[发明专利]一种超硬材料表面金字塔结构化制造方法

说明书

本发明涉及一种超硬材料表面金字塔结构化的制造方法，其特征在于：将刀具和被加工件装配到切割机上，对工件表面进行等间距切割，切割间距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金刚石颗粒的刃高；第一刀切割工序完成后，调节载物盘方向，使切割片与前一工序切割方向垂直，切割间距与切割深度均设定到与上一步切割相同，再进行同样工艺的切割；切割完毕后将得到被加工材料表面的金字塔结构；所述制造方法所使用的工具由划片、钎焊层和金刚石颗粒构成；制备所述制造方法的工具，需要经过钎焊、研磨、抛光和激光出刃等步骤。本发明具有刀刃切割、不容易磨损、制造成本低、制造简单和对超硬材料表面的金字塔结构加工快速高效的特点。

技术领域

本发明属于精密加工领域，涉及一种超硬材料表面金字塔结构化的制造方法。

背景技术

微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，而金字塔微结构在微光学元件的表面有着广泛的应用。具有金字塔微型表面结构的微光学元件，能够实现一般的光学元件难以实现的微小阵列、集成和波面转换等功能。所以无论是在国防科技领域，还是在普通工业领域，其中包括光纤信号传输、信息综合处理、航空航天、生物医学以及激光加工技术等，金字塔微型表面结构都显示出越来越重要的应用价值和广阔的应用前景。

目前，加工金字塔结构主要是利用金刚石刀具“飞刀”切削。所谓“飞刀”切削，就是将工件固定，利用单点金刚石直线进给进行切削，且每次的切割间距保持相等，同一方向上的切割完成后，将工件按要求进行旋转，再进行等间距的切割，最后得到材料表面的金字塔结构。“飞刀”切削选用的金刚石刀具，一般为圆弧刀刃、多棱刀刃和平刀刃，很少使用尖刀刃。虽然利用尖刀刃加工金字塔结构在几何学角度上最为合理，但单点尖刀刃金刚石刀具极易崩刃和磨损，导致其前后加工的表面槽很难保持一致，加工出来的金字塔结构表面无法满足光学元件的要求，传统的单点金刚石很难加工超硬材料的表面，在制备金字塔结构等微表面结构时方法十分复杂，加工表面质量难以达到要求；而利用平刀刃和圆弧刀刃加工出来的金字塔，表面结构精度有限、加工过程繁琐，且只能加工单晶硅等较软材料的表面，很难实现超硬材料表面的金字塔结构化。

发明内容

发明目的：

为了解决传统“飞刀”切削中存在的磨损和崩刃问题、扩大金字塔结构可应用的材料范围、简化材料金字塔结构化的难度、提高制造效率，提出了一种超硬材料表面金字塔结构化制造方法。本发明工作原理为V型切割片刀刃等间距正交加工，相对于传统金刚石单点加工，本发明工具减轻了积屑现象，刀刃上个别金刚石颗粒的磨损不影响刀具的切割效果，本发明极大的提高了金字塔结构化的制造效率，简化了制造方法，延长了刀具的使用寿命，使大批量的超硬材料表面金字塔结构加工成为可能。

技术方案：

一种超硬材料表面金字塔结构化的制造方法，其特征在于：

1) 将刀具和被加工件装配到切割机的对应位置，将切割间距、切割深度以及切割刀数的参数输入到切割机内；

2) 对工件表面进行等间距切割，切割的间距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金刚石颗粒的刃高；

3) 第一刀切割工序完成后，通过切割机指令使载物盘旋转90°，切割片与步骤（2）切割路径方向垂直；

4) 切割间距与切割深度均与上一步切割设定相同，再进行同样工艺的切割；

5) 切割完毕后将工件从载物盘卸下，得到被加工材料表面的金字塔结构，每个金字塔相对三角面的夹角与V型刀刃的刃面夹角相等。

所述刀具包括划片、钎焊层和金刚石颗粒，金刚石颗粒通过钎焊层均匀镶嵌在划片边缘处；

所述划片边缘表面呈现V型结构。

所述划片的厚度在10μm~500μm之间。

径向外沿金刚石颗粒的刀刃呈V型结构，其两刃间的夹角为60°~120°。