티타늄이 도핑된 사파이어 결정 레이저 막대의 표면 처리 방법

본 발명의 티타늄 보석 결정 레이저 로드의 표면 처리 방법의 공정 흐름도에 따른 결정 원료인 티타늄 보석 결정 Ti:Al2O3(도핑 농도 0.35 wt% Ti2O3)는 도 1에 도시된 바와 같다. 본 발명의 티타늄 보석 결정 레이저 로드의 표면 처리 방법의 구체적인 준비 단계는 다음과 같다.

<1> 방향 절단: 티타늄 보석 결정의 방향을 먼저 정한 후, 완성된 레이저 로드의 크기에 따라 약 0.4~0.6mm의 가공 여유를 두고 정사각 기둥 모양의 블랭크로 절단합니다.

<2> 컬럼의 거친 연삭 및 정밀 연삭: 컬럼 블랭크는 거친 연삭기에서 120~180# 탄화규소 또는 탄화붕소 연마재를 사용하여 정사각 또는 원통형 단면으로 연삭되며, 테이퍼 및 진원도 오차는 ±0.01mm입니다.

<3> 단면 가공: 티타늄 보석 레이저 바의 두 단면은 강철 디스크 위에서 W40, W20, W10 탄화붕소 연마재를 사용하여 순차적으로 가공합니다. 연마 과정에서 단면의 수직도를 측정하는 데 주의해야 합니다.

<4> 화학 기계적 연마: 화학 기계적 연마는 미리 제조된 화학 에칭 용액 방울을 사용하여 연마 패드 위의 결정을 연마하는 공정입니다. 연마 공작물과 연마 패드는 상대적인 움직임과 마찰을 통해 연마되며, 본 연구에서는 화학 에칭제(연마액이라고 함)를 함유한 슬러리를 사용하여 연마를 완료합니다.

<5> 산 에칭: 상기 설명한 바와 같이 연마된 티타늄 보석 막대를 H2SO4:H3PO4 = 3:1(v/v) 혼합액에 100-400°C의 온도로 5-30분간 담가 산 에칭한다. 이는 레이저 바 표면의 기계적 손상으로 인해 발생한 연마 공정 잔여물과 각종 얼룩을 제거하여 원자 수준의 매끄럽고 평평하며 격자 구조가 온전한 깨끗한 표면을 얻기 위함이다.

<6> 표면 열처리: 이전 공정으로 인해 발생한 표면 응력 및 긁힘을 더욱 제거하고 원자 수준에서 평탄한 표면을 얻기 위해 산 에칭 후 티타늄 보석 막대를 탈이온수로 5분간 세척한 다음, 수소 분위기에서 1360±20°C의 일정 온도로 1~3시간 동안 유지하여 표면 열처리를 실시하였다.