티타늄 도핑 사파이어 결정 레이저 막대의 표면 처리 방법

본 발명의 티타늄 보석 결정 레이저 막대의 표면 처리 방법의 공정 흐름도에 따른 티타늄 보석 결정 Ti:Al2O3(도핑 농도 0.35 wt% Ti2O3)의 결정 블랭크가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명의 티타늄 보석 결정 레이저 막대의 표면 처리 방법의 구체적인 준비 단계는 다음과 같다:

<1> 방향성 절단 : 티타늄 보석 결정을 먼저 방향성 있게 절단한 후, 완성된 레이저 막대의 크기에 따라 약 0.4~0.6mm의 가공 여유를 두고 사각형 기둥 모양의 블랭크로 절단합니다.

<2>컬럼 거친 및 미세 연삭: 컬럼 블랭크는 거친 연삭 기계에서 120~180# 실리콘 카바이드 또는 보론 카바이드 연마재를 사용하여 사각형 또는 원통형 단면으로 연삭되며, 테이퍼 및 진원도 오차는 ±0.01mm입니다.

<3> 단면 가공: 티타늄 보석 레이저 바의 두 단면은 강철 디스크에 W40, W20, W10 탄화붕소 연삭 단면을 사용하여 순차적으로 가공합니다. 연삭 공정에서는 단면의 수직도 측정에 주의해야 합니다.

<4> 화학-기계적 연마: 화학-기계적 연마는 연마 패드 위의 결정을 미리 제조된 화학 에칭 용액 방울로 연마하는 공정입니다. 연마 대상물과 연마 패드의 상대 운동 및 마찰을 고려하여 연마하는 동시에, 화학 에칭제가 포함된 연구용 슬러리(연마액이라고 함)를 사용하여 연마를 완료합니다.

<5> 산 에칭: 위에서 설명한 바와 같이 연마된 티타늄 보석 막대를 100~400°C의 H₂SO₄:H₃PO₄ = 3:1(v/v)의 혼합물에 넣고 5~30분간 산 에칭합니다. 이 에칭의 목적은 기계적 표면 하부 손상으로 인해 레이저 막대 표면에 발생한 연마 과정을 제거하고, 다양한 얼룩을 제거하여 원자 수준의 매끄럽고 평탄한 격자 구조를 갖는 깨끗한 표면을 얻는 것입니다.

<6> 표면 열처리: 이전 공정으로 인해 발생한 표면 응력 및 스크래치를 더욱 제거하고 원자 수준에서 평탄화된 표면을 얻기 위해 산 에칭 후 티타늄 보석 막대를 탈이온수로 5분간 세척한 다음 티타늄 보석 막대를 수소 분위기에서 1~3시간 동안 일정한 온도로 1360±20°C의 환경에 두고 표면 열처리를 실시했습니다.