[發明專利]一種超硬材料表面金字塔結構化制造方法

有效

• 申請號: 201710346086.7
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN106985289B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 苑澤偉;韓暉;李強;張祎衡
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B28D1/24
• 分類號: B28D1/24;B24B1/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明涉及一種超硬材料表面金字塔結構化的制造方法，其特征在于：將刀具和被加工件裝配到切割機上，對工件表面進行等間距切割，切割間距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金剛石顆粒的刃高；第一刀切割工序完成后，調節載物盤方向，使切割片與前一工序切割方向垂直，切割間距與切割深度均設定到與上一步切割相同，再進行同樣工藝的切割；切割完畢后將得到被加工材料表面的金字塔結構；所述制造方法所使用的工具由劃片、釬焊層和金剛石顆粒構成；制備所述制造方法的工具，需要經過釬焊、研磨、拋光和激光出刃等步驟。本發明具有刀刃切割、不容易磨損、制造成本低、制造簡單和對超硬材料表面的金字塔結構加工快速高效的特點。

技術領域

本發明屬于精密加工領域，涉及一種超硬材料表面金字塔結構化的制造方法。

背景技術

微光學元件是制造小型光電子系統的關鍵元件，而金字塔微結構在微光學元件的表面有著廣泛的應用。具有金字塔微型表面結構的微光學元件，能夠實現一般的光學元件難以實現的微小陣列、集成和波面轉換等功能。所以無論是在國防科技領域，還是在普通工業領域，其中包括光纖信號傳輸、信息綜合處理、航空航天、生物醫學以及激光加工技術等，金字塔微型表面結構都顯示出越來越重要的應用價值和廣闊的應用前景。

目前，加工金字塔結構主要是利用金剛石刀具“飛刀”切削。所謂“飛刀”切削，就是將工件固定，利用單點金剛石直線進給進行切削，且每次的切割間距保持相等，同一方向上的切割完成后，將工件按要求進行旋轉，再進行等間距的切割，最后得到材料表面的金字塔結構。“飛刀”切削選用的金剛石刀具，一般為圓弧刀刃、多棱刀刃和平刀刃，很少使用尖刀刃。雖然利用尖刀刃加工金字塔結構在幾何學角度上最為合理，但單點尖刀刃金剛石刀具極易崩刃和磨損，導致其前后加工的表面槽很難保持一致，加工出來的金字塔結構表面無法滿足光學元件的要求，傳統的單點金剛石很難加工超硬材料的表面，在制備金字塔結構等微表面結構時方法十分復雜，加工表面質量難以達到要求；而利用平刀刃和圓弧刀刃加工出來的金字塔，表面結構精度有限、加工過程繁瑣，且只能加工單晶硅等較軟材料的表面，很難實現超硬材料表面的金字塔結構化。

發明內容

發明目的：

為了解決傳統“飛刀”切削中存在的磨損和崩刃問題、擴大金字塔結構可應用的材料范圍、簡化材料金字塔結構化的難度、提高制造效率，提出了一種超硬材料表面金字塔結構化制造方法。本發明工作原理為V型切割片刀刃等間距正交加工，相對于傳統金剛石單點加工，本發明工具減輕了積屑現象，刀刃上個別金剛石顆粒的磨損不影響刀具的切割效果，本發明極大的提高了金字塔結構化的制造效率，簡化了制造方法，延長了刀具的使用壽命，使大批量的超硬材料表面金字塔結構加工成為可能。

技術方案：

一種超硬材料表面金字塔結構化的制造方法，其特征在于：

1) 將刀具和被加工件裝配到切割機的對應位置，將切割間距、切割深度以及切割刀數的參數輸入到切割機內；

2) 對工件表面進行等間距切割，切割的間距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金剛石顆粒的刃高；

3) 第一刀切割工序完成后，通過切割機指令使載物盤旋轉90°，切割片與步驟（2）切割路徑方向垂直；

4) 切割間距與切割深度均與上一步切割設定相同，再進行同樣工藝的切割；

5) 切割完畢后將工件從載物盤卸下，得到被加工材料表面的金字塔結構，每個金字塔相對三角面的夾角與V型刀刃的刃面夾角相等。

所述刀具包括劃片、釬焊層和金剛石顆粒，金剛石顆粒通過釬焊層均勻鑲嵌在劃片邊緣處；

所述劃片邊緣表面呈現V型結構。

所述劃片的厚度在10μm~500μm之間。

徑向外沿金剛石顆粒的刀刃呈V型結構，其兩刃間的夾角為60°~120°。