Способ резки кристаллов сапфира

1 Изобретение относится к технике резки твердых кристаллов, преимущественно кристаллов сапфира, на пластины, применяемые в микрооптоэлектронике. Известны способы резки твердых кристаллов с помощью перемещающихся возвратнопоступательно одной или нескольких параллельно натянутых на раме пил, причем пилы снабжены укрепленными на кромках режущими пластинками с абразивными алмазными или корундовыми частицами (авторское свидетельство СССР 343862, МПК В 28D 1/12, 1970). Существенным недостатком подобных способов при резки кристаллов сапфира для указанного применения является нарушение структуры кристалла на поверхностях пластин на глубину не менее чем величина частиц абразива, т.е. на 60-80 мкм при использовании алмазных зерен. Кроме того, значительная ширина пропила, превышающая при такой технологии в 1,5-2 раза толщину режущей кромки, обусловливает значительные потери драгоценного камня. Известен также способ резки твердых минералов, включающий возвратно-поступательное рабочее перемещение, по крайней мере, одного закрепленного на раме натяжного режущего инструмента с одновременным встречным перемещением последнего и обрабатываемого кристалла с подачей в зону резки эмульсии с абразивными частицами (патент СССР 1114562, МПК 6 В 28D 1/06, 1982). Данный способ лишен большинства указанных выше недостатков, однако, он без существенной доработки инструмента, параметров абразивной эмульсии,ее расхода, скорости инструмента и подачи не может быть использован для резки кристаллов сапфира, обладающих особо высокой твердостью, с высокой производительностью оборудования, и значительной экономией дорогого сырья. Этих результатов позволяет достичь данный способ резки кристаллов преимущественно сапфира, выращенных в направлении 11 2 0 на пластины ориентации (0001), включающий возвратно-поступательное рабочее перемещение, по крайней мере, одного закрепленного на раме натяжного режущего инструмента с одновременным встречным перемещением последнего и обрабатываемого кристалла с подачей в зону резки эмульсии с абразивными частицами,в котором в качестве режущего инструмента использована гладкая неабразивная стальная лента со сплошной прямолинейной режущей кромкой, а эмульсия представляет собой смесь трансформаторного масла ТКП (кинематическая вязкость при 50 С 9-9,6 сСт) и индустриального масла И 40 (кинематическая вязкость при 50 С 35-45 сСт) в объемном соотношении (4-10):1 и алмазного порошка с размером частиц 14-60 мкм в количестве 300 г/л; рабочее перемещение режущего инструмента производят параллельно 2 оси обрабатываемого кристалла, совпадающей с направлением 11 2 0, и плоскости (0001), расположенной на боковой поверхности кристалла; стальная лента имеет ширину 6-12 мм, толщину 0,25-0,35 мм, а усилие натяжения ленты составляет 30-60% от усилия разрыва; средняя скорость возвратно-поступательного движения ленты составляет 60-80 мм/мин, кристалл перемещают в направлении ленты со скоростью 0,21,5 мм/мин, а расход эмульсии равен 1-1,5 л/мин. Пример осуществления изобретения На чертеже представлен общий вид установки для реализации данного способа. Установка содержит раму 1, в которой параллельно закреплены гладкие стальные ленты 2, каждая из которых имеет сплошную прямолинейную режущую кромку. Ширина лент 2 612 мм, толщина 0,25-0,3 5 мм. Ленты натянуты с усилием 30-60% от усилия разрыва. На столе 3 с помощью вакуумного или иного подобного устройства закреплен обрабатываемый кристалл 4 сапфира. Рама 1 связана с механизмом, например, шатунно-кривошипным, для ее возвратнопоступательного перемещения, а стол 3 имеет привод для вертикального подъема (подачи). Патрубки 5 служат для подачи в зону резки абразивной жидкости, которая состоит из трансформаторного масла ТКП с кинематической вязкостью при 50 С 9-9,6 сСт и индустриального масла И 40 с кинематической вязкостью при 50 С 35-45 сСт, смешанных в пропорции (410):1, а также включает в качестве абразивного агента алмазный порошок с размером частиц 1460 мкм в количестве 300 г/л. Данный способ осуществляется следующим образом. Кристалл 4 сапфира, выращенный в направлении 11 2 0,закрепляют на столе 3 таким образом, чтобы направление возвратно-поступательного перемещения рамы 1 было параллельно направлению 11 2 0 и плоскости (0001) кристалла 4,расположенной на его боковой поверхности. Рама 1 приводится в возвратно-поступательное перемещение от электропривода через шатуннокривошипный механизм. Средняя скорость перемещения рамы составляет 60-80 мм/мин. Одновременно стол 3 вместе с кристаллом 4 перемещается вверх со скоростью 0,2-1,5 мм/мин. При этом через трубки 5 в зону резки подается описанная выше абразивная эмульсия с расходом 1-2,5 л/мин. Многочисленные опыты показали, что данный способ позволяет получить из одного кристалла большее, чем при обычной технологии количество пластин при очень высокой производительности, особенно если используется одновременно множество (например, несколько десятков лент 2). При этом качество пластин оказалось очень высоким. В некоторых случаях оказалось возможным исключить обычную в применяемых технологиях операцию шлифовки пластин перед их полированием, что значительно удешевляет и сокращает технологический процесс производства сапфировых пластин, из которых впоследствии с помощью алмазных коронок вырезают шайбы (0001) необходимого диаметра для микро- и оптоэлектронных приборов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ резки кристаллов, преимущественно сапфира, включающий возвратнопоступательное рабочее перемещение, по крайней мере, одного закрепленного на раме натяжного режущего инструмента с одновременным встречным перемещением последнего и обрабатываемого кристалла с подачей в зону резки эмульсии с абразивными частицами, отличающийся тем, что в качестве режущего инструмента использована гладкая неабразивная стальная лента со сплошной прямолинейной режущей кромкой, а эмульсия представляет собой смесь трансформаторного масла ТКП с кинематической вязкостью при 50 С 9-9,6 сСт и индустриального масла И 40 с кинематической вязкостью при 50 С 35-45 сСт в объемном соотношении(4-10):1, и алмазного порошка с размером частиц 14-60 мкм в количестве 300 г/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочее перемещение режущего инструмента производят параллельно оси обрабатываемого кристалла, совпадающей с направлением 11 2 0 и плоскости (0001), расположенной на боковой поверхности кристалла. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что стальная лента имеет ширину 6-12 мм, толщину 0,25-0,35 мм, а усилие натяжения ленты составляет 30-60% от усилия разрыва. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что средняя скорость возвратно-поступательного движения ленты составляет 60-80 мм/мин, кристалл перемещают в направлении ленты со скоростью 0,2-1,5 мм/мин, а расход эмульсии равен 1-1,5 л/мин.