精抛 光胶工艺 光胶 通过分子之间的吸引力将光学玻璃或晶体零件抛光表面结合在一起的工艺 光胶的优点 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 光胶由于分子间的吸引力 可以提高晶体在加工中的机械性能 光胶相对于常规胶合有着不易脱胶 加工精度高 晶体表面损伤小等诸多优势 光胶工艺 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 光胶板 光胶靠体 晶体光胶 5 晶体的镀膜 晶体镀膜 镀膜基本上是晶体加工中的最后一道工序 通过合理的膜系设计和选择合适的镀膜工艺 为晶体镀上具有不同作用的光学膜 从而提高晶体的光学性能 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 结束语 ALeadingManufacturerofCrystalsandOpticsforLaserApplications 人工晶体 广义上人工晶体材料泛指用人工方法合成并以单晶形态存在的晶体材