晶体加工流程(PPT38页)11025.ppt

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1、目录l晶体基础知识晶体基础知识l晶体的定向晶体的定向l晶体的切割晶体的切割l晶体的研磨晶体的研磨l晶体的抛光晶体的抛光l晶体的镀膜晶体的镀膜-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications一、什么是晶体-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications味精石英重晶石方解石1、晶体的基本特征u固态物质固态物质u晶体有规则的几何形态，非晶体没有。晶体有规则的几何形态，非晶体没有。-A Leading Manufacture

2、r of Crystals and Optics for Laser Applications物质凝固或从溶液中结晶的物质凝固或从溶液中结晶的自然生长自然生长过程过程中所形成的外形，非加工外形。中所形成的外形，非加工外形。晶体晶体：氯化钠、石英、冰花：氯化钠、石英、冰花非晶体非晶体：玻璃、沥青、石蜡：玻璃、沥青、石蜡u晶体有固定的熔点，非晶体没有。晶体有固定的熔点，非晶体没有。u各项异性：各项异性：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications晶体晶体在不同方向上的导热性、导电性、膨胀在不同方向上的导热

3、性、导电性、膨胀系数、折射率等不尽相同。系数、折射率等不尽相同。晶体晶体熔点：冰（熔点：冰（0），），NaCl（801）非晶体非晶体慢慢融化成液态，没有固定熔点。慢慢融化成液态，没有固定熔点。2、晶体的微观结构 物质组成物质组成晶体结构晶体结构材料性能材料性能 组成组成晶体晶体的微观粒子在空间作有规律周期性的微观粒子在空间作有规律周期性排列（即长程有序）。排列（即长程有序）。非晶体非晶体的微观结构特征是短程有序而长程无的微观结构特征是短程有序而长程无序。序。晶体中的晶体中的点阵、晶格、晶胞点阵、晶格、晶胞-A Leading Manufacturer of Crystals and Optic

4、s for Laser Applications晶体中的几个重要术语u晶格：晶格：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications将晶体中的每个将晶体中的每个结构单元结构单元抽象为一个抽象为一个点点；许多点排列成一行直线点阵；行内各点见的距许多点排列成一行直线点阵；行内各点见的距离是相等的；（即平移）离是相等的；（即平移）许多行的直线点阵平行排列成一个平面点阵；许多行的直线点阵平行排列成一个平面点阵；各行之间的距离也相等；各行之间的距离也相等；许多平面点阵平行排列成许多平面点阵平行排列成三维空间点阵三维空

5、间点阵，各平，各平面间的距离也相等；（面间的距离也相等；（周期性周期性）把这些点联结在一起即为把这些点联结在一起即为晶格晶格（空间格子）（空间格子）晶体中的几个重要术语u晶胞：晶胞：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications组成晶体的组成晶体的结构单元结构单元，在空间呈有规则的，在空间呈有规则的周期性周期性排列；排列；从中可以找出一个大小、形状完全相同的平行六从中可以找出一个大小、形状完全相同的平行六面体；面体；该六面体代表晶体的该六面体代表晶体的基本重复单位基本重复单位-晶胞晶胞晶胞不仅具有晶格的

6、形状和大小，也包括位于晶晶胞不仅具有晶格的形状和大小，也包括位于晶格结点上的结构单元格结点上的结构单元(微粒）；微粒）；晶胞在晶胞在空间平移堆砌空间平移堆砌成晶体。成晶体。晶体中的几个重要术语晶格晶格(晶体的结构单元组成的平行六面体晶体的结构单元组成的平行六面体)-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications晶体中的几个重要术语-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications晶胞：结构单元晶体中的几个重要术语u晶胞

7、参数：晶胞参数：晶胞的形状、大小可用晶胞的形状、大小可用6个参数个参数来表示，此即晶胞参数，也称为晶格来表示，此即晶胞参数，也称为晶格常数，它们分别是常数，它们分别是3条边棱的长度条边棱的长度a、b、c和和3条边棱的夹角条边棱的夹角、，如，如图所示：图所示：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu七种晶系：七种晶系：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu七种晶系：七种晶系：-A Leading

8、Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu晶面和晶面指数：晶面和晶面指数：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications晶面：晶面：晶体中通过若晶体中通过若干质点（原子、分子或干质点（原子、分子或原子团所处的位置）并原子团所处的位置）并与晶轴相交的平面。与晶轴相交的平面。晶面指数：晶面指数：晶面指数晶面指数是用晶面在三个晶轴上是用晶面在三个晶轴上的截距的倒数，并的截距的倒数，并将三将三个个倒数化倒数化为为互互质质的整数的整数比比

9、，写作（，写作（hkl）。）。二、晶体加工u1、晶体的定向：、晶体的定向：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications定向：定向：即确定方向之意，是晶体加工的基本即确定方向之意，是晶体加工的基本工序，也是晶体和光学玻璃加工最大的区别之工序，也是晶体和光学玻璃加工最大的区别之一。一。定向的意义：晶体之所以要定向是由定向的意义：晶体之所以要定向是由晶体的晶体的各向异性决定各向异性决定的，因为不同晶向其物理性质是的，因为不同晶向其物理性质是不同的。不同的。定向方法：通过不同技术手段，定向方法：通过不同技术手

10、段，测定已知晶测定已知晶体的实际晶面与理想晶面的偏角体的实际晶面与理想晶面的偏角。（目前较为。（目前较为常用的是常用的是X-射线衍射法进行定向）射线衍射法进行定向）-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser ApplicationsuX-射线衍射线定向机理：射线衍射线定向机理：衍衍射射方方向向取取决决于于晶晶体体中中原原子子周周期期性性排排列列的的重重复复规规律律，即即与与晶晶体体的的空空间间点点阵阵有有关关。因因此此，根根据据衍衍射射方方向向，可可求求出出晶晶体体的的晶晶系系、晶晶胞胞参参数和格子类型。数和格子类型。在在一

11、一定定的的衍衍射射方方向向上上的的衍衍射射强强度度与与晶晶胞胞中中原原子子的的种种类类及及其其分分布布有有关关。因因此此，衍衍射射强强度度可可用来测定原子在晶胞中的位置。用来测定原子在晶胞中的位置。uX-射线的产生：射线的产生：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications产生产生自由电子自由电子；使使电子作电子作定向定向的高速运动的高速运动;在在其其运运动动的的路路径径上上设设置置一一个个障障碍碍物物使使电电子子突突然然减减速或停止速或停止。接变压器接变压器玻璃玻璃金属聚灯罩金属聚灯罩铍窗口铍窗口金金

12、属属靶靶冷却水冷却水电子电子X X射线射线X X射线射线X射线管剖面示意图射线管剖面示意图-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications布拉格方程：布拉格方程：S/S0/HhklOC1/入射方向入射方向(h0k0l0)面族面族ABP衍射方向衍射方向Hhkl ha*+kb*+lc*nHh0k0l0hnh0knk0lnl02sinhkl /=Hhkl Hhkl=n/dh0k0l02dh0k0l0 sinhkl =ndh0k0l0:面间距面间距布拉格方程布拉格方程-A Leading Manufacturer

13、 of Crystals and Optics for Laser Applications当当X射线从面族中射线从面族中相邻平面入射和反相邻平面入射和反射的光程差为整数射的光程差为整数波长时，波长时，X射线在射线在这面族相邻平面之这面族相邻平面之间的干涉得以加强，间的干涉得以加强，衍射才能发生。衍射才能发生。AB+BC 2dh0k0l0 sinhkl =nS0S(h0k0l0)面族面族dh0k0l0mmABCD布拉格方程布拉格方程2、晶体的切割u晶体在毛坯完成定向后，就可以根据定向晶体在毛坯完成定向后，就可以根据定向结果，选择合适的切割方式，加工出结果，选择合适的切割方式，加工出所需所需晶面

14、和预加工的外形晶面和预加工的外形。u晶体切割方法：晶体切割方法：由于不同晶体，其硬度和由于不同晶体，其硬度和各种理化性能差别很大，因此，各种理化性能差别很大，因此，不能也无不能也无法完全套用光学玻璃的切割方法法完全套用光学玻璃的切割方法。相对于。相对于光学玻璃，晶体的切割手段要多很多。目光学玻璃，晶体的切割手段要多很多。目前晶体的切割有外圆切割、内圆切割、多前晶体的切割有外圆切割、内圆切割、多线切割、超声切割、激光切割、化学腐蚀线切割、超声切割、激光切割、化学腐蚀切割和微电子束切割等。切割和微电子束切割等。-A Leading Manufacturer of Crystals and Opti

15、cs for Laser Applications常用切割方法u外圆切割：外圆切割：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications金刚石外圆切割是在金刚石外圆切割是在切割锯片的外圆周，烧结切割锯片的外圆周，烧结上金刚石磨料上金刚石磨料，切割时依靠金刚石的强力切削作，切割时依靠金刚石的强力切削作用，实现对晶体材料的切割。工作时，一般用，实现对晶体材料的切割。工作时，一般需要需要切割油的润滑与冷却切割油的润滑与冷却。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics

16、 for Laser Applicationsu外圆切割机：外圆切割机：常用切割方法u内圆切割：内圆切割：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications内圆切割也称内刃切片，它是在金刚石外圆切内圆切割也称内刃切片，它是在金刚石外圆切割的基础上发展起来的。其主要特点是割的基础上发展起来的。其主要特点是金刚石磨金刚石磨料，电镀在环形锯片的内圆刃口上料，电镀在环形锯片的内圆刃口上。因此，锯片。因此，锯片摆动较小，加之切割刃口薄，故切割质量较高，摆动较小，加之切割刃口薄，故切割质量较高，晶体损耗小，是目前国内外

17、使用较为广泛的一种晶体损耗小，是目前国内外使用较为广泛的一种晶体切割方法。晶体切割方法。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu内内圆切割机：圆切割机：常用切割方法u多线切割：多线切割：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications利用利用缠绕在罗拉上紧绷的金属线缠绕在罗拉上紧绷的金属线，通过罗拉的，通过罗拉的转动和系统的进给，对晶体进行磨削切割。转动和系统的进给，对晶体进行磨削切割。u多线切割机：多线切

18、割机：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications部分切割产品-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications3、晶体的研磨u晶体在完成切割后，只是加工出基本形状，晶体在完成切割后，只是加工出基本形状，通常都是长方体。因此，需要经过合适的通常都是长方体。因此，需要经过合适的研磨，才能研磨，才能使晶体达到设计、加工要求的使晶体达到设计、加工要求的尺寸和形状尺寸和形状。u晶体研磨，通常我们称之为晶体研磨，通常我们称之

19、为粗磨粗磨，这是一，这是一个个重要的承上启下的环节重要的承上启下的环节，即为上道定切，即为上道定切修准晶体的定向精度，使晶体最终成形，修准晶体的定向精度，使晶体最终成形，也为下道晶体抛光完成晶面的修整和预处也为下道晶体抛光完成晶面的修整和预处理，同时还需要承担加工晶面的保护工作。理，同时还需要承担加工晶面的保护工作。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications粗磨-晶体的成形环节-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Appli

20、cations上盘区晶体上盘晶体成盘晶体磨砂4、晶体的抛光u抛光的目的：利用柔性抛光工具和磨料颗抛光的目的：利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行修饰加粒或其他抛光介质对工件表面进行修饰加工，从而工，从而使工件表面粗糙度降低使工件表面粗糙度降低，以获得，以获得光亮、平整表面。光亮、平整表面。u抛光的方法：机械、化学和电化学抛光。抛光的方法：机械、化学和电化学抛光。目前比较目前比较常用的是机械抛光法常用的是机械抛光法。需要特别。需要特别指明的是：晶体冷加工中的技术难点主要指明的是：晶体冷加工中的技术难点主要集中在抛光工序上，这是目前的一个共识。集中在抛光工序上，这是目前的一个共识

21、。而而晶体零件加工精度越高，机械化程度就晶体零件加工精度越高，机械化程度就越低。越低。因此，这里所说的机械抛光，并不因此，这里所说的机械抛光，并不一定是指完全摒弃人员操作和手动抛光的一定是指完全摒弃人员操作和手动抛光的机械行为。机械行为。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications常规抛光法：手抛u手抛的特点：手抛的特点：基本由抛光人员手工操作，基本由抛光人员手工操作，适合适合高精度，高难度等晶体的加工高精度，高难度等晶体的加工。但由于手工操。但由于手工操作的特性，作的特性，对抛光人员的技术及经验要求

22、较高对抛光人员的技术及经验要求较高，即使相对完整的工艺，也难将所有技术细节尽即使相对完整的工艺，也难将所有技术细节尽收其中。因此，可能出现抛光质量波动或难以收其中。因此，可能出现抛光质量波动或难以用常规工艺知识解释的现象。而且，用常规工艺知识解释的现象。而且，每批次加每批次加工的数量是比较有限的工的数量是比较有限的。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications常规抛光法：手抛-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applica

23、tions抛光区晶体手抛高速抛光高速抛光常规抛光法：机抛u机抛的特点：机抛的特点：抛光人员主要通过操作抛光人员主要通过操作抛光设备对晶体进行抛光，自动化程抛光设备对晶体进行抛光，自动化程度相对较高。度相对较高。通过与光胶工艺的结合，通过与光胶工艺的结合，适合批量加工常规要求的晶体。适合批量加工常规要求的晶体。尽管尽管对操作人员的技术经验依然存在依赖，对操作人员的技术经验依然存在依赖，但是但是整体工艺及产品质量相对稳定。整体工艺及产品质量相对稳定。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications常规抛光法：

24、机抛-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications机抛上盘机抛磨砂机抛高抛低速精抛光胶工艺u光胶：光胶：通过分子之间的吸引力将通过分子之间的吸引力将光学玻璃或晶体零件光学玻璃或晶体零件抛光表面结抛光表面结合合在一起的工艺。在一起的工艺。u光胶的优点：光胶的优点：-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications光胶由于分子间的吸引力，可以光胶由于分子间的吸引力，可以提高晶体在提高晶体在加工中的机械性能加工中的机械性能

25、。光胶相对于常规胶合有着光胶相对于常规胶合有着不易脱胶，加工精不易脱胶，加工精度高，晶体表面损伤度高，晶体表面损伤小等诸多优势。小等诸多优势。光胶工艺-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications光胶板光胶靠体晶体光胶5、晶体的镀膜u晶体镀膜：晶体镀膜：镀膜基本上是晶体加镀膜基本上是晶体加工中的最后一道工序。通过合理的工中的最后一道工序。通过合理的膜系设计和选择合适的镀膜工艺，膜系设计和选择合适的镀膜工艺，为晶体镀上具有不同作用的光学膜，为晶体镀上具有不同作用的光学膜，从而从而提高晶体的光学性能提高晶体

26、的光学性能。-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applications结束语-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu人工晶体：人工晶体：广义上人工晶体材料泛指用人工方法广义上人工晶体材料泛指用人工方法合成并以单晶形态存在的晶体材料。目前已经伴随合成并以单晶形态存在的晶体材料。目前已经伴随着科技发展应用到诸多领域。着科技发展应用到诸多领域。u人工晶体的地位与作用人工晶体的地位与作用：伴随着科学技术的飞速：伴随着科学技术

27、的飞速发展，如今社会已全面进入计算机、网络和通信等发展，如今社会已全面进入计算机、网络和通信等光技术为代表的信息时代，光子将逐渐取代电子成光技术为代表的信息时代，光子将逐渐取代电子成为新的重要信息载体。作为信息功能材料主体的电为新的重要信息载体。作为信息功能材料主体的电子、光电子、光子材料是新材料中最活跃的领域。子、光电子、光子材料是新材料中最活跃的领域。随着晶体生长技术和理论的不断完善、研究领随着晶体生长技术和理论的不断完善、研究领域的不断拓宽，人工晶体所其的作用将越来越重要。域的不断拓宽，人工晶体所其的作用将越来越重要。结束语-A Leading Manufacturer of Crystals and Optics for Laser Applicationsu大展拳脚的激光：大展拳脚的激光：舞台扫描艺术舞台扫描艺术