Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth

Ji WANG; Peng ZHANG; Tianrun ZHANG; Xiaowen CAO; Wenwu ZHANG

doi:10.37188/OPE.20223001.0089

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-02-15

- Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 1, Pages: 89-95(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波 315201
  2.宁波大艾激光科技有限公司，浙江宁波 315201
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223001.0089
  CLC： TN249
- Received：15 April 2021，
  
  Revised：28 June 2021，
  
  Published：15 January 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
王吉,章鹏,张天润等.高频激光对化学气相沉积金刚石的大切深实验[J].光学精密工程,2022,30(01):89-95.

WANG Ji,ZHANG Peng,ZHANG Tianrun,et al.Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):89-95.
王吉,章鹏,张天润等.高频激光对化学气相沉积金刚石的大切深实验[J].光学精密工程,2022,30(01):89-95. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0089.

WANG Ji,ZHANG Peng,ZHANG Tianrun,et al.Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):89-95. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0089.

摘要

为了提高化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）金刚石的切深，采用新型的声光调制高重复频率激光器，研究了激光功率、焦点位置、激光重复频率、切割线速度以及激光横膜模式对CVD金刚石切缝宽度、切深以及表面粗糙度的影响。研究结果表明：切深和切缝上表面宽随着激光功率的增大而增大；焦点位置随切深的变化下移，可获得最大切深；重复频率的增大伴随着切深的减小和切缝上表面宽的增大；表面粗糙度随着切割线速度的增大先缓慢减小后显著增大；切缝上表面宽随着模式数的增多而增大。综合切深、缝宽和效率，最后在输出基横模下激光功率为12 W，重复频率为6 kHz，切割线速度为1 500 mm/min，焦点位置始终位于切割凹面，获得了效率最快、质量最好的结果，即单向切深最大可达7.2 mm，切面表面的粗糙度为0.804 µm，切缝上表面宽度为350 µm，满足在低切面表面粗糙度下获得CVD金刚石大切深的要求。

Abstract

To improve the cutting depth of chemical vapor deposition （CVD） diamond， the effects of laser power， focus position， repetitive frequency， scanning speed， and transverse mode on the width of cutting seam， cutting depth， and roughness of CVD diamond was used to achieve a novel high repetition rate laser with acousto-optic modulation. The results show that the cutting depth and width of upper kerf increased with the increase in laser power； the maximum cutting depth was obtained when the focus was moved down along with cutting depth； the cutting depth decreased and the width of upper kerf increased with an increase in repetition frequency； with the increase in cutting speed， the surface roughness decreased slowly and increased significantly subsequently； the width of upper kerf increased with the increase in the number of laser modes. The best result is obtained with a unidirectional cutting depth of 7.2 mm， surface roughness of 0.804 μm， and kerf’s width of 350 μm， while the laser power is 12 W， repetition frequency is 6 kHz， cutting speed is 1 500 mm/min， and the focus position is located on the concave surface. Hence， a large cutting depth of CVD diamond with low surface roughness is achieved.

关键词

Keywords

references

卢文壮，杨斌，冯伟，等 . 应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 3 ）： 540 - 546 . doi: 10.3788/OPE.20162403.0540 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162403.0540

LU W ZH ， YANG B ， FENG W ， et al . Lapping of sapphire wafers by CVD diamond coated tools ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 3 ）： 540 - 546 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20162403.0540 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162403.0540

毕果，王惠雪，周炼，等 . 金刚石砂轮磨削性能退化评估［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 7 ）： 1508 - 1515 . doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2019.06.032 http://dx.doi.org/10.16080/j.issn1671-833x.2019.06.032

BI G ， WANG H X ， ZHOU L ， et al . Gringing performance degradation of diamond wheel ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 7 ）： 1508 - 1515 . （in Chinese） . doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2019.06.032 http://dx.doi.org/10.16080/j.issn1671-833x.2019.06.032

PAPROCKI K ， FABISIAK K ， ŁOŚ S ， et al . Morphological， cathodoluminescence and thermoluminescence studies of defects in diamond films grown by HF CVD technique ［J］. Optical Materials ， 2020 ， 99 ： 109506 . doi: 10.1016/j.optmat.2019.109506 http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109506

季国顺，张永康 . 激光抛光化学气相沉积金刚石膜［J］. 激光技术， 2003 ， 27 （ 2 ）： 106 - 109 . doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2003.02.005 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-3806.2003.02.005

JI G SH ， ZHANG Y K . Laser polishing of chemically vapor-deposited diamond films ［J］. Laser Technology ， 2003 ， 27 （ 2 ）： 106 - 109 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2003.02.005 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-3806.2003.02.005

ZHANG Z ， ZHANG Q L ， WANG Q W ， et al . Investigation on the material removal behavior of single crystal diamond by infrared nanosecond pulsed laser ablation ［J］. Optics & Laser Technology ， 2020 ， 126 ： 106086 . doi: 10.1016/j.optlastec.2020.106086 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106086

ODAKE S ， OHFUJI H ， OKUCHI T ， et al . Pulsed laser processing of nano-polycrystalline diamond： a comparative study with single crystal diamond ［J］. Diamond and Related Materials ， 2009 ， 18 （ 5/6/7/8 ）： 877 - 880 . doi: 10.1016/j.diamond.2008.10.066 http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2008.10.066

谢晋，韦凤，田牧纯一 . 微纳V槽脆/塑性域切削的3D激光检测及评价［J］. 光学精密工程， 2009 ， 17 （ 11 ）： 2771 - 2778 . doi: 10.1007/978-0-387-74660-9_12 http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-74660-9_12

XIE J ， WEI F ， TAMAKI J . Laser measurement and evaluation for brittle/ductile cutting of micro/nano scale V-shaped groove ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2009 ， 17 （ 11 ）： 2771 - 2778 . （in Chinese） . doi: 10.1007/978-0-387-74660-9_12 http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-74660-9_12

SUN Y ， DOU J ， XU M X ， et al . Research on the mechanism of micromachining of CVD diamond by femtosecond laser ［J］. Ferroelectrics ， 2019 ， 549 （ 1 ）： 266 - 275 . doi: 10.1080/00150193.2019.1592569 http://dx.doi.org/10.1080/00150193.2019.1592569

AIZAWA T ， SHIRATORI T ， YOSHINO T ， et al . Femtosecond laser trimming of CVD-diamond coated punch for fine embossing ［J］. Materials Transactions ， 2020 ， 61 （ 2 ）： 244 - 250 . doi: 10.2320/matertrans.mt-ml2019003 http://dx.doi.org/10.2320/matertrans.mt-ml2019003

严垒，吴飞飞，邓煜恒，等 . 激光切割CVD金刚石膜的工艺研究［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2012 ， 32 （ 5 ）： 6 - 14 .

YAN L ， WU F F ， DEN Y H ， et al . Study on laser processing of chemical vapor deposition diamond thick film ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2012 ， 32 （ 5 ）： 6 - 14 . （in Chinese）

马玉平，张遥，魏超，等 . 飞秒激光抛光CVD金刚石涂层表面［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 1 ）： 164 - 171 . doi: 10.3788/ope.20192701.0164 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192701.0164

MA Y P ， ZHANG Y ， WEI CH ， et al . Surface polishing of CVD diamond coating by femtosecond laser ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 1 ）： 164 - 171 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192701.0164 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192701.0164

方向阳 . CVD金刚石膜激光铲平切割工艺研究［J］. 宁夏工程技术， 2003 ， 2 （ 2 ）： 157 - 160 . doi: 10.3969/j.issn.1671-7244.2003.02.017 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-7244.2003.02.017

FANG X Y . The research on laser cutting technology of CVD diamond film ［J］. Ningxia Engineering Technology ， 2003 ， 2 （ 2 ）： 157 - 160 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-7244.2003.02.017 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-7244.2003.02.017

唐杰，冯爱新，薛遥，等 . 基于200 PS激光的人造金刚石激光精细加工实验研究［J］. 应用激光， 2019 ， 39 （ 4 ）： 609 - 613 .

TANG J ， FENG AI X ， XUE Y ， et al . Elaborate processing of synthetic diamond based on 200 picosecond laser ［J］. Applied Laser ， 2019 ， 39 （ 4 ）： 609 - 613 . （in Chinese）

PRIESKE M ， VOLLERTSEN F . Picosecond-laser polishing of CVD-diamond coatings without graphite formation ［J］. Materials Today： Proceedings ， 2021 ， 40 ： 1 - 4 . doi: 10.1016/j.matpr.2020.01.283 http://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.283

陈根余，朱智超，殷赳，等 . 单晶金刚石飞秒激光加工的烧蚀阈值实验［J］. 中国激光， 2019 ， 46 （ 4 ）： 0402001 . doi: 10.3788/CJL201946.0402001 http://dx.doi.org/10.3788/CJL201946.0402001

CHEN G Y ， ZHU ZH CH ， YIN J ， et al . Experiment on ablation threshold of single crystal diamond produced by femtosecond laser processing ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2019 ， 46 （ 4 ）： 0402001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CJL201946.0402001 http://dx.doi.org/10.3788/CJL201946.0402001

WANG J ， ZHANG Y J ， DONG A T ， et al . Q -switched and mode-locked Er 3+ -doped fibre laser using a single-multi-single fibre filter and piezoelectric ［J］. Quantum Electronics ， 2014 ， 44 （ 4 ）： 298 - 300 . doi: 10.1070/qe2014v044n04abeh015086 http://dx.doi.org/10.1070/qe2014v044n04abeh015086

WANG J ， YAO B Q ， CUI Z ， et al . High efficiency actively Q -switched Ho： YVO 4 laser pumped at room temperature ［J］. Laser Physics Letters ， 2014 ， 11 （ 8 ）： 085003 . doi: 10.1088/1612-2011/11/8/085003 http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/11/8/085003

Views

694

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Modification of nickel slag and application in magnetic compound fluid polishing

Modeling of removal function and optimization of process parameters for robotic polishing M-ZnS

Process development of small size copper-plated InP wafer with 8-inch CMP equipment

Influence of water in magnetic compound fluid on polishing performance

Optimization of process parameters and surface characteristics in laser-assisted ultra-precision cutting of monocrystalline silicon

Related Author

WANG Youliang

YU Puyao

YIN Xincheng

ZHANG Wenjuan

ZANG Yikai

ZHU Beibei

QIN Lin

SHANG Yao

Related Institution

State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals， Lanzhou University of Technology

School of Mechanical and Electronical Engineering， Lanzhou University of Technology

Key Laboratory of Digital Manufacturing Technology and Application， Ministry of Education of China， Lanzhou University of Technology

School of Mechanical Science and Engineering， Huazhong University of Science and Technology

Shanghai Aerospace Control Technology Research Institute

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰