高频激光对化学气相沉积金刚石的大切深实验

王吉; 章鹏; 张天润; 曹小文; 张文武

doi:10.37188/OPE.20223001.0089

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高频激光对化学气相沉积金刚石的大切深实验

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2022-02-15

- 高频激光对化学气相沉积金刚石的大切深实验
- Experiments of high frequency laser cutting of chemical vapor deposition diamond with large cutting depth
- 光学精密工程 2022年30卷第1期页码：89-95
- 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：
  
  [ "王　吉（1989-），男，浙江宁波人，硕士，高级工程师，2012年、2014年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位，主要从事高功率激光器及激光精细加工的研究。E-mail： wji@nimte.ac.cn" ]
  [ "章　鹏（1993-），男，安徽霍山人，工程师，2016年于安徽省皖西学院获得学士学位，现为宁波大艾激光科技有限公司生产部主管，主要从事激光加工及相关设备的研发工作。E-mail： shiyinist@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金资助项目(51805525);浙江省重点研发项目(2020C01036);宁波市2025科技重大专项(2019B10074);宁波市自然科学基金资助项目(2021J215)
- DOI：10.37188/OPE.20223001.0089
  中图分类号： TN249
- 收稿日期：2021-04-15，
  
  修回日期：2021-06-28，
  
  纸质出版日期：2022-01-15
- 稿件说明：
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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

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