[发明专利]超硬激光晶体表面粗糙度的加工方法

说明书

一种超硬激光晶体表面粗糙度加工方法，该方法包括研磨、粗抛和精密环抛等步骤。本发明方法通过磨料粒径的检测，严格控制研磨阶段各工序的磨削量，从根本上去除亚表面缺陷；通过加入抛光助剂，使抛光液得到更均匀的分散和润滑，从而有效控制表面/亚表面缺陷的产生，大大提高了超硬激光晶体的表面粗糙度，对于规格为125mm×6mm×6mm及133mm×33mm×3mm的Nd：YAG晶体两个大面粗糙度达到0.3nm。

技术领域

本发明涉及激光晶体冷加工领域，特别是一种超硬激光晶体表面粗糙度的加工方法。

背景技术

作为高功率板条激光器的核心工作元件，板条激光晶体元件具有高透光率、均匀折射率、低激光阈值、耐冲击等优越的光学、机械和热性能特性，仍然是当前最重要、应用最广泛的固态激光器工作物质，大量用于军事、科研、医疗及工业激光器中，在需要高功率、高能量、开关和锁模超短脉冲激光等场合，更是首选的激光工作物质。

板条激光晶体加工精度直接影响到激光器的输出光束质量，随着板条激光器输出功率要求的不断提升，所需板条的几何尺寸越来越大，加工难度和质量要求也越来越高。对于典型的硬脆难加工晶体，如Nd：YAG晶体，莫氏硬度达到8.5，这类材料的弹性极限与强度极限非常接近，当材料所承受的载荷稍稍超过弹性极限时就会发生断裂破坏，加工表面容易产生微裂纹和凹坑，严重影响其表面质量和性能。其晶体结构属石榴石型，是自然界中仅次于金刚石、立方氮化硼的第三大硬脆材料，因此加工这种晶体比一般的光学材料更加困难。

针对超硬激光晶体材料的高表面粗糙度光学加工，目前国内外已报道的加工方法大多是在研抛机上利用沥青、聚氨酯或纯锡等抛光模，选用金刚石或氧化铝微粉磨料进行手工抛光或单轴机抛光。由于超硬晶体及加工辅料莫氏硬度均在8以上，因此在研磨及抛光过程中极易产生表面及亚表面缺陷，且很难去除。现有的各种工艺方法仍然无法完全解决板条晶体元件高表面粗糙度有效控制，实现该类元件高表面粗糙度加工制造仍比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种超硬激光晶体表面粗糙度的加工方法，该方法通过磨料粒径的检测，严格控制研磨阶段各工序的磨削量，从根本上去除亚表面缺陷；通过加入抛光助剂，使抛光液得到更均匀的分散和润滑，从而有效控制表面/亚表面缺陷的产生，大大提高了超硬激光晶体的表面粗糙度，实现了超硬激光晶体高表面粗糙度加工。

本发明的技术解决方案如下：

一种超硬激光晶体表面粗糙度加工方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

1)检测研磨用四种规格磨料的粒径，记录180#/240#/320#/500#磨料的最大粒径；

2)采用180#磨料，利用单轴机对晶体元件进行研磨，去除1-2mm，然后分别用240#、320#、500#磨料依次对晶体元件进行研磨，后一道磨料研磨的去除量至少为前一道磨料最大粒径的2倍，经过500#磨料研磨后，超声清洗，利用触针式轮廓仪检测元件表面，若表面粗糙度小于20nm，则进入下一步工序；若表面粗糙度大于20nm，则继续用500#磨料进行研磨直至表面粗糙度小于20nm；

3)在抛光液中加入1～5％体积比的抛光助剂，超声混合均匀构成混合抛光液以对晶体元件进行抛光，首先利用单轴机对晶体元件进行快速抛光，超声清洗后检测，直至表面粗糙度小于10nm，然后利用环抛机对晶体元件进行精密环形抛光，超声清洗后检测，直至表面粗糙度小于0.3nm。

4)加工完毕。

所述步骤1)和步骤2)中研磨用的磨料包括碳化硅、金刚砂、碳化硼；

所述步骤3)中抛光液为氧化铝抛光粉、金刚石微粉，中位粒径均小于1微米；抛光助剂为重铬酸钠；

本发明的技术效果如下：